10.8. Получение вакуума и избыточного давления. Часть 1

Для создания необходимого вакуума или избыточного давления в лабораторных реакционных сосудах или приборах применяют различные типы вакуум-насосов и небольших компрессоров. Вместо компрессоров часто используют газовые баллоны, из которых газ может поступать в рабочее пространство прибора или установки под давлением от 1 до 200 атм (0,1 - 20 МПа)

Иногда применяют для создания невысокого давления газа (не более 1 кПа) малогабаритные лабораторные вентиляторы и газодувки. С их устройством и основными характеристиками работы можно ознакомиться по проспектам фирм, их выпускающих.

Основные типы вакуум-насосов и их основные характеристки приведены в табл. 36.

Водоструйные насосы. Для получения разряжения, не превышаюшего 6*00 - 1300 Па (5 - 10 торр), применяют водоструйные насосы, действующие по принципу инжектора. Они могут металлическими, стеклянными и пластмассовыми.

Водоструйные насосы работают под напором водопроводной воды, поступающей в насос через трубку 1. Вода, проходя с большой скоростью через сопло 3 (рис. 258,д-г) и диффузор 4, создает в небольшом зазоре между соплом и диффузором разряжение. Воздух вокруг зазора увлекается в направлении водяной струи и выводится вместе с водой через трубку 5 (рис. 258,а,б) наружу. Зазор между соплом и диффузором не должен быть более 0,3 мм, иначе насос не будет работать.

Для увеличения производительности применяют сдвоенные водоструйные насосы (рис. 258,а).

Чтобы получить более глубокое разряжение, близкое к 600 Па (5 торр), соплу насоса придают винтообразную форму (рис. 258,в), благодаря которой узкая струя воды приходит в спиральное движение и, выходя из отверстия сопла 3, тотчас же расширяется в диффузоре 4, заполняя весь просвет диффузора.

В некоторых водоструйных насосах (рис. 258,г) струю воды направляют сбоку в рубашку через трубку 7, а воздух засасывается через трубку 2. Такие насосы легко захлебываются, а создаваемое ими разряжение сильно зависит от расстояния нижнего среза трубки 2 от входного отверстия диффузора.

Известны водоструйные насосы, корпус которых разделен перегородкой 6 (рис. 258,д), выполняющей функции сопла. Срез перегородки всегда находится по центру над- диффузором 4.

Трубку, через которую вода вытекает из насоса, делают достаточно широкой, чтобы не создавалось излишнего сопротивления потоку воды. В противном случае насос начинает захлебываться и неравномерно работать.

Создаваемый насосом вакуум зависит от конструкции прибора, давления и температуры воды в водопроводе. Как следует из табл. 37, предельный вакуум, создаваемый водоструйным насосом, не может превышать давление пара воды при данной температуре. Чем ниже температура протекающей через насос воды, тем большее разряжение можно получить при прочих равных условиях.

Водоструйный насос присоединяют к водопроводному крану с помощью толстостенной резиновой трубки, которую закрепляют на кране и насосе металлическими хомутами, но не проволокой, которая может разрезать резиновый шланг.

Рис. 259. Водоструйные насосы Ветцеля (а) и Оствальда (б). Насос Шпренгеля(в)

Чтобы проверить исправность водоструйного насоса, медленно пускают воду, а трубку 2, всасывающую воздух, закрывают влажным пальцем. Если палец присасывается быстро, то насос пригоден для работы.

Водоструйные насосы могут создавать не только вакуум, но и избыточное давление. Первую конструкцию водоструйного насоса, создающего избыточное давление, предложил Ветцель. Устройство насоса Ветцеля довольно простое. Вода поступает в насос через трубку 1 и сопло 3 и вместе с засасываемым через трубку 2 воздухом выбрасывается через отверстия грушевидного Расширения диффузора 4, погруженного в воду, и удаляется через сифон 6, а воздух выходит через боковую трубку 5 к привру, где нужно создать избыточное давление. Такой насос создает давление порядка 400 Па (3 торр).

Своеобразной воздуходувкой является прибор Оствальда, в котором нижний конец водоструйного насоса 1 введен в склянку 3 вместимостью 2 - 10 л с нижним тубусом 5 для спуска воды. При помощи крана 6 спуск воды регулируют так, чтобы при работе водоструйного насоса склянка 3 оставалась Наполненной водой примерно на 1/3. В склянке 3 паровоздушная смесь, выбрасываемая насосом, разделяется и воздух с небольшим избыточным давлением выходит через трубку 2.

Между водоструйным насосом и сосудом, из которого удд» ют воздух, должна всегда находиться предохранительная скляи ка . Для этой цели лучше всего подходит трехтубусная склянка Салюцо - Вульфа вместимостью 1 - 2 л (рис. 29). При падении давления в водопроводной сети вода и насоса начнет переливаться в предохранительную склянку, а не в вакуумированный сосуд. В склянке одна стеклянная трубка доходит почти до дна, и ее соединяют с водоструйным насосом. Другая стеклянная трубка выступает из пробки во внутреннюю часть склянки всего на 1 - 2 см. Ее соединяют с вакуумируемым сосудом, например с колбой Бунзена для фильтрования. Средний тубус склянки Салюцо - Вульфа закрывают пробкой с трубкой, имеющей кран. Если необходимо отсоединить вакуумируемый сосуд, не останавливая работу водоструйного насоса, то сначала открывают этот кран, а затем отсоединяют сосуд. После этого можно закрыть и водопроводный кран насоса. Вместо предохранительных склянок применяют иногда запорные клапаны .

К рассматриваемой категории насосов можно отнести и ртутно-капельный насос Шпренгеля (рис. 259,в). Он состоит из резервуара 1 с ртутью, поверхность которой покрыта небольшим слоем воды для уменьшения испарения ртути, капиллярной трубки 4 длиной около 1000 мм и приемника 5. Ртуть капает через кран 2 в капиллярную трубку 4 и капли, перекрывая трубку, стекают вниз. В образующиеся между каплями разрывы через кран 3 захватывается газ. Из приемника 5 он либо удаляется в атмосферу, либо выводится в другой сосуд. В этом случае верх приемника герметично закрыт и имеет отводную трубку.

Каждая капля ртути работает как маленький поршень, толкая газ перед собой. Иногда насос Шпренгеля называют ртутным поршневым насосом. Скорость откачки газа таким насосом, естественно, невелика. Его применяют в некоторых специальных работах.

Шпренгель Карл (1787-1859) - немецкий агрохимик, специалист по искусственным удобрениям.

Ротационные поршневые насосы применяют в основном для создания предварительного вакуума (форвакуума) перед диффузионными насосами.

В лаборатории наиболее часто используют пластинчат-роторный масляный насос (рис. 260,а). Он состоит из корпуса 2, котором выточена цилиндрическая полость 4, включающая эксцентрично вращающийся цилиндрический ротор 3, пришлифованный к внутренней стенке полости.

По всей длине ротора его диаметру проделаны две глубокие прорези, в которых находятся металлические пластинки 5, прижимаемые спиральной

пружиной к внутренней стенке полости. Пластинки могут вдвигаться и выдвигаться и при вращении ротора скользят по поверхности цилиндра 4. Они играют роль поршней, всасывающих и выбрасывающих газ.

Корпус 2 насоса погружен в масляную баню б. Выпускной патрубок снабжен клапаном 1. Трубка 7, соединяющая насос и вакуумируемый сосуд, должна иметь предохранительный клапан , предотвращающий выброс масла при внезапной остановке насоса. За клапаном ставят ловушку Для поглощения мельчайших капелек масла, а за ловушкой помещают поглотительные склянки и колонки для извлечения из удаляемого газа или воздуха прежде всего паров воды и агрессивных примесей, затем легколетучих органических

веществ, которые попадая в масло, резко ухудшают работу насоса.

Важнейшим условием хорошей работы насоса является применение масла, указанного в паспорте к насосу.

Обычно используют компрессорное, машинное, вазелиновое и турбинное масла Они не должны быть слишком густыми в обычных условиях, иначе пуск насоса будет затруднен.

Давление пара масла, измеряемое на входе в насос, работающий "на себя", Должно превышать для одноступенчатого насоса 5 • 104 торр (0,07 Па).

Перед заливкой в насос масло высушивают. Для этого его наливают в толстостенную сухую круглодонную колбу вместимостью 1,5 - 2,5 л на 1/3 объема.

Колбу закрывают пришлифованной стеклянной пробкой с отводной трубкой через вакуумный резиновый шланг присоединяют к действующему пластинчато-роторному насосу. После этого колбу нагревают на водяной бане. масло содержит влагу, то при нагревании оно сильно вспенивается. Отхачку водяного пара продолжают 2 - 3 ч; обезвоженное масло после охлаждения сливают в склянку с притертой пробкой для хранения перед заливкой в насос.

При откачке между колбой и насосом ставят поглотительную склянку с Р4O10 (рис. 237,в). 

Пластинчато-роторный масляный насос может при нормаль ной работе создавать вакуум порядка 0,001 торр (0,13 Па) при производительности 0,5 - 7,0 л/с. Уровень вакуума существеннo зависит от способности масла растворять воздух и другие газы

При первых признаках ухудшения работы насоса следует немедленно сменить масло, а перед этим, после слива старого масла надо промыть насос смесью, состоящей на 1/3 из свежего масла и на 2/3 из бензина. Если хорошо работавший насос после смены масла начнет очень туго проворачиваться, то либо слишком высока вязкость масла, либо низка температура в лаборатории В последнем случае для пуска насос обогревают ИК излучателями , а вначале насос проворачивают с руки, предварительно сняв текстропные ремни.

При пуске насоса в первый раз возможен выброс масла через клапан 1 (см. рис. 260,а), особенно если его было налито чересчур много. Во избежание этого на клапан надевают отрезок резинового шланга, конец которого опускают в склянку, заполненную стеклянной или полимерной ватой для задержания мелких капелек масла.

 

Другие части:

10.8. Получение вакуума и избыточного давления. Часть 1

10.8. Получение вакуума и избыточного давления. Часть 2

10.8. Получение вакуума и избыточного давления. Часть 3

 

 

К оглавлению