在抽氣系統(tǒng)上設(shè)置吸附阱來防止機(jī)械泵返油

2009-02-07 張以忱東北大學(xué)

用機(jī)械泵抽氣系統(tǒng)獲得較清潔真空,防止機(jī)械泵返油的方法有許多種,如在真空系統(tǒng)的前級(jí)管路上裝設(shè)各種類型的擋油阱(吸附阱、液氮冷阱、離子阱及半導(dǎo)體制冷的冷阱等),或利用氣體粘滯性流動(dòng)時(shí)的阻擋作用減少機(jī)械泵油蒸氣進(jìn)入高真空側(cè)等,都可以降低機(jī)械泵的返油率。

設(shè)置吸附阱

在真空系統(tǒng)的前級(jí)管路上設(shè)置吸附阱,用吸附劑捕獲機(jī)械泵的返流油蒸氣,是防止機(jī)械泵油污染真空系統(tǒng)的簡(jiǎn)便方法。吸附劑靠物理吸附或化學(xué)吸附捕獲油蒸汽分子。常用的吸附劑有:五氧化二磷、分子篩、活性氧化鋁、活性碳等,各種吸附劑的擋油效果見表2。

表2 機(jī)械泵無油抽氣系統(tǒng)用吸附阱

由表2可見,活性氧化鋁擋油效果最好。即使在部分吸附劑吸水飽和情況下,也能使雙級(jí)機(jī)械泵的返油率降低99%;活性炭雖然可以使返油率減少99%,但由于粒度小,使阱的流導(dǎo)變小,引起機(jī)械抽速損失達(dá)95%以上。除此以外,活性炭強(qiáng)度低,易破碎,易掉粉,分子篩在干燥情況下,可以使返油率降低99.8%,但吸水以后效果較差。分子篩易破碎、易掉粉,進(jìn)入到機(jī)械泵中會(huì)影響泵的抽氣性能。

從表中看到3A分子篩有65%的擋油效率,說明在機(jī)械泵返流的油蒸氣中,分子量低、直徑小的油蒸氣分子相當(dāng)多。13X分子篩的擋油效果相當(dāng)好(再生后其擋油率可達(dá)99.8%),但是一旦它的表面吸附水汽后,擋油效果就會(huì)顯著下降,由于水汽的置換作用,會(huì)從已吸收的沾污物中釋放出質(zhì)量數(shù)為85和86的成份�；钚匝趸X的擋油效果更佳,它在吸附水汽后仍有較好的擋油效果(擋油率99.7%),但由于水汽慢慢的放出,會(huì)延緩真空度的提高;它在前級(jí)管道使用有比較好的效果,分子量大于80的有機(jī)分子幾乎全部被吸收掉。活性碳阱的擋油效果也很好,只是它的顆粒太小,會(huì)過多地降低流導(dǎo),同時(shí),它的粉末更容易流動(dòng)到真空系統(tǒng)的內(nèi)部各處。

真空工程上,使用氧化鋁阱較為普遍,將它與機(jī)械真空泵聯(lián)合使用,可以用于無油真空系統(tǒng)的預(yù)抽系統(tǒng)上。目前,用國(guó)產(chǎn)的Al2O3做吸附劑,可使機(jī)械泵的返油率降低99.7%。每克Al2O3吸收0.11克水后，擋油效果仍保持82%,經(jīng)過再生后,擋油效率可達(dá)99.2%。氧化鋁使用前,先在大氣下加熱兩小時(shí)進(jìn)行活化處理,然后再裝入阱中使用。

圖18所示的吸附阱:在一根圓柱管(Φ50×125mm)的兩端加固定網(wǎng),管中放置吸附劑。圖19是一個(gè)實(shí)用活性氧化鋁阱,阱內(nèi)放置Φ3～Φ10mm 的球狀吸附劑,擋油率可達(dá)99%,主要應(yīng)用在抽氣系統(tǒng)的前級(jí)管道上。阱吸收水汽后,可在真空中加熱300℃后保持1～2h進(jìn)行再生;為避免水汽凝結(jié)在管道壁上,管道應(yīng)加溫至150℃或從上游充入少量氣體。最好是在真空系統(tǒng)外的大氣下加熱至300℃烘烤1～2h,然后趁熱(高于100℃)把氧化鋁倒入阱內(nèi),隨即與大氣隔離封閉。將活性金屬吸附劑(例如鎳)化學(xué)沉積在氧化鋁上,可以得到幾百m2/g的活性表面;當(dāng)用作前級(jí)吸附阱時(shí),提高吸附劑的溫度可以增加油蒸氣的化學(xué)吸附量而同時(shí)減少水汽的物理吸附量。試驗(yàn)表明,其性能優(yōu)于類似的活性氧化鋁阱。

為了縮短排氣時(shí)間,可在吸附阱旁并聯(lián)一根旁通管道,如圖20所示,在101325～10Pa的壓力范圍內(nèi),打開真空閥3通過旁通管道抽氣;當(dāng)壓力降到10Pa左右時(shí),真空閥3關(guān)閉,改由吸附阱通道抽氣。圖20中的真空閥2的作用如下:當(dāng)機(jī)械泵停止抽氣不工作時(shí),將吸附阱與真空泵隔開,以免吸附阱大量吸收油蒸氣;其次,當(dāng)真空系統(tǒng)從大氣下啟動(dòng)并通過旁通管道抽氣時(shí),它與閥1一起不讓大量的潮濕空氣通過吸附阱,同時(shí)避免氣流沖擊吸附劑引起吸附劑粉末飛揚(yáng)。閥2可采用自動(dòng)壓差旁通閥門。利用壓縮彈簧在大氣壓力下使閥門處于旁通狀態(tài),機(jī)械泵直接接通真空系統(tǒng)。當(dāng)入口壓力降低時(shí),閥片兩面壓差驅(qū)使閥板逐步下壓,真空系統(tǒng)逐漸接通吸附阱,當(dāng)?shù)竭_(dá)5Pa時(shí),便完全接通吸附阱并關(guān)閉旁通管道閥。