Полимолекулярная сорбция

На практике часто встречаются изотермы, имеющие вид:

Рис. 7.6. Изотерма полимолекулярной сорбции.

Такой вид изотерм свидетельствует о том, что связывание адсорбтива адсорбентом не прекращается после образования мономолекулярного слоя, т.е. свидетельствует о полимолекулярной сорбции.

Теорию полимолекулярной адсорбции предложил Поляни (1915 г).

Исходные положения этой теории:

Адсорбция обусловлена чисто физическими силами.

На поверхности адсорбента нет активных центров. Адсорбционные силы действуют вблизи от поверхности и образуют около этой поверхности непрерывное силовое поле.

Адсорбционные силы действуют на сравнительно большие расстояния, благодаря чему образуется у поверхности адсорбента адсорбционный объем.

Действие адсорбционных сил по мере удаления от поверхности уменьшается и на некотором расстоянии становится равным нулю.

Притяжение молекулы адсорбтива поверхностью не зависит от наличия в адсорбционном, пространстве других молекул.

Адсорбционные силы не зависят от температуры, т.е. с изменением температуры адсорбционный объем не изменяется.

Силовое поле у поверхности по этой теории сравнивают с гравитационным полем.

Рис. 7.7. Схема адсорбционного объема.

В зависимости от условий адсорбции и природы адсорбента и адсорбтива применима теория Ленгмюра или Поляни. Обобщенная теория была развита Брунауэром, Эмметом и Теллером (1935-1940 г.). Их теория получила название БЭТ.

Основные положения теории БЭТ:

На поверхности адсорбента имеется определенное количество равноценных в энергетическом отношении центров, способных удерживать молекулы адсорбтива.

Допускается, что взаимодействие между соседними адсорбированными молекулами отсутствует.

Каждая молекула первого слоя является активным центром для адсорбции и образования второго адсорбционного слоя, и т.д.

Предполагается, что все молекулы во втором и более далеких слоях имеют такую же сумму статических состояний как в жидком состоянии, которое отличается от суммы состояний первого слоя.

Рис. 7.8. Схема полимолекулярной адсорбции, принятая по теории БЭТ.
На основе этих представлений Брунауэр, Эммет и Теллер предложили уравнение изотермы адсорбции паров:

где - давление пара;
- давление насыщенного пара при данной температуре;
- относительное давление пара;

С - константа равновесия полимолекулярной сорбции.
При далеких от и С>>1, адсорбция мономолекулярная и уравнение БЭТ переходит в уравнение Лэнгмюра.

По мере приближения к число свободных активных центров сокращается. При происходит объемная конденсация пара.

Уравнение БЭТ легко приводится к линейной форме:

По наклону прямой и отсекаемому на оси ординат отрезку находят и . Найдя можно вычислить удельную поверхность адсорбента , где - площадь, занимаемая одной молекулой; - число Авогадро.
найденное с помощью теории БЭТ, совпадают со значениями, полученными неадсорбционными методами, что свидетельствует о правильности теории БЭТ.

36)Криогенный насосы. Преимущество использования криогенных вакуумных насосов

Производительность Обычно, откачные характеристики вакуумных насосов сравниваются на основе скорости откачки по воздуху. Это связано с тем, что откачные характеристики стандартных насосов синхронно изменяются в зависимости от типа газа. У крионасосов, однако, скорости откачки по различным газам сильно отличаются. Так, например, в большинстве случаев водяные пары являются основной газовой нагрузкой, и скорость откачки паров воды является определяющим фактором при оценке общего времени откачки рабочего объема. Скорость откачки паров воды стандартного крионасоса с фланцем DN200 превышает 4000 л/с. Стандартным насосам для достижения такой производительности требуются дорогостоящие азотные ловушки.
Также крионасос может монтироваться непосредственно на рабочий объем, что очень важно, в таких промышленных процессах, как, например, процесс металлизации. Это возможность позволяет достигать максимально возможных для данного насоса скоростей откачки по кислороду, водороду, азоту и другим загрязняющим газам, что, в свою очередь, улучшает качество покрытия.

38)Ротационные насосы с обкатываемыми профилями. Для работы с большой быстротой действия при малых степенях сжатия удобны ротационные вакуумные насосы с обкатываемыми профилями. Профили роторов в этих насосах таковы, что при внешнем зацеплении и взаимной обкатке они соприкасаются теоретически без зазора. Вращение роторов обеспечивается синхронизирующей передачей, В некоторых конструкциях маслонаполненных насосов синхронизирующая передача отсутствует и роторы соприкасаются. Наибольшее распространение получили двухроторные конструкции, хотя возможны насосы с тремя и более роторами.

По способу сжатия газа ротационные вакуумные насосы с обкатываемыми профилями можно разделить на насосы с внешним частичным внутренним и внутренним сжатием. В насосах с внешним сжатием газ сжимается только в процессе нагнетания. К таким насосам относятся двухроторные насосы (насосы Рутса), имеющими роторы с леминискатными профилями (рис. 7). За один оборот каждый из роторов дважды перебрасывает заштрихованный объем газа из области высокого вакуума в область предварительного разрежения. Роторы вращаются в разные стороны. Синхронность их вращения обеспечивается зубчатой передачей с передаточным числом, равным 1 (обозначена на рисунке пунктиром).

Рис. 7. Насос Рутса. Двухроторные насосы имеют при тех же габаритах значительно большие быстроты действия, чем пластинчатые насосы и насосы с катящимся ротором, так как из-за отсутствия трения между ротором и статором можно значительно увеличить их частоту вращения. Быстрота действия современных двухроторных насосов лежит в пределах от 5 до 5000 л/с. Удельные характеристики насоса: (0.5-3) кг/(л/с) и (6-30) Вт/(л/с), причем меньшие значения удельной мощности для насосов с большой быстротой действия.

Работа объемных вакуумных насосов может сопровождаться рядом нежелательных явлений; проникновением паров рабочих жидкостей из насоса в откачиваемый объект; загрязнением насоса откачиваемыми веществами с высоким давлением насыщенных паров; потерей рабочей жидкости через выхлопной патрубок; утечкой откачиваемого газа и т. д.

39)Манометрич преобр-ль, деформационные. Приборы измерения вакуума Область давлений, используемое в современной вакуумной технике составляет от 10⁵ до 10^-12 Па. Измерение давлений в таком широком диапазоне нельзя обеспечить одним прибором. В общем виде эти приборы называются вакуумметрами. Они обычно состоят из 2х частей: манометрического преобразователя и измерительной установки. Вакуумметры измеряют общее давление газов в вакуумной системе. По методу измерений разделяют на абсолютные и относительные. Показания абсолютных приборов не зависит от рода газа и могут быть заранее рассчитаны. В приборах для относительных измерений используют зависимость некоторых параметров физических процессов, протекающих в вакууме. Эти приборы как правило нуждаются в градуировке по образцовым приборам. Диапазоны рабочих давлений вакуумметров:

Деформационные преобразователи

К деформационным преобразователям относятся трубчатые и мембранные. Линейность показаний этих приборов сохраняется при небольших деформациях. Поэтому приборы измеряют давление в пределах 2-3 порядков.

40)Манометрич преоб-ль, тепловые. Тепловые преобразователи

Тепловые вакуумметры просты по конструкции и надежны в работе. Принцип действия тепловых вакуумметров основан на зависимости теплопроводности газа под давлением. При низком давлении в молекулярном режиме теплопроводность газа пропорциональна давлению. При вязкостном режиме, когда длина свободного пути молекулы намного меньше среднего расстояния между нагретым телом и стенками датчика теплопроводность газа не зависит от давления. Тепловые преобразователи по принципу устройства делятся на 2 большие группы: Термопарные;

Преобразователи сопротивления.

Простейшая конструкция теплового вакуумметра представляет собой стеклянную или металлическую колбу, по оси которой натянута нить, нагреваемая протеканием тока. Подводимая к нити электроэнергия расходуется на нагрев газа.

РИС.

Баланс энергетики теплового преобразователя выражается следующей формулой, где I–ток накала нити, - сопротивление нити при температуре окружающей среды, - температурный коэффициент сопротивления материала нити, - температура стенки, - , - давление газа в преобразователе, - газовые постоянные.

Тогда из этой формулы:

Это уравнение описывает градуировочную кривую преобразователя.

Отсюда вывод: о давлении можно судить как по току накала при постоянной температуре, так и по температуре нити при постоянстве тока накала. Поэтому все тепловые преобразователи могут работать в 2х режимах: Режим постоянства тока;

Режим постоянства температуры.

РИС.

Режим постоянства тока накала

Этот режим используют при работе с термопарными преобразователями. В стеклянной колбе закреплены платиновый нагреватель, к средней точка которого присоединена хромель копелевая термопара. При изменении давления меняется температура нагревателя, а следовательно и термо-ЭДС термопары, по величине которой можно оценивать давление. Тепловые преобразователи являются приборами косвенного действия и зависят от рода газов. Как правило, выпускаемые промышленностью преобразователи проходят градуировку по сухому воздуху. Если необходимо измерить давление другого газа, то нужно учитывать относительную чувствительность прибора к данному газу. Он рассчитывается по коэффициенту чувствительности.

Работающий в режиме постоянства температур

Как правило это преобразователи сопротивления. Представляют собой стальную трубку, внутри которой натянута платиновая нить накала. Измерительная часть содержит мост для измерения сопротивления. Эти преобразователи называются также пирани. Принцип действия основан на зависимости теплопроводности газа от давления. Изменение давления вызывает изменение температуры нити, а следовательно и её сопротивления. Реагирующий блок реагирует на изменение сопротивления и поддерживает его на постоянном уровне. Для температурной компенсации сопротивления нити при изменении температуры окружающей среды, преобразователь имеет компенсатор. Нить преобразователя и сопротивления компенсатора образует 2 плеча схемы моста. 2 других плеча находятся в регистрирующем блоке.

Поиск по сайту: