化工高壓真空技術

化工高壓真空技術第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月真空是指在給定空間內(nèi)低于1標準大氣壓的氣體狀態(tài)。在真空技術中，真空度用絕對壓強的大小表示，氣體壓強低，表示真空度高，反之則低。習慣上常把真空度分為粗真空1.01×105～1.33×103Pa

低真空1.33×103～1.33×10-1Pa

高真空1.33×10-1～1.33×10-6Pa

超高真空1.33×10-6～1.33×10-10Pa

極高真空<1.3×10-10Pa4高壓、真空技術第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術獲得其空的過程俗稱“抽真空”，其主要方法是在工作系統(tǒng)中用泵抽氣。輔助措施:安置冷阱并放吸附劑以一個大氣壓開始抽氣的泵叫前級泵，低于一個大氣壓才能抽氣的叫次級泵，次級泵開始工作的氣壓稱為預備真空或前級真空。

抽氣速率：在規(guī)定氣壓下單位時間抽出的氣體體積。

極限真空度：真空泵進氣口處在不接任何容器的情況下，經(jīng)充分抽氣后所能達到的最低氣壓。4.1真空的獲得及設備第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術真空泵可分為機械真空泵、蒸汽流泵和高真空機組。其工作原理各異，應用范圍也不相同。4.1真空的獲得及設備機械真空泵包括旋片式、潤滑式機械真空泵、機械增壓泵、分子泵等，在冶金生產(chǎn)和科研中以旋片式機械泵應用最廣。4.1.1機械真空泵第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術（1）旋片式機械真空泵其結(jié)構如圖3-3所示。整個泵體浸在機械泵油中，轉(zhuǎn)子緊貼在定子圓柱形空腔的上部和空腔不同軸，轉(zhuǎn)子通過軸由電動機帶動并在空腔內(nèi)轉(zhuǎn)動。為了提高抽氣效果，常將兩個泵搭配在一起。在結(jié)構上這兩個泵是串聯(lián)的，這樣就可獲得更高的真空度。如國產(chǎn)2X-2型，型號中第一個“2”表示兩級，X表示旋片式，第二個“2”表示抽速。該泵屬低真空泵，可單獨或做前級泵用。4.1真空的獲得及設備第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備圖4-1旋片式機械泵結(jié)構

1-排氣管；2-進氣管；3-外殼；4-排氣閥5-真空泵油；6-定子；7-轉(zhuǎn)子；8-翼片；9-彈簧第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備表4-22X型旋片式機械泵性能表 型號參數(shù)2X-0.22X-0.52X-12X-22X-42X-82X-152X-302X-70在1大氣壓時抽氣速度，L/s0.20.52248153070極限真空度，Pa6.665×10-2轉(zhuǎn)速，rpm500500500450450320320315300配用功率，KW0.120.180.250.400.601.12.247.5進氣口徑，mm101012162250506380排氣口徑，mm810101616505065100用油量，L0.160.250.450.71.02.02.84035.2第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術（2）機械增壓泵（羅茨真空泵）該種泵由兩個“8”形轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，形成容積重復變化，達到吸氣排氣目的。其工作過程如圖3-5所示。由于轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間，轉(zhuǎn)子與泵體之間不接觸，因而無摩擦，轉(zhuǎn)速很高，因此這種泵抽速大、體積小、噪音低、驅(qū)動功率小，啟動快，在冶金生產(chǎn)和科研中應用很廣泛。在100～1Pa真空度下，其抽速較大。它也可在大型機組中作為前級泵配套使用，極限真空度可達0.01Pa。4.1真空的獲得及設備第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備圖4-2羅茨真空泵的抽氣過程a、b、c—進氣和排氣順序第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術（2）往復式真空泵該泵屬粗真空設備，運轉(zhuǎn)時通過曲軸與連桿的作用，使氣缸內(nèi)的活塞做往復運動?；钊囊欢私哟橄到y(tǒng)，另一端通過氣閥使氣體進入氣閥箱再排入大氣，整個進排氣循環(huán)過程中，活塞起驅(qū)動作用，進排氣閥片起逆止作用。通過活塞不斷地做往返運動，可將真空系統(tǒng)中的氣體抽除而達到所需要的真空度，極限真空度可達1000Pa。這種泵一般適用于真空蒸餾、真空蒸發(fā)與濃縮、真空干燥、真空過濾等。但不適于抽除有腐蝕性或有顆?；覊m的氣體。4.1真空的獲得及設備第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術（3）滑閥式機械真空泵此種泵可單獨使用，也可做前級泵配套使用，該泵的容量比旋片式機械泵的容量大得多，一般用于大型的真空設備，不宜抽除含氧過高、有爆炸性以及有黑色金屬但能與真空泵油起化學作用的氣體。其極限真空度為6×10-2Pa，其結(jié)構如圖4-3。此類泵在真空干燥、真空處理、真空蒸餾中得到廣泛應用。4.1真空的獲得及設備第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備圖4-3滑閥式機械真空泵

1-排氣口；2-進氣口；3-栓塞桿；4-栓塞導軌5-栓塞環(huán)；6-軸；7-泵體第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術

機械真空泵使用的注意事項：

1）若用做前級泵，其裝機位置應便于工作人員檢修和維護；

2）不能反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)會將油壓入被抽系統(tǒng)而造成污染；

3）停止工作時一定要向泵中放入經(jīng)過干燥的空氣，否則會經(jīng)排氣閥和進氣管將油壓入被抽系統(tǒng)而造成污染；

4）不能混入異物（如金屬屑、玻璃渣等），不能用于抽取易蒸發(fā)的雜質(zhì)和含水分較多的系統(tǒng)，以免磨損和腐蝕翼片，降低真空度；

5）按泵的說明書，加入所需牌號的泵油，同時應定期清洗泵體和更換泵油，以保持系有良好的運轉(zhuǎn)條件。4.1真空的獲得及設備第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備它的工作原理是借助高速運轉(zhuǎn)的蒸汽流，將沿氣流高速運動的被抽氣體帶到泵體下部，同時將其壓縮到機械轉(zhuǎn)動真空泵（前級泵）能夠作用的較高壓強，再由前級泵排出。根據(jù)蒸汽介質(zhì)不同，分為油擴散泵和水蒸汽噴射真空泵等。4.1.2蒸汽流泵第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術（1）油擴散泵抽速快，效率高，無轉(zhuǎn)動部分，結(jié)構簡單。它由加熱部分、冷卻部分和噴射部分組成，如圖3-4所示。工作時經(jīng)電爐加熱使泵體內(nèi)的擴散油揮發(fā)成蒸汽，油蒸汽沿導管上升由噴嘴噴出，噴嘴可設若干級，有幾級噴嘴就稱幾級泵，圖4-4為三級油擴散泵。（極限真空度10-6Pa以下）主要缺點：因被抽氣體分子的上下存在密度差以及油分子與待抽氣體分子的互相碰撞而造成反擴散，致使一定的油氣分子進入被抽系統(tǒng)而造成污染，同時也限制了擴散泵極限真空度的提高。4.1真空的獲得及設備第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1真空的獲得及設備圖4-4三級油擴散泵

第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備表4-2K系列高真空油擴散泵性能第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術（2）水蒸汽噴射真空泵

其工作介質(zhì)是水蒸汽，由高速水蒸汽噴入抽氣機內(nèi)造成低壓空間，該系統(tǒng)中的氣體不斷流向這一低壓空間，同時被蒸汽帶向出口排出，因而達到抽真空的自的，其極限真空度可達0.1Pa。該種泵抽氣量大，真空度較高，安裝方便，容易維修，故在冶金領域中被廣泛應用。4.1真空的獲得及設備第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術在使用擴散泵時，應注意下述幾點：l）金屬擴散泵裝機時一定要將擴散泵內(nèi)壁以及各種需件清洗干凈，一般可用苯做洗滌劑。如系玻璃泵，則需要新配制的洗液浸泡，再用去離子水多次沖洗，干燥后再裝機；2）配備的前級泵必須與擴散泵相匹配，即前級泵的抽速在預真空度下至少能抽走擴散泵所排出的氣體；3）在操作程序上應先開冷卻水，后開加熱系統(tǒng)，停機時應先停止加熱，后停冷卻水，以免油蒸汽進入被抽系統(tǒng)和防止泵體損壞。4.1真空的獲得及設備第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.1真空的獲得及設備高真空機組是能獨立完成抽真空工作的成套設備，其特點是結(jié)構緊湊、操作方便。將機組直接接于被抽系統(tǒng)就可獲得高真空。機組的高、低真空泵間裝有儲氣罐，當?shù)驼婵毡枚唐谕Ｖ构ぷ鲿r，擴散泵可照常運轉(zhuǎn)，前級真空由儲氣罐實現(xiàn)，一般能維持一小時。機組內(nèi)裝有擋板和冷阱，以減少油蒸汽返流至真空室內(nèi)，機組本身還設有高、低真空測量規(guī)管接頭，可以方便地測量各點真空度。目前冶金系統(tǒng)常用JK型高真空機組，其技術性能見表4-3。4.1.3高真空機組第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4真空技術4.1真空的獲得及設備表4-3JK型高真空抽氣機組性能第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.2真空系統(tǒng)4.2.1真空系統(tǒng)的基本要求用于進行某項真空工作的綜合裝置稱“真空系統(tǒng)”，通常由泵、量具、管道、閥門及其它附屬設備組合而成。選擇和設計真空系統(tǒng)時，應考慮待抽系統(tǒng)的容積、被抽氣體的性質(zhì)、需要達到的最高真空度及系統(tǒng)的工藝要求，以使主機、管道及其它輔件能相互匹配。并盡量做到結(jié)構緊湊、工藝合理、便于測量、檢漏和維修等。第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.2真空系統(tǒng)設計真空系統(tǒng)時，最重要的是能達到最高真空度和抽氣速率。在系統(tǒng)沒有漏氣的情況下，最高真空度由泵的極限真空度決定，但抽氣速率除與泵有關外還與管道的設計有關。氣導率F（L/s）與管道直徑D（cm）、管道長度l（cm）的關系為：而有效抽氣速率Se與泵的標準抽氣速率S和管道氣導率F的關系為：第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.2真空系統(tǒng)不難看出，管道的氣導率對有效抽氣速率影響很大，在真空系統(tǒng)管道設計時應盡量挑選短而粗的管道，并盡量減少管道直徑和安裝方向的突變。這樣才能保證有較高的抽氣速率。只有管道氣導率足夠大時，大泵才能發(fā)揮作用，不然大泵接在氣導率較小的管道上，其有效抽氣率不會增加很多。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.2真空系統(tǒng)4.2.2真空系統(tǒng)材料真空系統(tǒng)所用材料主要指真空管道系統(tǒng)、閥門及密封材料等，真空管道系統(tǒng)材質(zhì)有金屬、橡皮和玻璃等幾類，它們各有特點，究竟采用何種視具體情況而定。管道與真空元件之間的聯(lián)結(jié)可采用焊接、熔接、法蘭盤聯(lián)結(jié)等。系統(tǒng)中的閥門分為金屬閥門和玻璃真空活栓兩種。真空系統(tǒng)中常用的密封材料有真空封油、真空封臘、真空封泥、真空漆和環(huán)氧樹脂等。第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.2真空系統(tǒng)采用油擴散泵的真空系統(tǒng)中，為防止油蒸汽進入被抽系統(tǒng)，常采用擋板或冷阱來隔斷油蒸汽。在冷阱中可放置干冰或液氮以冷凝和吸附系統(tǒng)內(nèi)油蒸汽，并可進一步提高真空度。第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術測量真空度的儀器叫做真空計。由于真空系統(tǒng)的壓強范圍在1.013×105～1.33×10-10Pa之間，如此寬的測量范圍是不可能用一種真空計來完成的，所以應根據(jù)壓強范圍選擇不同的真空計。按照工作原理不同，真空計可分為兩大類。4.3真空測量（1）U型管真空計其測量原理與U型壓力計類同，它有開口與閉口之分，其測量范圍在1.013×105～0.6665×102Pa。（2）壓縮真空計（麥克勞真空計）4.3.1絕對真空計第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.3真空測量該種真空計的測量范圍為1.33×102～1.33×103Pa。其優(yōu)點是結(jié)構簡單、測量精度高。以上兩種真空計的共同缺點是不能連續(xù)測量和自動記錄，操作較煩瑣，玻璃制品易碎，工作介質(zhì)（汞）易污染環(huán)境，故不宜用于生產(chǎn)現(xiàn)場，同時也不宜用于可凝性氣體。第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.3真空測量通過測量與壓強有關的物理量的變化來測量真空度的稱為相對真空計。它能連續(xù)測量并能自動記錄，但其準確度較低，這是由于低壓測量本身的困難，加上所利用的物理性質(zhì)常受到其它因素的干擾。實際上這類儀器能做到數(shù)量級準確即可。這類真空計種類較多，工作原理和測量范圍也各不相同。4.3.2相對真空計第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.3真空測量（1）熱電阻真空計其基本原理是利用氣體熱傳導系數(shù)與氣體壓強的關系，但不是直接由熱傳導系數(shù)測真空度，而是通過與溫度有關的物理量（電阻）的變化來間接測量的。測量范圍為l.33×10-2～0.133Pa的中真空。（2）熱偶真空計通過熱絲溫度的變化來反映真空度的高低．和熱電阻真空計一樣，它也不能測量低真空和高真空，其測量范圍也在1.33×10-2～0.133Pa。第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.3真空測量（3）熱陰極電離真空計利用電離現(xiàn)象的原理，測量范圍為0.133×10-5～1.33Pa。為工作方便，有時將上述三種真空計組裝在一起成為復合真空計，它可以從低真空一直測到高真空。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月真空計的選擇原則（1）在壓力區(qū)域內(nèi)能達到精度；（2）被測氣體與真空計互不影響；（3）盡可能在整個真空度范圍內(nèi)都能測量；（4）盡可能連續(xù)指示，反應時間越短越好；（5）良好的穩(wěn)定性、復現(xiàn)性和可靠性，壽命長；（6）易于安裝，操作方便，規(guī)格全。第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.4真空檢漏漏氣是真空的大敵，要想獲得并維持真空，必須掌握真空檢漏技術。檢漏就是要找出真空系統(tǒng)上的漏點和漏氣原因并加以克服。4.4.1真空檢漏的確定將組裝好的真空系統(tǒng)抽至一定壓強后，關閉閥門，使其與真空泵斷開。然后測量系統(tǒng)壓強的變化，將所測壓強對時間作曲線，可能出現(xiàn)四種情況，如圖所示。第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4高壓、真空技術4.4