化工高压真空技术_能源/化工_工程科技_专业资料。4 高压、真空技术 近四十年来，真空技术在冶金领域中得到广泛应用， 并形成了“真空冶金”这一专门的学术领域。冶金领域 中常用低真空和高真空。在冶金中应用的真空技术有真 空脱气、真空冶炼、真空浇注等。由
4 高压、真空技术 近四十年来，真空技术在冶金领域中得到广泛应用， 并形成了“真空冶金”这一专门的学术领域。冶金领域 中常用低真空和高真空。在冶金中应用的真空技术有真 空脱气、真空冶炼、真空浇注等。由于采用真空技术， 提高了产品质量，从而提供了优质的新材料。真空技术 的应用也改变了冶金物理化学条件，因而出现了大量的 真空冶金物化问题等待人们去研究、解决。与此同时， 在近代冶金科研和分析领域中也离不开真空技术，如电 子探针、离子探针等。 4 高压、真空技术 真空是指在给定空间内低于1标准大气压的气体状态。 在真空技术中，真空度用绝对压强的大小表示，气体压 强低，表示真空度高，反之则低。 习惯上常把线Pa 低线Pa 高线Pa 极高线 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 获得其空的过程俗称“抽真空”，其主要方法是在 工作系统中用泵抽气。 辅助措施:安置冷阱并放吸附剂 以一个大气压开始抽气的泵叫前级泵，低于一个大 气压才能抽气的叫次级泵，次级泵开始工作的气压称为 预备真空或前级真空。 抽气速率：在规定气压下单位时间抽出的气体体积。 极限真空度：真空泵进气口处在不接任何容器的情况 下，经充分抽气后所能达到的最低气压。 4 高压、线 真 空 备的 获 得 及 设 真空泵可分为机械真空泵、蒸汽流泵和高真空机组。 其工作原理各异，应用范围也不相同。 4.1.1 机械真空泵 机械真空泵包括旋片式、润滑式机械真空泵、机械 增压泵、分子泵等，在冶金生产和科研中以旋片式机械 泵应用最广。 4 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 （1）旋片式机械线所示。整个泵体浸在机械泵油中，转 子紧贴在定子圆柱形空腔的上部和空腔不同轴，转子通 过轴由电动机带动并在空腔内转动。 为了提高抽气效果，常将两个泵搭配在一起。在结 构上这两个泵是串联的，这样就可获得更高的线”表示两级，X表示旋 片式，第二个“2”表示抽速。该泵属低真空泵，可单独 或做前级泵用。 4 高压、线 真 空 备的 获 得 及 设 图4-1 旋片式机械泵结构 1-排气管；2-进气管；3-外壳；4-排气阀 5-线 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 表4-2 2X型旋片式机械泵性能表 型号参数 在1大气压 时抽气速 度，L/s 极限真空 度，Pa 转速， rpm 配用功率， KW 进气口径， mm 排气口径， mm 用油量，L 2X0.2 0.2 500 0.12 10 8 0.16 2X0.5 2X-1 2X2 2X-4 2X-8 2X-15 2X-30 2X-70 0.5 2 2 4 8 15 30 70 6.665×10-2 500 500 450 450 320 320 315 300 0.18 0.25 0.40 0.60 1.1 2.2 4 7.5 10 12 16 22 50 50 63 80 10 10 16 16 50 50 65 100 0.25 0.45 0.7 1.0 2.0 2.8 403 5.2 4 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 （2）机械增压泵（罗茨真空泵） 该种泵由两个“8”形转子在定子内旋转，形成容积重 复变化，达到吸气排气目的。其工作过程如图3-5所示。由 于转子与转子之间，转子与泵体之间不接触，因而无摩擦， 转速很高，因此这种泵抽速大、体积小、噪音低、驱动功 率小，启动快，在冶金生产和科研中应用很广泛。 在100～1Pa真空度下，其抽速较大。它也可在大型机 组中作为前级泵配套使用，极限线 高压、线 真 空 备的 获 得 及 设 图4-2 罗茨真空泵的抽气过程 a、b、c—进气和排气顺序 4 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 （2）往复式真空泵 该泵属粗真空设备，运转时通过曲轴与连杆的作用， 使气缸内的活塞做往复运动。活塞的一端接待抽系统，另 一端通过气阀使气体进入气阀箱再排入大气，整个进排气 循环过程中，活塞起驱动作用，进排气阀片起逆止作用。 通过活塞不断地做往返运动，可将真空系统中的气体抽除 而达到所需要的线Pa。 这种泵一般适用于真空蒸馏、真空蒸发与浓缩、真空 干燥、真空过滤等。但不适于抽除有腐蚀性或有颗粒灰尘 的气体。 4 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 （3）滑阀式机械真空泵 此种泵可单独使用，也可做前级泵配套使用， 该泵的容量比旋片式机械泵的容量大得多，一般 用于大型的真空设备，不宜抽除含氧过高、有爆 炸性以及有黑色金属但能与真空泵油起化学作用 的气体。其极限线。此类泵在真空干燥、真空处理、真空蒸馏中 得到广泛应用。 4 高压、线 真 空 备的 获 得 及 设 图4-3 滑阀式机械线-栓塞环；6-轴；7-泵体 4 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 机械真空泵使用的注意事项： 1）若用做前级泵，其装机位置应便于工作人员检修和维护； 2）不能反转，反转会将油压入被抽系统而造成污染； 3）停止工作时一定要向泵中放入经过干燥的空气，否则会经排 气阀和进气管将油压入被抽系统而造成污染； 4）不能混入异物（如金属屑、玻璃渣等），不能用于抽取易蒸 发的杂质和含水分较多的系统，以免磨损和腐蚀翼片，降低线）按泵的说明书，加入所需牌号的泵油，同时应定期清洗泵体 和更换泵油，以保持系有良好的运转条件。 4 高压、线 真 空 备的 获 得 及 设 它的工作原理是借助高速运转的蒸汽流，将沿气流 高速运动的被抽气体带到泵体下部，同时将其压缩到机 械转动真空泵（前级泵）能够作用的较高压强，再由前 级泵排出。 根据蒸汽介质不同，分为油扩散泵和水蒸汽喷射线 高压、真空技术 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 （1）油扩散泵 抽速快，效率高，无转动部分，结构简单。它由加热 部分、冷却部分和喷射部分组成，如图3-4所示。工作时经 电炉加热使泵体内的扩散油挥发成蒸汽，油蒸汽沿导管上 升由喷嘴喷出，喷嘴可设若干级，有几级喷嘴就称几级泵， 图4-4为三级油扩散泵。（极限线Pa以下） 主要缺点：因被抽气体分子的上下存在密度差以及油 分子与待抽气体分子的互相碰撞而造成反扩散，致使一定 的油气分子进入被抽系统而造成污染，同时也限制了扩散 泵极限真空度的提高。 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 图4-4 三级油扩散泵 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 4 高压、线 K系列高线 高压、线）水蒸汽喷射线 真 空 备的 获 得 及 设 其工作介质是水蒸汽，由高速水蒸汽喷入抽气机内造 成低压空间，该系统中的气体不断流向这一低压空间，同 时被蒸汽带向出口排出，因而达到抽真空的自的，其极限 线Pa。该种泵抽气量大，真空度较高，安装 方便，容易维修，故在冶金领域中被广泛应用。 4 高压、真空技术 在使用扩散泵时，应注意下述几点： 4.1 l）金属扩散泵装机时一定要将扩散泵内壁以及各种需件清洗 真 空 备的 获 得 及 设 干净，一般可用苯做洗涤剂。如系玻璃泵，则需要新配制 的洗液浸泡，再用去离子水多次冲洗，干燥后再装机； 2）配备的前级泵必须与扩散泵相匹配，即前级泵的抽速在预 真空度下至少能抽走扩散泵所排出的气体； 3）在操作程序上应先开冷却水，后开加热系统，停机时应先 停止加热，后停冷却水，以免油蒸汽进入被抽系统和防止 泵体损坏。 4 高压、线 高线 真 空 备的 获 得 及 设 高真空机组是能独立完成抽真空工作的成套设备， 其特点是结构紧凑、操作方便。将机组直接接于被抽系 统就可获得高真空。机组的高、低真空泵间装有储气罐， 当低真空泵短期停止工作时，扩散泵可照常运转，前级 真空由储气罐实现，一般能维持一小时。机组内装有挡 板和冷阱，以减少油蒸汽返流至真空室内，机组本身还 设有高、低真空测量规管接头，可以方便地测量各点真 空度。目前冶金系统常用JK型高真空机组，其技术性能 见表4-3。 真 空 备的 获 得 及 设 4.1 4线 JK型高线 高压、线 真空系统的基本要求 统线 用于进行某项真空工作的综合装置称“真空系统”， 通常由泵、量具、管道、阀门及其它附属设备组合而成。 选择和设计真空系统时，应考虑待抽系统的容积、被抽 气体的性质、需要达到的最高真空度及系统的工艺要求， 以使主机、管道及其它辅件能相互匹配。并尽量做到结 构紧凑、工艺合理、便于测量、检漏和维修等。 4 高压、真空技术 统线 设计真空系统时，最重要的是能达到最高真空度和 抽气速率。在系统没有漏气的情况下，最高真空度由泵 的极限真空度决定，但抽气速率除与泵有关外还与管道 的设计有关。 气导率F（L/s）与管道直径D（cm）、管道长度l （cm）的关系为： F ? D3 /l 而有效抽气速率Se与泵的标准抽气速率S 和管道气 导率F的关系为： Se ? (1 S ? 1 )?1 F 4 高压、真空技术 统线 不难看出，管道的气导率对有效抽气速率影响很大， 在真空系统管道设计时应尽量挑选短而粗的管道，并尽 量减少管道直径和安装方向的突变。这样才能保证有较 高的抽气速率。只有管道气导率足够大时，大泵才能发 挥作用，不然大泵接在气导率较小的管道上，其有效抽 气率不会增加很多。 4 高压、线 真空系统材料 统线 真空系统所用材料主要指真空管道系统、阀门及密 封材料等，真空管道系统材质有金属、橡皮和玻璃等几 类，它们各有特点，究竟采用何种视具体情况而定。 管道与真空元件之间的联结可采用焊接、熔接、法 兰盘联结等。 系统中的阀门分为金属阀门和玻璃真空活栓两种。 真空系统中常用的密封材料有真空封油、真空封腊、 真空封泥、真空漆和环氧树脂等。 4 高压、真空技术 统线 采用油扩散泵的真空系统中，为防止油蒸汽进入被 抽系统，常采用挡板或冷阱来隔断油蒸汽。在冷阱中可 放置干冰或液氮以冷凝和吸附系统内油蒸汽，并可进一 步提高线 高压、真空技术 量线 测量真空度的仪器叫做线Pa之间，如此宽的测 量范围是不可能用一种真空计来完成的，所以应根据压 强范围选择不同的真空计。按照工作原理不同，真空计 可分为两大类。 4.3.1 绝对线）U型管真空计 其测量原理与U型压力计类同，它有开口与闭口之分， 其测量范围在1.013×105～0.6665×102Pa。 （2）压缩真空计（麦克劳线 高压、线Pa。 其优点是结构简单、测量精度高。 以上两种真空计的共同缺点是不能连续测量和自动 记录，操作较烦琐，玻璃制品易碎，工作介质（汞）易 污染环境，故不宜用于生产现场，同时也不宜用于可凝 性气体。 4 高压、线 相对真空计 量线 通过测量与压强有关的物理量的变化来测量真空度 的称为相对真空计。它能连续测量并能自动记录，但其 准确度较低，这是由于低压测量本身的困难，加上所利 用的物理性质常受到其它因素的干扰。实际上这类仪器 能做到数量级准确即可。这类真空计种类较多，工作原 理和测量范围也各不相同。 4 高压、真空技术 量线）热电阻真空计 其基本原理是利用气体热传导系数与气体压强的关 系，但不是直接由热传导系数测真空度，而是通过与温 度有关的物理量（电阻）的变化来间接测量的。测量范 围为l.33×10-2～0.133Pa的中线）热偶真空计 通过热丝温度的变化来反映真空度的高低．和热电 阻真空计一样，它也不能测量低线 高压、线）热阴极电离真空计 利用电离现象的原理，测量范围为0.133×10-5～ 1.33Pa。 4.3 量真 空 测 为工作方便，有时将上述三种真空计组装在一起成 为复合真空计，它可以从低真空一直测到高真空。 真空计的选择原则 ? （1）在压力区域内能达到精度； ? （2）被测气体与真空计互不影响； ? （3）尽可能在整个真空度范围内都能测量； ? （4）尽可能连续指示，反应时间越短越好； ? （5）良好的稳定性、复现性和可靠性，寿命长； ? （6）易于安装，操作方便，规格全。 4 高压、真空技术 漏线 漏气是真空的大敌，要想获得并维持真空，必须掌 握真空检漏技术。检漏就是要找出真空系统上的漏点和 漏气原因并加以克服。 4.4.1 真空检漏的确定 将组装好的真空系统抽至一定压强后，关闭阀门， 使其与真空泵断开。然后测量系统压强的变化，将所测 压强对时间作曲线，可能出现四种情况，如图所示。 漏线 高压、真空技术 D P C B P0 A 时间 图4-5 孤立系统的压强变化 4 高压、真空技术 漏线 ? 曲线A说明该系统既不漏气，也不放气（系统内有蒸汽源 所致）；如果系统抽不到预定压强，是由于泵工作不正 常所致。 ? 曲线B在开始时上升较快，而后呈饱和状，表明系统本身 不漏气，但内部有放气源。 ? 曲线C呈直线上升，说明系统漏气。 ? 曲线D表明系统压强开始上升很快，而后变得较慢但不出 现饱和，说明放气和漏气两种情况都存在。 4 高压、线 线 漏真 空 检 判断真空系统确实漏气之后，就开始着手寻找漏孔 的所在位置。检查的方法有： ? 加压法 ? 抽气法 4 高压、真空技术 漏线 ? 加压法 向被检系统内充以一定压强的气体或空气，使其压强大 于大气压。当系统上有漏孔时，充入的气体便逸出，使 用适当的探测器，就可以判断有无漏孔以及漏孔的位置。 ? 放入水中，观察有无气泡 ? 听诊器听嘘嘘声 ? 容器外表面抹肥皂液，观察是否有皂泡 ? 充入CO2，用浸有NH3的试纸观察是否变色 ? 充入NH3，用石蕊试纸观察是否变色 4 高压、真空技术 漏线 ? 抽气法 将被抽系统内部抽成真空，再用探测气体（或物质） 施与系统外部可疑部位，如有漏孔，探测气体（或物质） 即通过漏孔进入系统，此时用探测器就可检示出来，从 而判断漏孔的位置及大小。 ? 火花探测器（真空枪） ? 相对真空计 ? 卤素检漏仪
