Файл: Волчкевич, А. И. Высоковакуумные адсорбционные насосы.pdf

ния, можно наблюдать вертикальный участок на изо­ терме при давлениях, близких к фоновому (см., напри­ мер, кривую 1). Фоновое давление в оттренированной установке изменяется относительно медленно и практи­ чески мало влияет на экспериментальную изотерму, когда давление адсорбированного газа превышает на порядок фоновое начальное давление.

Таким образом, трудно объяснить несогласованность результатов по адсорбции различием условий подго­ товки или изготовления адсорбентов, а также влиянием начального предельного давления перед эксперимен­ тами.

Большое влияние на достоверность и повторяемость результатов оказывает время, необходимое для дости­ жения равновесия. Как показывают экспериментальные данные, при давлении Ю - 7 мм рт. ст. и ниже время до­ стижения равновесия может достигать нескольких су­ ток и более. Наибольшую скорость уменьшения давле­ ния наблюдают в течение первых 2—3 ч после погло­ щения порции газа в условиях постоянного натекания, и в дальнейшем постоянная времени установления рав­ новесия i?i = 6-r-8 ч для угля СКТ. Однако изотерма 46% полученная через сутки после впуска порции газа, за­ метно отличается от равновесной изотермы 4а, получен­ ная в области давлений ниже Ю - 5 мм рт. ст. Для про­ верки истинности равновесия для изотермы 46 адсор­ бент размораживали, а затем медленно охлаждал^ в результате чего резко ускорялись процессы диффузии газа в адсорбенте и выравнивания концентрации адсорбата по сечению зерна. В области давлений выше Ю - 5 мм рт. ст. ультратонкие поры, по-видимому, ока­ зываются заполненными адеорбатом, и равновесие до­ стигается в течение нескольких часов.

При использовании объемного метода, когда вся порция газа сразу вводится в установку, наблюдают еще более неравномерное распределение адсорбата по сечению зерна, а также по толщине и длине слоя ад­ сорбента. Для достижения истинного равновесия в этом случае требуется больше времени. Этим можно в зна­ чительной степени объяснить разброс эксперименталь­ ных данных, так как большинство исследователей ис­ пользовали объемный метод.

Соблюдение условий изотермичности — это важней­ шее требование при получении достоверных данных, не-

70

обходимых для научной интерпретации изотерм адсорб­ ции и изучения равновесия, а также для выяснения принципиальных возможностей адсорбционных насосов.

Температура охлаждения слоя адсорбента, располо­ женного вдоль охлаждаемой поверхности насоса или экспериментального адсорбционного устройства, может достигать температуры хладагента лишь в том случае, если будут приняты все меры для полного предотвра­ щения нагрева адсорбента вследствие теплового излу­ чения от частей установки, находящихся при комнатной или более высокой температуре. Использование жалюзной ловушки с тщательно полированными поверх­ ностями на входе адсорбционной полости не обеспечивает защиты от излучения. Так, вследствие заметного нагре­ ва адсорбента изотерма 9, полученная с использованием

ки с чернеными поверхностями. При отсутствии ловуш­ ки эффект нагрева адсорбента приводит к еще больше­ му снижению адсорбционной способности (кривая 13). Очень низкую адсорбционную емкость активных углей, полученную Г. А. Ничипоровичем [46], можно объяснить тем, что адсорбент был расположен в стеклянной ам­ пуле. Вследствие лучистого нагрева температура ад­ сорбента, по-видимому, заметно отличалась от темпе­ ратуры жидкого азота (см. кривые 14 и 15).

Таким образом, основной разброс эксперименталь­ ных данных, особенно при давлениях Ю - 5 мм рт. ст. и выше, можно в значительной степени объяснить' непол­ ным охлаждением адсорбента из-за нагрева его теп­ лоизлучением. Кроме того, следует принимать во вни­ мание большой промежуток времени (до десятков ча­ сов) до достижения истинного равновесия, особенно, в области давления ниже Ю - 5 мм рт. ст., а также воз­ можность нагрева адсорбента при впуске большой порции исследуемого газа.

Из-за большого разброса экспериментальных дан­ ных по адсорбции азота на активных углях очень труд­ но указать надежные относительные данные по ад­ сорбции других газов путем сравнения различных ре­ зультатов, особенно полученных на неидентичных адсорбентах. Наиболее достоверны данные, определен­ ные на одном и том же адсорбенте в одинаковых ус­ ловиях, т. е. на одной и той же установке.-

71

/7-ММрТ.СТ,

ющим полированные входные ловушки. Эксперимен­ тальные результаты по адсорбции СО и Аг на активном угле СКТ в 1,5—2 раза отличаются от данных по азо­ ту, причем это различие максимально в области сверх­ высокого вакуума и сводится к минимуму при давле­

сорбируюшихся компонентов (неона и гелия) практи­ чески не отличаются от адсорбции азота (точки — черные кружки). При использовании цеолита NaX дав­ ление азота и особенно аргона при одинаковой адсорб­ ции значительно выше, чем при использовании угля СКТ. На этом же рисунке приведены динамические изо­

70

ЦЕОЛИТЫ

Изотермы адсорбции азота на цеолитах, полученные различными авторами при 78° К (рис. 9), построены без корректировки на термомолекулярный эффект. Раз­ брос экспериментальных данных здесь так же велик, как и на активных углях. В отличие от активных угдей пористая структура цеолитов строго регулярна. Разме­ ры и объемы адсорбционных полостей стабильны для каждого вида цеолитов и мало изменяются для раз­ личных типов цеолитов и их катионных форм.. Размеры окон, соединяющих адсорбционные полости, зависят от типа катионной формы' цеолита и определяют доступ­ ность адсорбционных полостей для молекул, что имеет большое значение для кинетики адсорбции.

73

а, м-ммрт.ст.

16

сколько раз превышает результаты других исследовате­ лей и максимально возможную величину адсорбции.

В области давлений ниже Ю - 2 мм рт. ст. экспери­ ментальные данные очень плохо согласуются. Как и в случае активных углей, основные причины — отсутствие истинного равновесия и несоблюдение условий изотер-

74