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

излом. Небольшое изменение константы В не вызывает особых изменений в величине адсорбции при больших относительных давлениях, но оказывает очень большое влияние в области высокого вакуума (10~5 —Ю- 1 0 мм рт. ст.). Поэтому наиболее объективным критерием для выбора эффективного адсорбента является константа В уравнения (9), так как предельный адсорбционный объем для адсорбентов различных типов не отличается

станты В, полученным в необходимом диапазоне дав­ лений. Для качественного сравнения вполне пригодны значения констант, полученные' в области высоких отно­ сительных давлений. Лучшими адсорбентами следует признать цеолиты (СаА, СаХ, NaX) и активные угли (в особенности уголь СКТ). Из-за значительно худших адсорбционных свойств силикагели и особенно алюмогели следует применять лишь в тех случаях, когда не­ возможно по различным причинам использовать цео­ литы или активные угли. Согласно данным, приведен­ ным на рис. 16, в области давлений Ю - 7 — Ю - 4 мм рт. ст. при использовании цеолитов достигаются более низкие давления, чем при использовании активных уг­ лей (при одинаковой адсорбции азота). Это хорошо со­ гласуется с величиной структурной константы В.

Для эффективной работы адсорбционного насоса очень важной характеристикой является скорость от­ качки. Как показывают сравнительные данные, актив­ ные угли обеспечивают наиболее высокую и стабиль­ ную во времени скорость откачки благодаря хорошо развитой пористости. При использовании цеолитов ско­ ростная характеристика адсорбционного насоса ухуд­ шается вследствие проявления «ситовых» свойств цео­ литов и очень большой относительной длины пор (при­ мерно 4 >103).

ТЕПЛОТА АДСОРБЦИИ

Прочность связи адсорбированной молекулы с по­ верхностью характеризуется теплотой адсорбции. На свободной поверхности молекулы сначала адсорбиру­ ются в местах, отличающихся наибольшей энергией

86

связи. По мере заполнения поверхности (или адсорб­ ционного объема — для микропористых адсорбентов) оказываются занятыми и участки поверхности с мень­ шей энергией связи. Поэтому по мере увеличения ад­ сорбции дифференциальная теплота адсорбции умень­ шается. У микропористых адсорбентов происходит наложение потенциалов .противоположных стенок в ультрапорах, поэтому энергия адсорбции здесь заметно выше, чем на плоской поверхности.

ственно оценить изменение равновесного давления и предельного давления насоса при изменении темпера­ туры охлаждения адсорбента.

87

На рис. 17 приведены зависимости изостерической теплоты адсорбции газов от адсорбции, которые полу­

мощью уравнения Клаузиуса — Клапейрона по значе­ ниям установившегося давления над адсорбентом при температуре, соответствующей температуре кипения жидкого азота при нормальном давлении, и темпера­ туре, установившейся после увеличения (или уменьше­ ния) давления паров азота над жидкой фазой. Такой

теплота адсорбции монотонно уменьшается. Для каж­ дого типа адсорбента значения ДЯ хорошо объясняют различие в адсорбируемое™ газов: при одинаковой адсорбции равновесное давление ниже у газов с боль­ шей теплотой адсорбции.

ния равновесия очень сильно зависит от температуры. В связи с этим авторами работы [53] высказано пред­ положение, что существует некоторая оптимальная температура (близкая к тройной точке соответствующе­ го газа), ниже которой не имеет смысла охлаждать адсорбент. Значения теплоты адсорбции аргона на угле БАУ, вычисленные по экспериментальным'изотермам в интервалах температур 80—87 и 80—60° К, составляют соответственно около 6300 и 1560 кал/моль для близких

теплоте испарения аргона, свидетельствует о неравно­ весности изотермы адсорбции при 60° К.

Теплота адсорбции азота на угле СКТ в области дав­ лений Ю - 7 — 1 0 - 5 мм рт. ст. (см. рис. 17 и 8) составляет примерно 3000 кал/моль, что хорошо совпадает с экс­ периментальным значением, вычисленным в работе [19]

88

&Н, кал/моль

3000

а)

ДЯ, кал/моль

3000

W00

п л-мирт.ст. "* г

б)

Рис. 18. Зависимость изостернческой теплоты адсорбции азота на угле СКТ от величины адсорбции (а) и давления (б):

С увеличением количества адсорбированного газа теплота адсорбции снижается, а с приближением к мак­ симальной величине адсорбции а0 становится равной теплоте испарения ДЯ И соответвующего газа (см. штри­ ховой участок кривой 5 на рис. 17 и рис. 18). Противо­ положный характер зависимости теплоты, адсорбции водорода на угле БАУ от адсорбции (см. рис. 17, кри­ вая 8) можно объяснить лишь экспериментальными по­ грешностями при определении равновесных изотерм адсорбции в температурном интервале 20—80° К. Неко­ торую погрешность при измерении теплоты адсорбции может внести неполное охлаждение адсорбента. Замет-

89