Pompa de difuzie - Diffusion pump
Pompele de difuzie folosesc un jet de vapori de mare viteză pentru a direcționa moleculele de gaz din gâtul pompei în josul fundului pompei și spre evacuare. Au fost primul tip de pompe cu vid ridicat care funcționează în regim de curgere moleculară liberă , unde mișcarea moleculelor de gaz poate fi mai bine înțeleasă ca difuzie decât prin dinamica fluidelor convenționale . Inventat în 1915 de Wolfgang Gaede , el a numit-o pompă de difuzie, deoarece proiectarea sa s-a bazat pe constatarea că gazul nu se poate difuza împotriva fluxului de vapori, ci va fi transportat cu acesta la evacuare. Cu toate acestea, principiul de funcționare ar putea fi descris mai precis ca pompă cu jet de gaz , deoarece difuzia joacă un rol și în alte pompe cu vid ridicat. În manualele moderne, pompa de difuzie este clasificată ca pompă de transfer de impuls .
Pompa de difuzie este utilizată pe scară largă atât în aplicații industriale, cât și în cercetare. Majoritatea pompelor moderne de difuzie folosesc ulei de silicon sau eteri polifenilici ca fluid de lucru.
Istorie
La sfârșitul secolului al XIX-lea, majoritatea aspiratoarelor au fost create folosind o pompă Sprengel , care avea avantajul că este foarte ușor de acționat și capabilă să obțină un vid destul de bun, având suficient timp. Comparativ cu pompele ulterioare, cu toate acestea, viteza de pompare a fost foarte lentă, iar presiunea de vapori a mercurului a limitat vidul final.
În urma invenției sale a pompei moleculare , pompa de difuzie a fost inventată în 1915 de Wolfgang Gaede și a folosit inițial mercurul elementar ca fluid de lucru. După invenția sa, designul a fost rapid comercializat de Leybold .
A fost apoi îmbunătățit de Irving Langmuir și W. Crawford. Cecil Reginald Burch a descoperit posibilitatea utilizării uleiului de silicon în 1928.
Pompe de difuzie a uleiului
O pompă de difuzie a uleiului este utilizată pentru a obține un vid mai mare (presiune mai mică) decât este posibil prin utilizarea pompelor cu deplasare pozitivă singure. Deși utilizarea sa a fost asociată în principal în domeniul vidului ridicat (până la 10 −9 mbar), pompele de difuzie de astăzi pot produce presiuni care se apropie de 10 −10 mbar atunci când sunt utilizate în mod corespunzător cu fluide și accesorii moderne. Caracteristicile care fac pompa de difuzie atractivă pentru utilizarea în vid înalt și ultra-ridicat sunt viteza mare de pompare pentru toate gazele și costul redus pe unitate de viteză de pompare în comparație cu alte tipuri de pompe utilizate în același interval de vid. Pompele de difuzie nu se pot descărca direct în atmosferă, astfel încât o pompă mecanică anterioară este de obicei utilizată pentru a menține o presiune de ieșire în jur de 0,1 mbar.
Pompa de difuzie a uleiului este acționată cu un ulei cu presiune de vapori scăzută . Jetul de mare viteză este generat prin fierberea fluidului și direcționarea vaporilor printr-un ansamblu de jet. Rețineți că uleiul este gazos la intrarea în duze. În duze, fluxul se schimbă de la laminar la supersonic și molecular . Adesea, mai multe jeturi sunt utilizate în serie pentru a spori acțiunea de pompare. Exteriorul pompei de difuzie este răcit utilizând fie fluxul de aer, conducte de apă sau o manta umplută cu apă. Pe măsură ce jetul de vapori lovește învelișul exterior răcit al pompei de difuzie, fluidul de lucru se condensează și este recuperat și direcționat înapoi către cazan. Gazele pompate continuă să curgă la baza pompei la presiune crescută, curgând prin orificiul de ieșire al pompei de difuzie, unde sunt comprimate la presiunea ambiantă de către pompele mecanice secundare și epuizate.
Spre deosebire de pompele și criopumpele turbomoleculare , pompele de difuzie nu au părți mobile și, ca urmare, sunt destul de durabile și fiabile. Acestea pot funcționa pe intervale de presiune de la 10 −10 la 10 −2 mbar. Acestea sunt conduse doar de convecție și au astfel o eficiență energetică foarte scăzută.
Un dezavantaj major al pompelor de difuzie este tendința de retrogradare a uleiului în camera de vid. Acest ulei poate contamina suprafețele din interiorul camerei sau la contactul cu filamente fierbinți sau descărcările electrice pot duce la depuneri carbonice sau silicioase. Datorită retrocedării, pompele de difuzie a uleiului nu sunt potrivite pentru utilizarea cu echipamente analitice foarte sensibile sau alte aplicații care necesită un mediu de vid extrem de curat, dar pompele de difuzie cu mercur pot fi în cazul camerelor de vid ultra ridicate utilizate pentru depunerea metalelor. Adesea capcane și deflectoare reci sunt folosite pentru a minimiza retrogradarea, deși acest lucru are ca rezultat o anumită pierdere a vitezei de pompare.
Uleiul unei pompe de difuzie nu poate fi expus la atmosferă când este fierbinte. Dacă se întâmplă acest lucru, uleiul se va oxida și trebuie înlocuit. Dacă apare un incendiu, fumul și reziduurile pot contamina alte părți ale sistemului.
Tipuri de uleiuri
Cele mai puțin costisitoare uleiuri de pompă de difuzie se bazează pe hidrocarburi care au fost purificate prin dublă distilare. În comparație cu celelalte fluide, acestea au o presiune de vapori mai mare, deci sunt de obicei limitate la o presiune de 1 x 10 −6 Torr. De asemenea, acestea sunt cele mai susceptibile de a arde sau de a exploda dacă sunt expuse la oxidanți.
Cele mai frecvente uleiuri siliconice utilizate în pompele de difuzie sunt trisiloxanii, care conțin grupa chimică Si-O-Si-O-Si, de care sunt atașate diferite grupări fenil sau grupări metil . Acestea sunt disponibile ca așa-numitele amestecuri 702 și 703, care erau fabricate anterior de Dow Corning . Acestea pot fi separate în continuare în 704 și 705 uleiuri, care sunt alcătuite din izomerii tetrafenil tetrametil trisiloxanului și respectiv pentafenil trimetil trisiloxanului.
Pentru pomparea speciilor reactive, de obicei se folosește un ulei pe bază de polifenil eter . Aceste uleiuri sunt cele mai chimice și rezistente la căldură tip de ulei de pompă de difuzie.
Ejectoare cu abur
Ejectorul de abur este o formă populară de pompă pentru distilarea în vid și liofilizare . Un jet de abur antrenează vaporii care trebuie eliminați din camera de vid. Ejectoarele cu abur pot avea etape simple sau multiple, cu și fără condensatoare între etape. În timp ce atât ejectoarele de abur, cât și pompele de difuzie folosesc jeturi de vapori pentru a antrena gazul, acestea funcționează pe principii fundamental diferite - ejectoarele de abur se bazează pe fluxul vâscos și amestecarea pentru a pompa gazul, în timp ce pompele de difuzie folosesc difuzie moleculară. Acest lucru are mai multe consecințe. În pompele de difuzie, presiunea de intrare poate fi mult mai mică decât presiunea statică a jetului, în timp ce în ejectoarele de abur cele două presiuni sunt aproximativ aceleași. De asemenea, pompele de difuzie sunt capabile de rapoarte de compresie mult mai mari și nu se pot descărca direct în atmosferă.
Vezi si
Referințe
linkuri externe
Lecturi suplimentare
Hablanian, MH (1994) [1983]. Pompe de difuzie: performanță și funcționare . Seria de monografii AVS (ediția a II-a). New York, NY: Societatea americană de vid. ISBN 1-56396-384-1.