第5章+真空获得-俘获真空泵
真空泵如何抽取真空？常见抽取真空技术分析
真空泵如何抽取真空？常见抽取真空技术分析
真空泵是通过机械、物理、化学等多种方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件设备。
真空泵的工作原理可以分为气体捕集泵和气体传输泵两种类型，真空泵常见抽取真空技术可分为机械法和物理法。
一、机械法
1、变容真空泵，是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的。
这种泵分往复式、旋转式两种。
2、动量传输泵，它依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。
分子真空泵水蒸汽喷射泵、扩散泵属于这一类。
二、物理法
气体捕集式真空泵是一种使气体分子被吸附或凝结在泵内表面上的真空泵，有以下几种形式：
1、吸附泵。
依靠具有大表面积的吸附剂(如多孔物质)的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵。
2、吸气剂泵。
它是一种利用吸气剂以化学方式捕获气体的真空泵。
吸气剂通常是以块状或沉积新鲜薄膜形式存在的金属或合金。
3、吸气剂离子泵。
它是使被电离的气体通过电场或电磁场的作用吸附在吸气材料的表面上，以达到抽气的目的。
它有如下两种形式。
a、蒸发离子泵：泵内被电离的气体吸附在以间断或连续方式升华(或蒸发)而覆在泵内壁的吸气材料上，以实现抽气的一种真空泵。
b、溅射离子泵：泵内被电离的气体吸附在由阴极连续溅散出来的吸气材料上以实现抽气目的的一种真空泵。
各种真空泵的工作原理
各种真空泵的工作原理真空泵是一种用于抽取气体分子，从而在封闭的容器中形成真空环境的设备。
不同类型的真空泵具有不同的工作原理，下面将介绍几种常见的真空泵的工作原理。
1. 扩散泵：扩散泵通过将气体分子扩散到较高压力区域来实现抽取气体的目的。
它主要由扩散器和冷凝器两部分组成。
当气体进入扩散器时，气体分子与扩散器内的热电子碰撞，使气体分子获得能量并扩散到较高压力区域。
在冷凝器中，气体分子再次冷却并凝结，从而实现气体的抽取。
2. 离心泵：离心泵利用离心力将气体分子从容器中抽出。
它由一个旋转的叶轮和一个静止的扩散器组成。
当叶轮旋转时，气体分子被离心力推向离心泵的出口，从而形成真空。
3. 涡旋泵：涡旋泵利用旋涡流动的原理将气体分子抽出。
它由一个旋转的叶轮和一个静止的螺旋壳体组成。
当叶轮旋转时，气体分子被推向螺旋壳体的出口，形成涡旋流动。
气体分子在旋涡流动中逐渐被抽出，从而形成真空。
4. 根式泵：根式泵是一种容积式泵，通过改变容积来抽取气体。
它由两个相互啮合的转子组成，转子内部的凸轮使容积不断变化。
当转子旋转时，气体被吸入转子的空腔中，然后通过转子的排气口排出。
根式泵具有高真空度和高抽取速度的优点。
5. 旋片泵：旋片泵是一种容积式泵，通过旋转的叶片将气体抽出。
它由一个旋转的叶片和一个静止的壳体组成。
当叶片旋转时，气体被吸入叶片的空腔中，然后通过壳体的排气口排出。
旋片泵适用于低真空和高抽取速度的场合。
以上是几种常见真空泵的工作原理。
不同类型的真空泵适用于不同的真空度和抽取速度要求。
在实际应用中，根据具体的需求选择合适的真空泵，可以有效地实现气体的抽取和真空环境的形成。
化工原理(杨祖荣主编)课后习题解答
目录第一章流体流动与输送设备 (2)第二章非均相物系分离 (26)第三章传热 (32)第四章蒸发 (44)第五章气体吸收 (48)第六章蒸馏 (68)第七章干燥 (84)第八章萃取 (92)第一章 流体流动与输送机械1. 燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO 28.5％，O 27.5％，N 276％，H 2O8％（体积％），试求此混合气体在温度500℃、压力101.3kPa 时的密度。
解：混合气体平均摩尔质量molkg M y M i i m /1086.281808.02876.032075.044085.03-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯=∑=∴ 混合密度333/455.0)500273(31.81086.28103.101m kg RT pM m m =+⨯⨯⨯⨯==-ρ2．已知20℃下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/m 3和789kg/m 3,试计算50％（质量％）乙醇水溶液的密度。
又知其实测值为935 kg/m 3，计算相对误差。
解：乙醇水溶液的混合密度7895.02.9985.012211+=+=ρρρa a m3/36.881m kg m =∴ρ相对误差：%74.5%10093536.8811%100=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯-实实m m m ρρρ3．在大气压力为101.3kPa 的地区，某真空蒸馏塔塔顶的真空表读数为85kPa 。
若在大气压力为90 kPa 的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：''真真绝p p p p p a a -=-=∴kPa p p p p a a 7.73)853.101(90)(''=--=--=真真4．如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m 3的液体。
容器上方的压力表读数为42kPa ，又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m ，其读数为58 kPa 。
试计算液面到下方测压口的距离。
真空泵的工作原理气体捕集泵 真空泵工作原理
真空泵的工作原理气体捕集泵真空泵工作原理这种泵是一种使气体分子被吸附或凝结在泵的内表面上，从而减小了容器内的气体分子数目而达到抽气目的的真空泵，有以下几种型式。
1、吸附泵它紧要依靠具有大表面的吸附剂（如多孔物质）的物理吸附作用来抽气的一种捕集式真空泵。
2、吸气剂泵它是一种利用吸气剂以化学结合方式捕获气体的真空泵。
吸气剂通常是以块状或沉积新鲜薄膜形式存在的金属或合金。
升华泵即属于这种型式。
3、吸气剂离子泵它是使被电离的气体通过电磁场或电场的作用吸附在有吸气材料的表面上，以达到抽气的目的。
它有如下几种型式。
（1）蒸发离子泵：泵内被电离的气体吸附在以间断或连续方式升华（或蒸发）而覆在泵内壁的吸气材料上，以实现抽气的一种真空泵。
（2）溅射离子泵：泵内被电离的气体吸附在由阴极连续溅射散出来的吸气材料上，以实现抽气目的的一种真空泵。
4、低温泵利用低温表面捕集气体的真空泵循环水式多用真空泵使用方法循环水式多用真空泵（循环液真空泵、试验用真空泵、碳素钢真空泵）是一种抽真空泵，紧要是供应真空条件，用于化工、制药、生化、食品、农药、农业工程、生物工程等很多行业。
在工业生产的很多工艺过程中，如蒸发、蒸馏、结晶、干燥、升华、过滤减压、脱气等，循环水式多用真空泵得到广泛的应用。
由于真空应用技术的飞跃进展，循环水式多用真空泵在抽真空获得方面一直被人们所重视。
循环水式多用真空泵使用方法:1、准备工作。
将本机平放于工作台上，首次使用时，打开水箱上盖注入清洁的凉水（亦可由防水软管加水），当水面即将升至水箱后面的溢水咀下高度时停止加水，重复开机可不再加水。
每星期至少更换一次水，如水质污染严重，使用率高，则需缩短更换水的时间，保持水箱中的水质清洁。
2、抽真空作业。
将需要抽真空的设备的抽气套管紧密套接于本机抽气咀上，关闭循环开关，接通电源，打开电源开关，即可开始抽真空作业，通过与抽气咀对应的真空表可察看真空度。
3、当本机需要长时间连续工作时，水箱内的水温将会上升，影响真空度，此时，可将防水软管与水源（自来水）接通，溢水咀作排水出口，适当掌控自来水流量，即可保持水箱的水温不升，是真空度稳定。
真空的获得与测量
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目：真空的获得与测量学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业指导教师：葛茂茂实验时间： 2007年 12月 23 日 8 时 30 分至12时 30 分实验地点：物理馆实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一．实验目的1．学习高真空的获得与测量方法。
2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
二．实验原理真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
1．高真空的获得获得真空用真空泵。
真空泵按工作条件的不同分为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预备真空，需要在预备条件下才能工作的真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用来进一步提高真空度，获得高真空。
（1）机器泵一般采用油封转片式机器泵，在圆柱形气缸（定子）内有偏心圆柱作为转子，当转子绕轴转动时，其最上部与气缸内表面紧密接触，沿转子的直径装有两个滑动片（简称滑片），其间装有弹簧，使滑动片在转子转动时与气缸内表面紧密接触，当转子沿箭头所指方向转动时，就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而经过排气孔，排气阀排出机械泵。
为了减少转动摩擦和防止漏气，排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部分用密封油密封。
机械泵用的密封油是一种矿物油，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10－4mmHg，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。
（2）扩散泵一般多采用油扩散泵，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限真空度不能满足要求时，通常加扩散泵来获得高真空。
这种泵不能从通常气压下开始工作，只能在低于1Pa气压下才能工作。
因此，必须与初级泵串联使用。
油扩散泵使用的工作液体有许多种，目前广泛使用的是274号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－7Pa）和275号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－8Pa）。
真空泵工作原理
真空泵工作原理一、概述真空泵是一种用于抽取气体或蒸汽并形成真空的设备。
它在许多领域中广泛应用，例如科学研究、工业生产和医疗设备等。
本文将详细介绍真空泵的工作原理。
二、真空泵的分类真空泵根据其工作原理的不同可以分为以下几类：1. 手动真空泵：通过手动操作产生真空。
2. 机械真空泵：通过机械运动抽取气体。
3. 涡轮分子泵：通过高速旋转的涡轮叶片抽取气体。
4. 液环真空泵：通过液体环的运动抽取气体。
5. 根式真空泵：通过两个相互作用的旋转叶片抽取气体。
三、机械真空泵的工作原理机械真空泵是最常用的一种真空泵。
它的工作原理基于离心力和压缩气体的原理。
下面将详细介绍机械真空泵的工作过程。
1. 吸气过程机械真空泵的吸气过程分为两个阶段：初级和终级。
初级吸气阶段：当泵启动时，活塞开始向下运动，气体通过阀门进入泵内。
随着活塞的下降，气体被压缩并排出泵体。
终级吸气阶段：在初级吸气阶段之后，气体进一步被压缩并排出泵体。
这个过程中，泵的排气阀门关闭，气体被压缩在泵体中。
2. 排气过程排气过程包括排气和再吸气两个阶段。
排气阶段：当活塞上升时，泵体内的气体被推向出口，并通过排气阀门排出。
同时，泵体内形成低压区域，吸引外部气体进入泵体。
再吸气阶段：在排气阶段之后，泵体内的压力降低，外部气体进入泵体，并被压缩。
3. 工作原理总结机械真空泵的工作原理可以总结如下：1) 活塞运动产生离心力和压缩气体。
2) 气体通过阀门进入泵体并被压缩。
3) 压缩的气体被排出泵体。
4) 泵体内形成低压区域，吸引外部气体进入泵体。
5) 外部气体被压缩并再次排出泵体。
四、机械真空泵的应用机械真空泵在许多领域中都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 科学研究：机械真空泵用于实验室中的真空系统，例如材料科学和物理学研究。
2. 工业生产：机械真空泵用于工业生产中的真空处理，例如电子器件制造和食品包装等。
3. 医疗设备：机械真空泵用于医疗设备中的真空系统，例如血液分离和医用吸引等。
真空泵工作原理
真空泵工作原理一、引言真空泵是一种将气体从封闭容器中抽取出来，从而产生真空的设备。
它在不少领域都有广泛的应用，例如化学实验室、制药工业、电子创造等。
本文将详细介绍真空泵的工作原理及其相关知识。
二、真空泵的分类根据工作原理，真空泵可以分为以下几类：1. 正压泵：通过压缩气体将气体排出，如活塞泵、螺杆泵等。
2. 份子泵：利用高速旋转的转子将气体份子抛出，如份子转子泵。
3. 扩散泵：通过扩散气体份子的方式将气体排出，如油扩散泵、水银扩散泵等。
4. 离心泵：通过离心力将气体抛出，如离心泵、涡轮份子泵等。
三、真空泵的工作原理以油封真空泵为例，介绍其工作原理：1. 油封：真空泵的主要部件之一是油封，用于密封泵腔，防止气体泄漏。
油封通常由油箱、油封壳、油封盖等组成。
2. 泵腔：真空泵的泵腔内部有一个转子和一个固定的外壳。
转子上有多个叶片，当转子旋转时，叶片与外壳之间形成密封的工作腔。
3. 工作过程：当真空泵启动时，泵腔内部是充满气体的。
转子的旋转使得泵腔的体积逐渐变小，气体被压缩并排出泵腔。
同时，油封壳内部的油会形成一层薄膜，起到密封作用。
4. 油循环：为了保持油封的密封性能，真空泵通常会通过油循环系统，不断将油封中的油进行循环，以冷却和润滑油封。
油循环系统包括油箱、油管、油泵等组件。
5. 气体排放：被抽取的气体通过排气口排出泵腔，进而形成真空。
四、真空泵的性能参数1. 抽速：真空泵的抽速是指单位时间内泵出的气体体积。
抽速越大，泵出气体的速度越快，真空度越高。
2. 极限真空度：真空泵能够达到的最低真空度。
通常用帕斯卡（Pa）或者毫巴（mbar）表示。
3. 压缩比：真空泵的压缩比是指泵出气体的压力与进气气体的压力之比。
压缩比越大，泵出的气体压力越低。
4. 噪音：真空泵的噪音是指在工作过程中产生的声音。
低噪音的真空泵对于某些噪音敏感的应用场景非常重要。
五、真空泵的应用领域真空泵在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 科学研究：真空泵在物理学、化学、生物学等科学研究中扮演着重要角色，用于制备高纯度材料、研究气体份子等。
真空泵工作原理
真空泵工作原理一、引言真空泵是一种用于抽取气体，使其在容器内部产生真空的装置。
它在许多工业领域和科学实验中起着重要作用。
本文将详细介绍真空泵的工作原理，包括工作原理、组成部份和工作过程。
二、工作原理真空泵的工作原理基于气体份子的运动规律和压力差。
当泵的工作腔内部压力低于外界的压力时，外界气体将通过进气口进入工作腔。
然后，泵将气体份子从进气口吸入，通过增压装置增加气体的动能，并将其排出。
三、组成部份1. 泵体：真空泵的主体部份，通常由金属制成，具有良好的密封性能和耐腐蚀性能。
2. 进气口：用于引入外界气体。
3. 增压装置：通常由叶片、转子或者活塞等构成，用于增加气体的动能。
4. 排气口：用于排出被抽取的气体。
5. 密封装置：用于确保泵体与其他部份之间的密封性。
四、工作过程1. 吸气阶段：当真空泵开始工作时，进气阀门打开，外界气体通过进气口进入工作腔。
同时，泵体内的压力低于外界压力，使气体份子进入工作腔。
增压装置增加气体的动能，使气体被推向排气口。
2. 排气阶段：当气体通过增压装置时，排气阀门打开，气体从排气口排出。
这个过程会不断重复，直到工作腔内的气体被抽取完毕。
五、应用领域真空泵广泛应用于以下领域：1. 制药工业：用于创造药品和医疗设备。
2. 半导体工业：用于创造集成电路和微芯片。
3. 化工工业：用于生产和处理化学物质。
4. 实验室科研：用于各种科学实验和研究。
5. 食品加工：用于食品包装和保鲜。
六、总结真空泵是一种重要的设备，其工作原理基于气体份子的运动规律和压力差。
通过不断重复的吸气和排气阶段，真空泵能够抽取气体并产生真空。
真空泵在制药、半导体、化工、实验室科研和食品加工等领域都有广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Vacuum Science and Technology
优点
干净 无油 不因突然漏气而损坏 抽速大 HV，UHV 10－9Torr 接近无限大的吸气能力 (除了He, H2) 存储了大量的气体 热敏感 和部分气体反应 压缩机
缺点
低温泵和涡轮分子泵比较
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
蒸汽特性
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
要达到10-8Torr以下压强，必须使用LH2或LHe冷却
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
真空物理与技术
第5章 真空获得（俘获泵）
Vacuum Science and Technology
2000 liters per second N2
抽速和分子入射率、气体分子种类密切相关
分类
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
常见收气金属
Mg, Ca, Ba, Al, La系金属 主要用Ba或Ba合金（不会氧化中毒，也不会重新释气）
非蒸散式收气剂
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Ti持续蒸发到冷壁上，构成相当抽气速率的泵
钛丝蒸发器
高温Ti机械强度太差 钛丝、钼丝缠绕，通电加热 空心钛钼合金球，内部白炽钨丝加热
比抽速
O2 N2 CO 10L/cm2活性表面 H2 40L/cm2活性表面 不能抽除惰性气体
Vacuum Science and Technology
典型的低温泵系统
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
抽气原理
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
低温抽气阵列
室温下，低温表面不能直 接暴露气源
辐射热负荷>冷凝热负荷
低温表面需要不透光具有
中间温度的挡板
冷表面
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
小型电子管
抽空到某一真空度后，除气
玻璃除气温度(400-500C)下蒸汽压<1Pa 很快蒸发，避免长时间高温烘烤电子元器件 饱和蒸汽压低于10-5Pa 与气体化合能力强 形成的化合物不易分解或被取代
高温，蒸散到管壁
常温下自动收气
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
低温泵
低温泵概述
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Hale Waihona Puke 升华泵可提高真空度约2个数量级
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
离子泵
电清除
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
• 能吸附离子的表面：清洁的，冷的负电表面 • 电子源（W热阴极） • 加速电子的阳极
离子泵偏压
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
气体
吸气表面
水蒸汽 1级表面 N2 2级表面上 H2 2级表面内部
入射率 15 11.9 45
逃逸率 0 8.9 39
净抽速 15 3 6
单位 L/sec.cm2 L/sec.cm2 L/sec.cm2
A black hole for water vapor
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
升华泵
化学清除
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
抽速
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
统计数据
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
10’’法兰盘低温泵
10,000 liter/second H2O 1700 liters /second Ar 4700 liters per second H2
LH2可以有效凝聚除He,Ne以及本身以外的一切气体
但LH2用途不广，爆炸
LN2可有效冷却H2O，CO2 ，但对Ar, O2无能为力 LHe成本限制了其使用，但是温度最低的冷剂 300元
/L
低温泵结构
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
抽气能力
低温泵到底能吸附多少气体？ 取决于气体种类和泵的机械结构
9000Torr.L H2---a lot but not infinite 106Torr.L Ar 空气/水汽
抽速
与泵口分子入射率相关
取决于吸附与脱附的平衡
Vacuum Science and Technology
电清除
A e A e e
A＋在电场作用下被驱逐到负极被中和
新形成的气体分子被金属吸附而不再离开电极
实际上降低了空间分子浓度
离子泵
离子泵基本结构
Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology Vacuum Science and Technology
Vacuum Science and Technology
干净 无油 高真空泵 现代半导体工业中广泛应用
•涡轮分子泵 •尺寸小 •与气体不反应 •抽除气体
Typically in each applications
•低温泵 •中等尺寸 •与气体反应 •贮存气体