机械、扩散、分子泵工作原理

油扩散泵工作原理油扩散泵主要由泵体、扩散喷嘴、蒸气导管、油锅、加热器、扩散器、冷却系统和喷射喷嘴等部分组成(见图)。

当油扩散泵用前级泵预抽到低于1帕真空时，油锅可开始加热。

沸腾时喷嘴喷岀高速的蒸气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸气分子碰撞。

气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动。

至U前级，油蒸气被冷凝，释出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气目的。

泵油的蒸气压直接影响泵的真空性能。

但油扩散泵所使用的任何泵油，都是蒸气压不同的多组分的混合物。

因此，要提高油扩散泵的抽气和真空性能，泵在工作中自身还要对泵油进行分馏( 一、物质的分离和提纯基本原理混合物的分离是指用物理、化学方法将混合物中各组分分开，并恢复到原状态，得到比较纯的物质。

物质的提纯则只要将杂质除去即可。

物质提纯的原则为：不增(不引入新的杂质)、不变、易分离。

实验操作要简便，不能繁杂。

用化学方法除去溶液中的杂质时，要想把被分离的物质或离子尽可能除净，需要加入过量的分离试剂，在多步分离过程中，后加的试剂应能够把前面所加入的无关物质或离子除去。

二、常用的分离和提纯方法1. 过滤过滤是除去溶液中混有不溶于溶剂的杂质的方法。

过滤时应注意：(1)一贴：将滤纸折叠好放入漏斗，加少量蒸馏水润湿，使滤纸紧贴漏斗内壁。

(2)二低：滤纸边缘应略低于漏斗边缘，加入漏斗中液体的液面应略低于滤纸的边缘。

(3)三靠：向漏斗中倾倒液体时，烧杯的夹嘴应与玻璃棒接触；玻璃棒的底端应和漏斗中有三层滤纸处轻轻接触；漏斗颈的末端应与接受器的内壁相接触，例如用过滤法除去粗食盐中少量的泥沙。

2. 蒸发和结晶蒸发是将溶剂气化、使溶液浓缩从而使溶质析出的方法。

结晶是溶质从溶液中析出晶体的过程，可以用来分离和提纯几种可溶性固体的混合物。

加热蒸发皿使溶液蒸发时，要用玻璃棒不断搅拌溶液，防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅。

当蒸发皿中出现较多的固体时，即停止加热。

结晶的原理是根据混合物中各成分在某种溶剂里的溶解度的不同，通过蒸发减少溶剂或降低温度使溶解度变小，从而使晶体析出。

例如用结晶的方法将NaCI和KNO3分离。

3. 蒸馏蒸馏是提纯或分离沸点不同的液体混合物的方法。

用蒸馏原理进行多种混合液体的分离，叫分馏。

例如将石油蒸馏可以得到煤油、汽油、柴油等等。

4. 分液和萃取分液是把两种互不相溶、密度也不相同的液体分离开的方法。

萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。

萃取和分液经常一起使用来分离物质。

选择的萃取剂应符合下列要求：(1)和原溶液中的溶剂互不相溶；(2)对溶质的溶解度要远大于原溶剂；(3)溶剂易挥发。

在萃取和分液过程中要注意：(1)将要萃取的溶液和萃取溶剂依次从上口倒入分液漏斗，其量不能超过漏斗容积的2/3，塞好塞子进行振荡。

(2)振荡时右手捏住漏斗上口的颈部，并用食指根部压紧塞子，以左手握住旋塞，同时用手指控制活塞，将漏斗倒转过来用力振荡。

(3)然后将分液漏斗静置，待液体分层后进行分液，分液时下层液体从漏斗下口放出，上层液体从上口倒出。

三、常见的分离方法选择1. 对于固体与固体的混合物：(1)杂质易分解、易升华时，用加热法，如碳酸钠中混有NaHCO3 ；(2)一种易溶，一种难溶，用过滤法，如NaCI中混有泥沙；(3)二者均易溶，但其溶解度随温度的影响不同，用结晶法，如NaCI中混有KNO3。

2. 液体与液体的混合物：(1)沸点相差较大时，用蒸馏法，如酒精与水的分离；(2)互不混溶时，用分液法，如四氯化碳与水的混合物的分离；(3)在互不相溶溶剂中的溶解度不同时，用萃取法，如用CCI4萃取碘水中的碘。

3. 气体与气体的混合物：洗气吸收法。

四、常见物质分离、提纯范例1. 物理方法的范例（1）溶解、过滤法MnO2与KCI的分离：采用溶解过滤法。

除去炭粉中杂质氧化铜或铜粉中锌杂质，采用盐酸溶解、过滤法除杂。

（2）加热灼烧法氧化铜中混有炭粉，二氧化锰中混有炭粉采用在空气中加热灼烧法除杂。

（3）溶解、结晶法例如，分离氯化钠和硝酸钾可根据两种物质的含量不同分别采用蒸发结晶法或降温结晶法。

2. 化学方法的范例（1）生成气体法：如除去氯化钠中碳酸钠杂质，加适量盐酸。

（2）生成沉淀法：如除去氯化钠溶液中氯化钙杂质，加适量的碳酸钠溶液。

（3）还原法：如铜粉中有氧化铜杂质：在加热条件下通入足量氢气或一氧化碳。

（4）正盐酸式盐转化法：例如，碳酸钠溶液中含有碳酸氢钠杂质，向溶液中加入适量的氢氧化钠，NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O ；碳酸氢钠溶液中含有少量碳酸钠杂质：向溶液中通入过量二氧化碳，Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 。

（5）洗气法：除去下列气体中的杂质，括号中为杂质：CO（CO2）:碱溶液；H2（HCI）:水或碱溶液；CO2（HCI）:饱和碳酸氢钠溶液；SO2（HCI）:饱和亚硫酸氢钠溶液。

（6）加热法：除去氮气中氧气：通过炽热铜网；除去二氧化碳中CO ,通过炽热氧化铜粉末。

（7）干燥法：常见干燥剂有氯化钙、碱石灰、生石灰和浓硫酸。

一般最后一步除去水蒸气。

在实际应用中往往分离或提纯一种物质要用到多种方法：例如，粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，提纯方法：溶解、依次加入过量氯化钡溶液、过量氢氧化钠溶液、过量碳酸钠溶液、过量盐酸溶液，蒸发得到氯化钠纯净物。

再如，空气中含有二氧化碳、氧气依次通过氢氧化钠、炽热铜网最后得到氮气和稀有气体等。

）和净化。

分馏目的是使高蒸气压组分的油不进入高真空工作喷嘴（高真空端的喷嘴）；净化目的是使高蒸气压组分的油在工作过程中不断为前级泵所抽除，使油逐渐趋于纯净.泵油分馏主要是利用泵油各组分的蒸发温度不同，使它们分别在不同的锅炉面积上蒸发。

当工作后冷凝回流的泵油流到有保温罩部分的泵壁时，油即得到预加热，随即流到油锅周边，经锅底环形加热器加热，轻馏分的油达到蒸发温度便在外层蒸发而进入低真空工作喷嘴（靠近前级泵的喷嘴）;未能蒸发的某些轻馏分油也因比重较其他馏分油小而浮到油面上。

由于外层蒸气导管的限制，这部分馏分蒸发后仍进入低真空工作喷嘴。

重馏分的油在外层蒸气导管中因未达到蒸发温度而未蒸发，遂从外层由锅底间的缝隙流到油锅中心蒸发，进入高真空工作喷嘴。

轻、重馏分的油蒸气这样分道供给低真空工作喷嘴和高真空工作喷嘴这一过程谓之分馏。

从喷射喷嘴喷岀的油蒸气在前级得不到充分的冷却，蒸气中的轻馏分即未能完全冷凝而被前级泵抽除。

如此循环工作，泵油中的轻馏分便越来越少，重馏分的比例则越来越大，泵油便逐渐趋于纯净。

这一过程谓之净化。

泵油的分馏和净化，对提高泵的极限真空有重要作用。

扩散泵工作原理（转帖）（2009-06-20 23:13:10）标签：扩散泵内腔聚苯醚真空泵教育来源：天涯问答/wenda/thread?tid=7d674b585a9f267b作者：浙江过客在地球大气层任何地方造成真空要抽掉组成大气层的分子（主要为氮、氧、二氧化碳，以及常见的约150种污染物）.分子的抽取一直要持续到获得预期基本的真空水平。

抽取的过程在此后通常会继续以保持需要的真空水平进行工作。

这项工作可能涉及电子显微镜、气相色谱—质谱（GC-MS）表面分析、分子束系统、先进的材料焊接、大型真空炉，甚至模拟太空环境.最常见的一种用于高真空应用的是油扩散真空泵（或者更正确地说、蒸气喷射泵）。

油扩散真空泵是最早、最可靠的途径，在25° C能创造10-10 Torr真空或更低。

扩散泵的首次设计要追溯到1915年，发明者是Irving Langmuir 。

原来是用水银扩散泵液，可以承受的温度提高了，但缺点是有毒。

喷射泵的设计经过多年的改进和合成液体的进步使得更高程度的真空能够实现。

虽然测量气压的单位众多，但Torr（陶而）却是最常用的。

在海平面正常的大气压下，无液气压计的水银柱高29.92 英寸，29.92 英寸等于760毫米水银或760Torr。

为了测量很高的真空下极低的压力, 也可使用微米（1000 微米为 1 毫米）作单位，因此，真空扩散泵实现了10-3 Torr 真空也可以说已经到了 1 微米的真空。

10-3 Torr 真空虽已大量抽取出大气分子，但实际上在这一水平上真空扩散泵刚开始运作。

因为油扩散真空泵开始工作，内腔不能有完全的大气压。

相反,一个辅助低真空机械泵（或前置真空泵）能够少量的抽压，它首先使油扩散真空泵内腔压力减至约10-3Torr。

在此时，油扩散真空泵开始工作使真空水平保持在10-3和10-10Torr 之间。

由于真空扩散泵不能直接自排气压，机械辅助泵的使用能维持适当的排压条件。

虽然在某些应用场合，他们已经被一些更先进设计的产品替代，例如低温泵或离子泵，但真空扩散泵仍受青睐。

因为他们有几个好处: 他们有可靠的而简单的设计，运行无噪音振动，相对低廉的操作和维修。

事实上，扩散泵仍然是最廉价的制造高真空环境的手段。

这些泵也容许存在超过作业条件的活性粒子和气体。

而这对其他类型的高真空泵则有很大的破坏作用。

体积上，最小的只稍大于一个咖啡杯。

最大的直径近一米，高两米。

油扩散真空泵，采用不锈钢内腔并含有纵向叠加的锥形喷射口的内室。

通常有三个喷射口内室其大小逐个减小，最大的在底部。

在内腔的底部是一滩特殊的低蒸汽压油。

油由内腔底部下设的电加热器加热煮沸，气化的油油向上移，从各个内室的喷射口排出来。

而水通过在内腔外壁的循环使内腔降温，从而避免热量外溢并维持其长时间的运转。

之所以称它为扩散泵的唯一理由是，根据观察抽取气体的分子渗透进蒸汽喷口的方式类似于一种气体扩散到另一种气体里。

（ " 来源HablanianMH，高真空技术第二版207 页" ）。

从相当大直径的喷射口出来，高能油滴以时速750 英里每小时的速度在内室和内腔壁之间向下落去。

这些油滴已达到了超音速，但却没有音爆，主要因为部分真空状态下分子间隔太大以至于不能传导声能。

蒸汽喷口的捕捉率取决于他的密度，速率和分子量。

高速喷口与在碰巧进入其内部的气体分子发生碰撞是由于气体分子的热运动。

这通常会给分子以向下的动力使它们能从泵的排气口排出从而达到更高的真空水平。

在内腔底部，积淀下来的大气气体分子被辅助泵消除，同时积淀下来的油则开始又一轮的循环。

分子清除的作用是创造一个上层部分高真空的内腔。

而这一部分的高真空正是应用中所需要的—比如，用于电子显微镜。

为阻止热量外溢，在内腔外壁会有水从旋管中流动来降温。

在油被蒸发的内腔底部温度大约处于190° C到280° C之间。

油有几种，分别由硅氧烷、碳氢化合物、酯、全氟化物，聚苯醚制成。

聚苯醚(Santovac ? 5) 液或油在25 多年来一直是全球的标准，它兼具高分子量，低反应活性和优良的蒸汽力等优点。