Как вакуумировать сосуд дьюара
Длина свободного пути молекул обратно пропорциональна давлению газа. С разрежением газа она естественно увеличивается, достигая, например, 1 см при давлении 0,009 мм рт. ст. и нескольких километров при высоком разрежении (высоком вакууме). В этих условиях, когда средняя длина пути становится много большей, чем размеры сосуда, столкновения между молекулами газа случаются относительно редко, и каждая данная молекула пролетает от одной стенки сосуда до другой большей частью без столкновений с другими молекулами. В результате такие свойства, как вязкость, диффузия, теплопроводность, которые зависят в основном от межмолекулярных столкновений, существенно меняются. Очень сильное уменьшение теплопроводности газов при высоком разрежении практически используется в термосах, в производственных и лабораторных сосудах Дьюара. Тепловая изоляция достигается в них в основном именно тем, что сосуды делаются с двойными стенками и в пространстве между ними создается высокий вакуум. [c.116]
Классическим типом сосуда для хранения относительно небольших количеств таких жидкостей, как гелий, водород и неон, является сосуд Дьюара с экраном, охлаждаемым жидким азотом (рис. 118). Криогенная жидкость хранится во внутреннем сосуде /, окруженном полостью с высоким вакуумом. Пространство между вакуумными полостями 3 заполнено жидким азотом. Поверхности, обращенные в вакуумное пространство, должны иметь малую степень черноты е. Для поддержания высокого вакуума в этих полостях помещен адсорбент. Горловина внутреннего сосуда представляет собой тонкостенную трубку из материала с малой теплопроводностью (нержавеющая сталь, монель). Теплоприток к криогенной жидкости подсчитывается по методике, приведенной на стр. 217. Лучистый теплоприток пропорционален четвертой степени температуры, поэтому применение охлаждаемого азотом экрана при хранении жидкого гелия уменьшает этот теплоприток примерно в [c.226]
После промывки сосуд Дьюара откачивают до высокого вакуума при нагревании до 280-300° С в течение одной-двух недель перед окончательной отпайкой. [c.229]
I – колба с высушиваемым веществом 2 – кран для выпуска воздуха 5 – охлаждаемая ловушка для паров воды 4 – сосуд Дьюара 5 – химический поглотитель 6 – к высокому вакууму [c.31]
Теплоприток между блоками теплообменника оказался выше, чем из окружающей среды, лишь потому, что теплоприток из окружающей среды был сведен к минимуму размещением теплообменника в сосуде Дьюара. Авторы предпочли такую тепловую изоляцию вакуумно-порошковой. В случае применения вакуумно-порошковой изоляции поддерживать достаточно высокий вакуум при столь большом количестве паек было бы затруднительным. [c.176]
Существенное улучшение изоляции больших сосудов для низ-кокипящих жидкостей было, по-видимому, основным достижением, благодаря которому стало возможным широкое применение сжиженных газов. Для изоляции больших сосудов уже давно применяются порошковые и волокнистые материалы при атмосферном давлении, а изолирующее пространство с высоким вакуумом, впервые предложенное Джеймсом Дьюаром, было использовано в небольших сосудах. Оба эти способа находят широкое применение и в настоящее время, но оба имеют недостатки. Вакуумно-порошковая изоляция [1], применяемая с 1940 г., оказалась очень эффективной и удобной для больших сосудов, т. е. для сосудов емкостью более 100 л. На фиг. 1 показано значительное уменьшение эффективного коэффициента теплопроводности перлита ) при понижении давления. При таком методе изоляции пространство между двумя оболочками заполняется тонким порошком с последующей откачкой из него воздуха в настоящее время этот метод используется почти во всех больших сосудах. [c.269]
В течение ряда лет для жидкого гелия наиболее широко применяются сосуды Дьюара, подобные сосудам для жидкого водорода (см. фиг. 24), с экраном, охлаждаемым жидким азотом. Номинальные потери на испарение в 100-литровом сосуде составляют 0,5% в сутки жидкого гелия и 3 л в сутки жидкого азота. Одной из причин меньших потерь жидкого гелия в таких сосудах по сравнению с потерями жидкого водорода может быть очень высокий вакуум в изолирующем пространстве вследствие чрезвычайно низкой температуры. [c.317]
Сосуд с вакуумным пространством между стенками был изобретен Джеймсом Дьюаром более шестидесяти лет назад, но и в настоящее время высокий вакуум представляет собой наиболее известный и широко применяемый вид тепловой изоляции. Подвод тепла внутрь сосуда Дьюара осуществляется тремя путями теплопроводностью опорных элементов, поддерживающих внутреннюю оболочку, теплопроводностью газа, оставшегося при несовершенном вакуумировании, и путем теплового излучения. В сосудах с высоким вакуумом при хорошей конструкции основную часть полного теплопритока составляет тепловое излучение. Поэтому разработка способов уменьшения лучистого теплопритока стала очень важной задачей. Тепловое излучение пропорционально излучательной способности поверхностей, обращенных в вакуумное изолирующее пространство, и уменьшение его ограничено свойствами материалов. Для серебра, обычно используемого как отражающее покрытие в стеклянных сосудах Дьюара, степень черноты поверхностей равна примерно 0,01, а поверхность меди, которая широко применяется в промышленных сосудах для сжиженных газов, характеризуется несколько большим значением [1]. Такая степень черноты поверхностей, по-видимому, близка к предельно достижимым значениям, и нет оснований ожидать существенных улучшений. Эффективным способом уменьшения теплопритока за счет излучения является использование изолированных, плавающих , защитных экранов, помещенных между теплой и холодной поверхностями. Если поверхности экрана и оболочек имеют одинаковую степень черноты, то при установке одного экрана лучистый теплоприток уменьшается вдвое (без учета небольших отклонений вследствие влияния геометрической формы поверхностей). Увеличение числа экранов приводит к дальнейшему уменьшению лучистого теплопритока, но, как известно, при этом значительно усложняется конструкция сосуда и возникают трудности, связанные с уменьшением теплопроводности элементов, разделяющих экраны. [c.335]
Дьюар также обнаружил, что при заполнении пространства между стенками сосуда некоторыми порошками получается почти такой же изолирующий эффект, как и при высоком вакууме между стенками с малой степенью черноты. Но поскольку простые сосуды Дьюара вполне удовлетворяли лабораторные нужды, интерес к порошковой изоляции ослабел. В случаях, когда требовалась тепловая изоляция более высокого качества, использовались два сосуда Дьюара (один внутри другого), и наружный сосуд заливался недорогим хладоагентом, например-жидким азотом. Таким образом, не было потребности в дальнейшем изучении свойств вакуумно-порошковой изоляции. [c.337]
Высокий вакуум. Этот способ изоляции заключается в том, что из межстенного пространства сосуда откачивается воздух до остаточного давления ЫО -Ы0 мм рт. ст. Такой способ высокоэффективен, но технологически достаточно сложен и поэтому применяется для небольших сосудов (например, сосудов Дьюара) емкостью до ГОО дм . [c.508]
В металлических сосудах Дьюара для поглощения остаточных газов и поддержания в течение длительного времени высокого вакуума используют адсорбенты, в частности мелкопористый силикагель КСМ. Полученные нами опытные данные по адсорбции азота этим силикагелем при температурах кипения жидкого кислорода и азота приведены на фиг. 6. В вакуумной полости сосудов Дьюара необходимо поддерживать давление порядка 1ХЮ мм [c.127]
Одним из твёрдых тел, усиленно поглощающих газы, янляется уголь. До изобретения современных насосов этим свойством угля пользовались для получения высокого вакуума (метод Дьюара [82]). Теперь уголь применяется как восстановитель вакуума, если он утрачен в отпаянном сосуде, а также для очистки инертных газов. В откачиваемый сосуд вводят уголь в особом отростке А и для восстановления вакуума помещают [c.43]
На малой теплопроводности газа при высоком вакууме основано пользование сосудами (Дьюара) с двойными стенками (рис. [c.43]
В схеме аппарата Симона (рис. 29) сосуд 1, заполненный активированным углем, помещен в сосуд 2, погруженный в сосуд Дьюара 4 с жидким водородом. Во втором вакуумном сосуде 3 расположена камера 5. По трубе б и змеевику гелий подается в сосуд 1, где адсорбируется активированным углем. Сосуд 2 заполнен гелием для отвода тепла адсорбции и передачи его жидкому водороду, кипящему под вакуумом. После окончания процесса адсорбции из сосуда 2 откачивают гелий и создают высокий вакуум, благодаря чему сосуд 1 оказывается термически изолированным. Затем понижают давление в этом сосуде путем отсасывания гелия, происходит процесс десорбции, температура угля быстро понижается до температуры сжижения гелия, который может быть сжижен в каморе 5. В нее помещают различные вещества для изучения их свойств при весьма низких температурах. [c.441]
Высокий вакуум может служить эффективным теплоизолятором. Этот “факт используется уже несколько десятков лет в сосудах для сжиженных газов, названных по имени изобретателя сосудами Дьюара. Сосуды имеют двойные стеклянные или металлические стенки, между которыми создано разрежение. Тепло из окружающей среды притекает здесь к сжиженному газу тремя путями теплопроводностью остаточных газов, излучением и проводимостью твердых конструкционных элементов. [c.388]
В сосудах для сжиженных газов, используют явление физической адсорбции, вызываемой молекулярными силами притяжения, действующими вблизи поверхности адсорбента. Изотермы адсорбции азота различными адсорбентами при 90° К даны на фиг. 18. Согласно опытным данным силикагель марки КСМ, применяемый для поглощения остаточных газов в сосудах Дьюара, имеет сравнительно низкую поглотительную способность в условиях высокого вакуума. Гранулированный силикагель этой [c.417]
Высоковакуумная изоляция. Простейшие сосуды для хранения и перевозки жидких газов, так называемые сосуды Дьюара, представляют собой двухстенные стеклянные или металлические сосуды с рубашкой, в которой создан высокий вакуум (давление до 10 -10″ мм рт. ст.). Теплопередающие поверхности сосуда должны иметь хорошую отражательную способность. Благодаря низкой теплопроводности разреженного газа испарение жидкости в таком сосуде происходит значительно медленнее, чем при использовании какой-либо изоляции, находящейся при атмосферном давлении. Теплопередача в таких сосудах происходит в основном излучением. Поверхность с высокой отражательной способностью, которая обеспечивает малый лучистый теплоприток, можно получить применением отожженной алюминиевой и медной фольги или гальваническим покрытием слоем серебра или золота толщиной -0,025 мм. [c.288]
Чем ниже давление, тем точнее соблюдается уравнение (III.11). Поэтому оно дает безупречные результаты для газов при высоких разрежениях. (В настоящее время остаточное давление удается довести до 10 Па.) Однако ряд свойств газов в высоком вакууме (латинское va uum – пустота) претерпевает существенное изменение. Так, резко возрастающая протяженность пути молекул газа от одного столкновения до другого становится неизмеримо больше линейных размеров сосуда, иными словами, частицы газа пролетают от одной стенки к другой чаще всего без соударения. Поэтому меняются те его свойства, которые зависят прежде всего от межмолекулярных столкновений. К ним, в частности, относится способность проводить тепло (резкое падение теплопроводности используется при изготовлении термосов и сосудов Дьюара). [c.220]
Если необходима дополнительная очистка полученного сероводорода, его подвергают фракционированной дистилляции. Для этого конденсатор 16 полностью погружают в, сосуд Дьюара с жидким воздухом и с помощью ртутного насоса создают в системе высокий. вакуум. Трубки 17, 18, 19, 20. охлаждают в сосудах Дьюара, наполненных смесью твердой углекислоты и ацетона. Затем гтрекращакуг охлаждение конденсатора 16 и дают испариться около Чъ сконденсированного сероводорода, откачивая газ с помощью насоса. После этого охлаж дают сосуд 22, помещая его в сосуд Дьюара с жидким воздухом, и собирают среднйю фракцию (вемного более /з от первоначального объема сконденсироваиного сероводорода). Оставшуюся часть сероводорода в конденсаторе 16 отбрасывают. [c.156]
Гораздо эффективнее теплоизоляция, достигаемая в сосудах с вакуумной рубашкой, предложенных Вайнхольдом и Дьюаром. Практически в таких сосудах теплообмен идет только за счет лучеиспускания и теплопроводности вдоль стенок. Сосуды целесообразно изготовлять из высокотермостойкого стекла (например, дуран или пирекс) сосуды большего объема для транспортировки – из металла. Возможно более широкое пространство между стенками эвакуируют по меньшей мере до 10 мм рт. ст. Так как длительное поддержание высокого вакуума в металлических сосудах представляет некоторые трудности, на дно рубашки рекомендуется помещать слой силикагеля, который при низкой температуре адсорбирует остатки газа. [c.81]
Непрерывное развитие производства электровакуумных приборов, микроэлектроники, ядерной физики и многих других отраслей науки и техники требует постоянного совершенствования и разработки новых методов достижения высокого и сверхвысокого вакуума. Масляные насосы, еще недавно широко применяемые в технике получения среднего и высокого вакуума, уже не удовлетворяют современным техническим требованиям не столько по величине достигаемого предельного давления, сколько по чистоте и безмасляности вакуума. Это привело к необходимости разработки принципиально новых методов получения вакуума. Большая часть этих методов основана на использовании явления хемосорбции газов на чистых поверхностях некоторых химически активных металлов (преимущественно титана), а также физической адсорбции или конденсации газов на микропористых адсорбентах или поверхностях, охлажденных до низких температур. Адсорбционный метод получения вакуума известен еще с начала XX века, когда Дьюар с помощью древесного угля, охлажденного жидким воздухом, получил высокий (по тем временам) вакуум. Тогда из-за невысокого уровня техники получения низких температур сорбционный метод не вышел из стадии лабораторных экспериментов. [c.3]
Сосуды Вайнхольда и Дьюара отличаются но форме они изготовляются из стекла и имеют двойные стенки. Сосуды Дьюара имеют внутри серебряное зеркало. В последних образцах зеркало сделано из сплавов, содержащих медь. Воздух из промежуточного пространства выкачивается. А. Шток [И] вместо этого заполняет его легко конденсирующимися парахми (ЗОз, СОа), так что высокий вакуум образуется только при наполнении сосуда охлаждающим средством. Очень удобны имеющиеся в продаже дешевые термосы, особенно более крупные модели с широким горлышком [см. примечание 19, стр. 190]. [c.38]
В оборудовании для жидкого водорода очень важно особенно тщательно изолировать трубопроводы, вентили и соединения, контактирующие с жидким водородом, и не допускать соприкосновения их наружных поверхностей с воздухом. Температура жидкого водорода гораздо ниже температур конденсации и затвердевания воздуха, и поэтому на холодных поверхностях будет происходить интенсивная конденсация и вымораживание воздуха, в результате чего теплоприток к жидкому водороду значительно возрастет. Во избежание этого все вентили и трубопроводы, работающие при температурах жидкого водорода, как правило, заключаются в вакуумные рубашки [49]. Вадуумная изоляция в трубопроводах для жидкого водорода аналогична изоляции сосудов Дьюара, т. е. поверхности вакуумного пространства покрываются хорошо полированным материалом, В изолируюп ем пространстве обеспечивается высокий вакуум с помощью диффузионного насоса. В конструкции трубопровода предусматриваются специальные меры, допускающие различное температурное расширение и сжатие внутренней трубы по отношению к вакуумной рубашке. Фланцевые соединения конструируются таким образом, чтобы обеспечить длинные тепловые мосты с малой теплопроводностью и уменьшить теплоприток от теплого наружного фланца к внутренней трубе [50]. [c.316]
Малая теплопроводность газа в условиях высокого вакуума положена в основу устройства сосудов Дьюара (рис. 1). Эти сосуды имеют двойные стенки, в пространстве между юэторыми создан высокий вакуум. Вследствие очень малой теплопроводности высокоразреженного газа в этих сосудах длительное время могут храниться сжиженные газы. [c.8]
Ловушка состоит из корпуса 1, выполненного в виде металлического кольца, вымораживающего устройства 2, хладопровода 3 и сосуда Дьюара 4. Вымораживаюшее устройство представляет собой медный стержень с припаянными к нему в виде елочки медными пластинами, перекрывающими входное сечение насоса таким образом, чтобы ловушка была непросматриваемой на свет. Молекулы пара, диффундирующие из насоса, летят, благодаря высокому вакууму, по прямолинейным путям, вследствие чего неизбежно попадают на медные пластины и оседают на них. Медный стержень хладопровода погружается в сосуд Дьюара с жидким азотом. Хладопровод и связанные с ним пластины вымораживающего устройства в процессе эксплуатации имеют температуру около -180°. При таких низких температурах давление паров масел и ртути, используемых в пароструйных насосах, а также давление паров воды уменьшается на несколько порядков, в результате чего существенно улучшается предельный вакуум, который может быть получен в откачиваемом объеме. [c.25]
На рис. 5-72 видно, что некоторые виды ловушек (а и б) имеют двойные стенки и, следовательно, сами могут служить резервуаром для охлаждающего средства другие (е) нуждаются в отдельном сосуде (Дьюара), в который их погружают для работы и который, как мы знаем (см. 3-7, рис. 3-9), также имеет двойные стенки. Двойные стенки, в пространстве между которыми должен поддерживаться весьма высокий вакуум (для уменьшения теплопроводности), предохраняют от притока тепла в ловушку и связанного с этим быстрого расхода охлаждающего средства. Однако требованию возможно более длительного сохранения охлаждающего средства нельзя удовлетворить только наличием высокого вакуума между двойными стенками. Необходима также защита от теплообмена с окружающей средой путем- излучения для этого стенки ловушек (если онц двойные) и сосудов покрываются зеркальным слоем какого-либо металла (алюминия или серебра), благодаря чему они почти полностью отражают падающее на них от окружающих предметов излучение. Зеркализация экономит расход охлаждающих средств по крайней мере в 2 раза. [c.150]
На малой теплопроводности газа при его высоком разрежении основана конструкция сосудоа с двойными стенками (сосуды Дьюара), в пространстве между которыми создан высокий вакуум благодаря очень малой теплопроводности газа в пространстве между стенками наливаемые в эти сосуды сжиженные газы, например жидкий азот, могут сохраняться длительное время. [c.38]
Получение кислорода Издание 5 1972 (1972) — [ c.508 ]
Источник