Краткие о технике вакуумирования

В химической и нефтяной промышленности такие процессы, как сушка, перегонка, ректификация и другие, в большинстве случаев осуществляются при давлении ниже атмосферного (в условиях вакуума).

Известно, что давление газов обусловлено молекуляр-ной бомбардировкой стенок сосуда, в котором заключен газ, и в конечном счете его величина зависит от числа столкновений молекул газа со стенкой. Число столкновений молекул газа со стенкой в известной степени зависит от соотношения величины средней длины свободного пути молекул газа (X) и линейных размеров сосуда (d), в котором заключен газ.

Средней длиной свободного пути молекул газа называется среднее расстояние, проходимое молекулой между двумя столкновениями с другими молекулами газа.

Из уравнения Максвелла следует, что

По величине остаточного давления различают низкий, средний и высокий вакуум.

При низком вакууме (давление газа 0,76- 10³— 1 • 10° мм рт. ст.) преобладают столкновения молекул газа между собой. В этом случае средняя длина свободного пути молекул газа значительно меньше линейного размера сосуда, в котором заключен газ, т. е. X<d.

При среднем вакууме (давление газа 1 •10^-1— 1 • 10^-3 мм рт. ст.) число соударений молекул газа между собой и число столкновений молекул со стенкой сосуда примерно равны. В этом случае средняя длина свободного пути молекул газа примерно равна линейному размеру сосуда, т. е. 7.~d.

При высоком вакууме (давление газа 1 •10~⁴— —1 • 10^-8 мм рт. ст.) преобладают столкновения молекул газа со стенками сосуда и средняя длина свободного пути молекул газа значительно больше линейного размера сосуда, т. е. Х>Д

В табл. 1 приведены параметры движения молекул для некоторых газов.

Таблица 1

Параметры движ ения молекул для некоторых газов

Газ	Диаметр молекулы в см	Скорость в см/сек.	Средний свободный путь при 0° С и 760 мм рт. ст в см	Число столкновений в 1 сек в 1 см*
Н2 . . . .	2,17—Ю—8	183 800	17,8-10-6	10 330-Ю6
о2 . . . .	2,71 * 10~8	46100	10,2-10—6	4 520-Ю6
N2 . . . .	2,95-10~ 8	49 300	9,5 10“6	5 190-Ю6
со… .	2,74-Ю"8	49 300	9,5-10-6	5 190-Ю6
NO . . .	2,59-10-8	47 700	9,4 • 10—6	5 070-Ю6
СО2 …	2,90-1 О’"8	39 300	6,5-10~6	6 050-Ю6
Н2О . . .	2,27-10—8	61 500	7,2-10~6	8 540 Ю6

При понижении давления величина свободного пути молекул увеличивается в значительной степени. Так, при давлении 1 • 10^-3 мм рт. ст. величина свободного пути молекулы равна 10 см, а при давлении 1 • 1СН¹ мм рт. ст. величина свободного пути молекулы достигает 10 км.

Некоторые свойства газов зависят от величины давления и, следовательно, свойства газов при низких давлениях отличаются от свойств газов при обычных давлениях.

Вязкость газа проявляется в виде силы трения, передаваемой через газ от одного тела к другому, когда эти тела перемещаются одно относительно другого.

Коэффициентом вязкости называется тангенциальная Сила, действующая на единицу площади, размещенной внутри газа поверхности при градиенте скорости, равном единице.

Теплопроводность газа — это перенос молекулами газа кинетической энергии в поле температур.

Коэффициентом теплопроводности называется количество тепла, передаваемое в единицу времени через единицу площади, когда температура изменяется на 1°С при перемещении на единицу длины.

В общем виде

При низком вакууме (Z<rf) вязкость и теплопроводность газов не зависят от давления.

При высоком вакууме (X>d) вязкость и теплопроводность газов пропорциональны давлению, причем эта зависимость начинает сказываться уже при среднем вакууме

Диффузия газа происходит благодаря движению молекул и имеет место даже в тех случаях, когда температуры соприкасающихся газов одинаковы.

Давление однородного газа или парциальные давления газов в смеси распределяются равномерно во всем объеме. Если же в какой-либо точке парциальное давление одного из газов смеси меньше, чем в другой, то происходит диффузия данного газа из области более высокого парциального давления в область, где давление ниже.