[科普中国]-真空装置

在真空浓缩中，真空装置的主要作用是：抽取不凝性气体，保持浓缩锅始终处在真空状态、使料液在低温下沸腾浓缩，以提高产品的质量。不凝结性气体主要是来自：冷却水中溶解的空气、料液加热后分解出来的气体和设备密封性不好进来的空气。

真空的获得方法因为真空技术涉及很广的压力范围，没有一种单独的抽气设备可以把真空系统从大气压抽吸到高真空或超高真空的区域。虽然所有抽气设备的作用都是使气相中存在的气体分子数目降低，但各种设备均有其不同的获得真空的原理和方法。目前真空的获得方法主要有如下几种：

(1)利用真空泵的排气获得所需的真空：其特点是将被抽吸容器中的气体排出于泵外。有各种各样的真空泵，且各种泵均有其有效的工作范围。这是目前获得真空的最主要方法，也是最基本的抽气设备。 ·

(2)利用吸气剂获得所需的真空：它是利用某些物质如磷，钡、锆、钛等物质在一定条件下具有强烈吸收气体形成混合物或将气体吸附于表面的性质，从而达到和维持所需之真空。例如目前出现的各种钛泵，主要就是利用这些物质溅散后的吸气本领来进行抽气的。

(3)利用冷凝吸附作用获得真空：冷凝法是利用冰。干冰，液氮、液态空气。液氦等冷凝剂以降低器壁温度，使与器壁碰撞的气体分子不断冷凝在器壁上，直至气体压力达到相当于壁温下的饱和蒸汽压时为止．冷凝法是目前常见的一种方法。冷凝吸附法是近代出现较冷凝法更为有效的方法，吸附泵就是其中之一。此泵就是利用吸气剂(如活性炭或分子筛)在低温下有极强的物理吸附性而设计的。

真空装置所用材料真空装置所用的材料，基本上可分为结构材料和密封材料，前者是指构成真空装置各部分的材料，后者是用来作为真空装置零部件连接处和可能漏气处的密封材料。

1、结构材料

结构材料的基本要求是：必须有足够低的饱和蒸汽压，能保证很容易除去所吸收的气体，并且要求材料内部结构紧密，无裂缝无气孔。此外，还应考虑导电性能和绝缘性能，抗腐蚀性能，耐高温性能， 以及加工是否容易，是否经济等等因素。在真空装置中常用的结构材料包括金属和非金属两大类。

常用的金属材料有；各种标号的钢、黄铜、锡、铝、镍、铬·，钨、钼、银等等。它们出面向真空的表面，应经过良好的表面光洁加工(因它影响零件表面的清洁处理，零件表面沾污及锈蚀等，其脏物之蒸汽压很大，会影响系统之真空度降低)，并且，最好进行表面处理，如镀铬、镀镍等。

对于具有微孔结构的材料(如生铁、青铜、铸铝等)，以及材料上有裂缝和气孔等缺陷，都不能用于真空装置中。

对于用于高温条件下工作的真空构件，还应该注意其饱和蒸汽压，最好是选用饱和蒸汽压低的材料，这对获得高真空和超高真空来说是很重要的。常用金属材料的饱和蒸汽压如下图。

常用非金属材料有各种标号的玻璃和有机玻璃，石英、陶瓷及有机塑料等。它们在常温下都是很好的绝缘体。玻璃及石英还是很好的透明材料，去气检漏清洗都很容易，在金属真空系统中也经常使用。

2、密封材料

真空密封材料，根据使用情况不同，分为连接密封材料(主要密封材料)和填漏密封材料(辅助密封材料)。前者如真空橡皮、软金属(铜，银、金、铅、铝)垫的密封，它们是在连接中，在一定压力下变形，紧密贴合两连接面而造成密封的。后者如真空油膏、真空封蜡等，它们有较好的流动性和可塑性，一般用于消除小的漏泄和在接头处造成真空向封涂层，隔绝大气。1

选择这类材料最主要的考虑是其饱和蒸汽压和温度稳定性等因素。目前在真空密封中应用最多的主要密封材料是真空橡皮，其特点是弹性好，含硫少，密封可靠，可以拆卸。真空橡皮分管和板两种结构形式，前者作成厚壁连接管(真空橡皮管)主要用来连接真空系统，后者主要用作真空系统中连接部分的密封衬垫和隔膜。

常见真空装置目前，使用的真空装置主要有机械泵和喷射泵两大类。机械泵主要类型：往复式真空泵(干式真空泵与湿式真空泵)和水环式真空泵。喷射泵主要由水力喷射泵和蒸汽喷射泵。

1、蒸汽喷射泵

蒸汽喷射泵主要由喷嘴、混合室、扩散窒等组成。它常与混合室冷凝器相连，冷却水通入冷凝器内，喷洒成柱状冷水幕以冷凝水蒸汽。它的动力源是高压蒸汽。其结构如下图所示。

蒸汽喷射泵的真空度高。抽气量大，安装维修筒便，价格便宜，体积小。但要求蒸汽压力较高且蒸汽流量稳定，为达到所需的真空度，需较长对间。

2、干式真空泵

如下图所示，它主要由曲柄、连杆、活塞及气缸等郝分组成。在电动机驱动下，通过曲轴连杆的作用，使气缸内的活塞作往复运动，活塞的一端由真空系统吸入气体，并由另一端将吸入气缸内的气体，通过气阀由排气管排入大气中。在进、排气循环过程中，活塞起着推动气体作用，进、排气阀片起逆止作用。

当活塞不断作往复运动时，真空系统中的气体就不断被抽出，从而达到所霈要的真空度。干式真空泵用于冷凝器中抽出不凝结气体，抽空效果较湿式好，使用较广泛。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所