Bagaimana cara kerja pompa sorpsi?

Bagikan lewat

Istilah "pompa penyerapan" mencakup semua pengaturan untuk menghilangkan gas dan uap dari ruang dengan cara penyerapan. Partikel gas yang dipadatkan dengan demikian terikat pada permukaan atau di dalam zat-zat ini, baik oleh gaya adsorpsi yang bergantung pada suhu fisik (gaya van der Waals), kemisorpsi, penyerapan, atau dengan tertanam selama pembentukan permukaan penyerapan baru secara berkelanjutan. Dengan membandingkan prinsip pengoperasiannya, kita dapat membedakan antara pompa adsorpsi, di mana penyerapan gas dilakukan hanya dengan proses adsorpsi yang dikontrol suhu, dan pompa getter, di mana penyerapan dan retensi gas pada dasarnya disebabkan oleh pembentukan senyawa kimia. Gettering adalah pengikatan gas ke permukaan yang murni dan sebagian besar berbahan logam, yang tidak tertutup oleh lapisan oksida atau karbida. Permukaan semacam itu selalu terbentuk selama produksi, pemasangan, atau selama ventilasi sistem. Permukaan getter dengan kemurnian tertinggi yang kebanyakan berbahan logam dihasilkan secara terus-menerus baik secara langsung dalam vakum melalui evaporasi (pompa evaporator) atau dengan sputtering (pompa sputter) atau lapisan permukaan pasif dari getter (logam) dihilangkan dengan menghilangkan gas dari vakum, sehingga bahan murni terpapar pada vakum. Langkah ini disebut aktivasi (pompa NEG NEG = Non Evaporable Getter).

Prinsip kerja pompa adsorpsi

Pompa adsorpsi (lihat Gbr. 2,59) bekerja sesuai dengan prinsip adsorpsi fisik gas pada permukaan saringan molekuler atau bahan adsorpsi lainnya (misalnya Al₂ O₃ aktif). Zeolite 13X sering digunakan sebagai bahan adsorpsi. Alkali aluminosilikat ini memiliki area permukaan yang luar biasa besar untuk massa material, sekitar 1000 m² /g zat padat. Dengan demikian, kemampuannya untuk menyerap gas sangat besar.

Gambar 2,59 Bagian penampang pompa adsorpsi yang menunjukkan desainnya.

Saluran masuk
Port degassing
Dukungan
Rumah pompa
Vane konduktif termal
Bahan adsorpsi (misalnya Zeolith)

Diameter pori zeolit 13X adalah sekitar 13 Å, yang berada dalam urutan ukuran uap air, uap minyak, dan molekul gas yang lebih besar (sekitar 10 Å). Dengan asumsi bahwa diameter molekul rata-rata setengah dari nilai ini, 5 · 10 ^-8 cm, sekitar 5 · 10¹⁸ molekul diserap dalam satu lapisan pada permukaan 1 m². Untuk molekul nitrogen dengan massa molekul relatif Mr = 28 yang sesuai dengan sekitar 2 · 10 ^-4g atau 0,20 mbar · l. Oleh karena itu, permukaan adsorpsi seluas 1000 m2 mampu menyerap lapisan monomolekuler yang mengikat lebih dari 133 mbar · l gas.

Hidrogen dan gas mulia ringan, seperti helium dan neon, memiliki diameter partikel yang relatif kecil dibandingkan dengan ukuran pori 13 Å untuk zeolit 13X. Oleh karena itu, gas-gas ini sangat tidak diserap dengan baik.

Bagaimana panas dan tekanan memengaruhi adsorpsi gas

Adsorpsi gas pada permukaan tidak hanya bergantung pada suhu, tetapi lebih penting lagi pada tekanan di atas permukaan adsorpsi. Ketergantungan ini diwakili secara grafis untuk beberapa gas dengan isotermal adsorpsi yang diberikan pada Gambar 2.60. Dalam praktiknya, pompa adsorpsi dihubungkan melalui katup ke bejana yang akan dievakuasi. Dengan merendam bodi pompa dalam nitrogen cair, efek penyerapan menjadi bermanfaat secara teknis. Karena sifat adsorpsi yang berbeda, kecepatan pemompaan dan tekanan akhir pompa adsorpsi berbeda untuk berbagai molekul gas: nilai terbaik dicapai untuk nitrogen, karbon dioksida, uap air, dan uap hidrokarbon. Gas mulia ringan hampir tidak dipompa sama sekali karena diameter partikelnya kecil dibandingkan dengan pori-pori zeolit. Saat efek penyerapan berkurang dengan peningkatan cakupan permukaan zeolit, kecepatan pemompaan menurun seiring meningkatnya jumlah partikel yang sudah diserap. Oleh karena itu, kecepatan pemompaan pompa adsorpsi bergantung pada jumlah gas yang sudah dipompa dan tidak konstan seiring waktu.

Gambar 2,60 Isotermal adsorpsi zeolit 13X untuk nitrogen pada suhu -319°F (-195°C) dan 68°F (20°C), serta untuk helium dan neon pada suhu -319°F (-195°C.)

Tekanan tertinggi yang dapat dicapai dengan pompa adsorpsi pertama-tama ditentukan oleh gas yang mendominasi dalam bejana pada awal proses pemompaan dan tidak diserap dengan baik atau tidak sama sekali (misalnya neon atau helium) pada permukaan zeolit. Di udara atmosfer, ada beberapa bagian per juta gas ini. Oleh karena itu, tekanan < 10 ^-2 mbar dapat diperoleh.

Jika tekanan di bawah 10-3 mbar hanya akan dihasilkan dengan pompa adsorpsi, sebisa mungkin tidak ada neon atau helium dalam campuran gas.

Setelah proses pemompaan, pompa harus dipanaskan hanya hingga suhu ruangan agar gas yang diserap dapat dilepaskan dan zeolit diregenerasi untuk digunakan kembali. Jika udara (atau gas lembap) yang mengandung banyak uap air telah dipompa, disarankan untuk memasak pompa kering sepenuhnya selama beberapa jam pada suhu 392°F (200°C) atau lebih tinggi.

Untuk memompa bejana yang lebih besar, beberapa pompa adsorpsi digunakan secara paralel atau seri. Pertama, tekanan dikurangi dari tekanan atmosfer menjadi beberapa milibar pada tahap pertama untuk "menangkap" banyak molekul gas mulia helium dan neon. Setelah pompa pada tahap ini jenuh, katup ke pompa ini ditutup dan katup yang sebelumnya ditutup ke pompa adsorpsi lebih lanjut yang masih berisi adsorben bersih dibuka sehingga pompa ini dapat memompa ruang vakum ke tingkat tekanan yang lebih rendah berikutnya. Prosedur ini dapat dilanjutkan hingga tekanan akhir tidak dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan menambahkan pompa adsorpsi bersih lebih lanjut.

Apa yang dimaksud dengan pompa sublimasi?

Pompa sublimasi adalah pompa sorpsi di mana bahan getter menguap dan didepositkan di dinding dalam yang dingin sebagai film getter. Di permukaan film getter semacam itu, molekul gas membentuk senyawa stabil, yang memiliki tekanan uap yang sangat rendah. Film getter aktif diperbarui dengan penguapan selanjutnya. Umumnya titanium digunakan dalam pompa sublimasi sebagai getter. Titanium diuap dari kawat yang terbuat dari paduan khusus dengan kandungan titanium tinggi yang dipanaskan oleh arus listrik. Meskipun kapasitas penyerapan optimal (sekitar satu atom nitrogen untuk setiap atom titanium yang menguap) hampir tidak dapat diperoleh dalam praktiknya, pompa sublimasi titanium memiliki kecepatan pemompaan yang luar biasa tinggi untuk gas aktif, yang, terutama pada proses awal atau pada evolusi tiba-tiba dari jumlah gas yang lebih besar, dapat dipompa dengan cepat. Karena pompa sublimasi berfungsi sebagai pompa tambahan (penguat) untuk pompa sputter-ion dan pompa turbomolekuler, pemasangannya sering kali sangat diperlukan (seperti "penguat" pada pompa ejektor uap; lihat halaman pompa difusi oli untuk informasi lebih lanjut).

Blog & Wiki Pump Types Vacuum Generation Vacuum Fundamentals