Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство для конденсации определенных паров и газов, атмосферное явление.
Device that condenses specific vapors and gases
the atmospheric phenomenon
В вакуумных приложениях холодная ловушка – это устройство, которое конденсирует все пары, за исключением постоянных газов (водорода, кислорода и азота), в жидкое или твердое состояние. Основная цель – предотвратить попадание паров, удаляемых из эксперимента, в вакуумный насос, где они могли бы сконденсироваться и загрязнить его. Особенно большие холодные ловушки необходимы при удалении значительного количества жидкости, например, при лиофилизации (сушке вымораживанием). Термин "холодная ловушка" также относится к использованию охлаждаемых поверхностей или преград для предотвращения попадания масляных паров из насоса в камеру. В этом случае преграда или участок трубы, содержащий ряд охлаждаемых пластин, присоединяется к входу существующей насосной системы. Охлаждение преграды, либо с помощью криогенной смеси, например, сухого льда, либо с использованием электрически управляемого элемента Пельтье, приводит к конденсации молекул масляного пара, сталкивающихся с пластинами преграды, и, таким образом, их удалению из откачиваемого объема.
In vacuum applications, a cold trap is a device that condenses all vapors except the permanent gases (hydrogen, oxygen, and nitrogen) into a liquid or solid. The most common objective is to prevent vapors being evacuated from an experiment from entering a vacuum pump where they would condense and contaminate it. Particularly large cold traps are necessary when removing large amounts of liquid as in freeze drying. Cold traps also refer to the application of cooled surfaces or baffles to prevent oil vapours from flowing from a pump and into a chamber. In such a case, a baffle or a section of pipe containing a number of cooled vanes, will be attached to the inlet of an existing pumping system. By cooling the baffle, either with a cryogen such as a dry ice mixture, or by use of an electrically driven Peltier element, oil vapour molecules that strike the baffle vanes will condense and thus be removed from the pumped cavity.
Приложения
Насосы, использующие масло в качестве рабочей жидкости (диффузионные насосы) или в качестве смазки (механические роторные насосы), часто являются источниками загрязнения в вакуумных системах. Установка холодной ловушки на выходе такого насоса значительно снижает риск обратного потока масляных паров в вакуумную камеру. Холодные ловушки также могут использоваться в экспериментах с вакуумными линиями, например, для маломасштабных дистилляций/конденсаций при очень низких температурах. Это достигается с помощью хладагента, такого как жидкий азот или замораживающая смесь сухого льда в ацетоне или аналогичном растворителе с низкой температурой плавления. Жидкий азот следует использовать только в тех случаях, когда сухой лед или другие криогенные методы не способны конденсировать целевые газы, поскольку жидкий азот также конденсирует кислород. Любое присутствие кислорода в вакуумной линии или утечка в ней может привести к смешиванию жидкого кислорода с целевыми парами, что часто чревато взрывом. При реализации в большем масштабе этот метод называется лиофилизацией, а холодная ловушка – конденсатором. Холодные ловушки также применяются в крионасосных системах для создания высокого вакуума путем конденсации основных компонентов атмосферы (азота, кислорода, углекислого газа и воды) в жидкое или твердое состояние. Эскимосский дом (иглу) или другой снежный укрытый бивуак может использовать тот же принцип – удержание более плотного холодного воздуха в непроницаемом нижнем объеме – для уменьшения проникновения холодного воздуха к находящимся внутри, используя отвал или порог вокруг приподнятой спальной платформы.
Pumps that use oil either as their working fluid (diffusion pumps), or as their lubricant (mechanical rotary pumps), are often the sources of contamination in vacuum systems. Placing a cold trap at the mouth of such a pump greatly lowers the risk that oil vapours will backstream into the cavity. Cold traps can also be used for experiments involving vacuum lines such as small scale very low temperature distillations/condensations. This is accomplished through the use of a coolant such as liquid nitrogen or a freezing mixture of dry ice in acetone or a similar solvent with a low melting point. Liquid nitrogen is only used when dry ice or other cryogenic approaches will not condense the desired gasses since liquid nitrogen will also condense oxygen. Any oxygen gas content in the vacuum line or any leak in the vacuum line will result in liquid oxygen mixed with the target vapors, often with explosive results. When performed on a larger scale, this technique is called freeze drying, and the cold trap is referred to as the condenser. Cold traps are also used in cryopump systems to generate hard vacua by condensing the major constituents of the atmosphere (nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water) into their liquid or solid forms. An igloo or other snow bivouac may exploit the same principle confinement of denser cool air within an impermeable lower volume to reduce cold air reaching the occupants through use of a sump or cill around a raised sleeping platform within.
Опасности
При использовании холодной ловушки необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить конденсации кислорода, который виден в виде светло-голубой жидкости. Жидкий кислород потенциально взрывоопасен, особенно если ловушка ранее использовалась для улавливания растворителей. Конденсация кислорода в холодной ловушке может произойти, если насос прокачивает воздух через ловушку, когда она очень холодная, например, при охлаждении жидким азотом. Помимо кислорода, в холодных ловушках конденсируются многие опасные газы, выделяющиеся в ходе реакций, например, диоксид серы и хлорметан.
Care should be taken when using a cold trap not to condense oxygen gas into the cold trap, visible as light blue liquid. Liquid oxygen is potentially explosive, and this is especially true if the trap has been used to trap solvent. Oxygen can be condensed into a cold trap if a pump has sucked air through the trap when the trap is very cold, e. g. when cooled with liquid nitrogen. Besides oxygen, many hazardous gases emitted in reactions, e. g. sulfur dioxide, chloromethane, condense into cold traps.
Строительство
Холодные ловушки (C на рисунке) обычно состоят из двух частей: нижняя часть – большая толстая круглая трубка с шлифованными соединениями (B на рисунке), а вторая – крышка (A на рисунке), также со шлифованными соединениями. Длина трубки обычно выбирается так, чтобы при сборке общая длина достигала примерно половины длины трубки.
Cold traps (C in the figure) usually consist of two parts: The bottom is a large, thick round tube with ground glass joints (B in the figure), and the second is a cap (A in the figure), also with ground glass connections. The length of the tube is usually selected so that, when assembled, the total reached is about half the length of the tube.
Соглашение
Холодные ловушки должны быть собраны таким образом, чтобы нижняя трубка была подключена к источнику газа, а колпачок – к источнику вакуума. Если сделать наоборот, подключив нижнюю трубку к источнику вакуума, вход вакуумного насоса окажется непосредственно над конденсатом, что повысит вероятность подъема конденсата в парообразной фазе вверх по (неохлажденной) трубке (к насосу) или, если ловушка начнет заполняться до заметного объема, попадания конденсата в жидкой фазе в насос.
Cold traps should be assembled such that the down tube is connected to the source of gas whilst the cap is connected to the source of vacuum. Reversing this, connecting the down tube to the source of vacuum, places the inlet of the vacuum directly above the condensate, increasing the chances of vapour phase condensate moving up the (uncooled) down tube (towards the pump) or, should the trap begin to fill to an appreciable volume, liquid phase condensate being pulled into the pump.