12.3. Компрессоры
Создание давления в сосуде - наиболее трудная задача при выполнении эксперимента. Современные лабораторные компрессоры - четырехцилиндровые горизонтальные машины, сжимающие газ до 300 атм (30 МПа). Сжатый газ содержит масляный аэрозоль, а также насыщен парами масла и воды. Поэтому перед подачей сжатого газа в автоклав или другой реакционный сосуд его пропускают через поглотительные сосуды и вымораживающие ловушки, выдерживающие высокое давление.
В качестве компрессора в лабораторных условиях часто применяют баллоны со сжатыми газами . Небольшое давление создают водоструйные насосы Ветцеля и Оствальда (см. рис. 259). В компрессор иногда превращают отработавшие свой срок роторные вакуум-насосы (см. рис. 260), выходной патрубок которых присоединяют к сосуду, в котором требуется создать повышенное давление. Применяют также поршневые и мембранные насосы лабораторного или фирменного изготовления (см. рис. 265).
Иногда в лаборатории используют довольно простые ручные насосы (рис. 299,а) с двумя шариковыми клапанами 4 и 5. При Диаметре поршня 2 в 12 мм и длине рукоятки 1 в 50 см такой насос создает давление в цилиндре 3 до 50 - 60 атм (5-6 МПа).
Шариковый клапан (рис. 299.6) является достаточно надежным, когда давление создается жидкостью.
Два шарика 1 и 2 диаметром 3 и 6 мм расположены в двух гнездах. Верхний шарик прижимается к седлу тарелкой 3 и пружиной 4. Ход шарика определяет ограничитель 5, который осуществляет начальное сжатие пружины. Ограничитель - цилиндр с резьбой и внутренним отверстием для стебля 6 тарелки 3 и прорезями для прохода жидкости. Клапаны подобной конструкции хорошо работают в жидкой среде небольшой вязкости, например в смеси масла с керосином, при давлении до 10 атм (1 МПа).
Когда для исследования достаточно небольшого количества газа повышенного давления или требуется более или менее чистый газ, применяют мембранный или ртутный компрессоры.
Мембранный компрессор (рис. 299,в) состоит из стального блока с линзообразной полостью, разделенной пополам стальной мембраной 4, зажатой между крышкой 3 и корпусом компрессора. При вращении маховика компрессора (на рисунке не показан) поршень 8 сжимает находящуюся в корпусе жидкость, которая прижимает мембрану к крышке 3. При этом газ выходит из линзообразной полости через клапан 1. При обратном ходе поршня мембрана отжимается в нижнее положение и засасывает газ через клапан 2. В каждом цикле при сжатии через клапан 9
поступает под мембрану небольшое количество жидкости, которая затем выбрасывается через выхлопной регулируемый вентилем 6 клапан 5 по трубке 7. Так как мембрана полностью поддерживается сферической поверхностью крышки и корпуса, она может работать в условиях большого перепада давления.
Существуют компрессоры подобного типа и с резиновой мембраной, а вместо мембраны применяют иногда металлический сильфон.
Ртутный компрессор (рис. 299,г) - стальная камера 3, наполненная маслом или керосином и содержащая внутри стальной сосуд 4 с ртутью. Этот сосуд ввинчен в верхнюю часть камеры, а внизу он сообщается со стаканом 5, наполненным ртутью. Вентиль 1 связывает компрессор с реактором, в котором создается высокое давление, а вентиль 2-е баллоном сжатого газа, давление которого мало для предстоящей работы.
Открыв вентиль 2, набирают газ, при этом уровень ртути в сосуде 4 понижается. Она перетекает в стакан 5, вытесняя масло в камеру 3, а из нее через кран 7 в приемник. Набрав газ в сосуд 4, закрывают вентиль 2 и сжимают газ, подавая масло через вентиль 7 в камеру 3 гидравлическим компрессором. Так как практически можно поднять ртуть до самого верха сосуда 4, этим способом нетрудно получить высокую степень сжатия.
Сжатый газ выпускают в реактор через вентиль 1. Такой компрессор позволяет довольно быстро накачать чистый сжатый газ, не загрязненный маслом.
В лабораторной практике при отсутствии компрессоров в качестве генераторов давления применяют электролизеры . В частности, при электролизе воды в закрытом стальном сосуде получают Н2 и O2 под давлением до 150 атм (15 МПа).