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有獎互動 | MBRAUN手套箱是如何工作的？

布勞恩 2022-09-23 | 閱讀：1188

手套箱是做什么的呢？

簡而言之，手套箱提供了一個無水無氧的惰性氣體氛圍，一些在空氣中難以開展的科學實驗都可在手套箱內(nèi)進行。

千萬別小看它，人類近幾年的科技發(fā)展進步都離不開它的貢獻。舉個例子，近幾年發(fā)展火熱的新能源汽車，其核心部件鋰電池就需要在惰性氣體氛圍下進行研究生產(chǎn)，國內(nèi)BYD等大廠車間，正整齊地排列著一個個手套箱。

1976年，兩位年輕的工程師 Mr. Hellmut F?lster 和 Mr. Gerhard Hinrichs 成功研制出世界上第一臺以“手套箱箱體+過渡艙+手套+惰性氣體凈化系統(tǒng)“為基本結(jié)構(gòu)的手套箱，并成立MBRAUN公司。時至今日，市面上的主流手套箱依然是這種結(jié)構(gòu)。

接下來我們來了解一下MBRAUN手套箱是如何工作的。

01密封

為了防止氧氣和水分進入箱體內(nèi)，手套箱需要建立一個密封的系統(tǒng)。對于一個帶有2只手套的MBRAUN手套箱，氧氣會以大約 3ppm/h速度進入系統(tǒng)，其中60%是由于手套的滲透性造成的。因此，手套箱上的手套越多，泄漏率就越高。

02 閉路循環(huán)凈化

為了使氧氣和水分的純度低于1ppm，有兩種技術(shù)方案可供選擇：用高純惰性氣體清洗系統(tǒng)（通常需要5個9的高純惰性氣體）或通過氣體凈化器進行閉路循環(huán)凈化。

通過氣體清洗達到ppm水平，需要每小時進行大約10-12次的體積交換。這意味著對于一個標準的單工位手套箱來說，需要10立方米/小時的體積交換速度才能達到并保持較低的氧氣和水分水平（注：一個標準的50升/200巴的氣瓶包含10立方米）。因此，清洗氣體消耗量很高，成本昂貴。除此之外，可達到的純度也受到清洗氣體的純度限制。

而通過閉路循環(huán)凈化系統(tǒng)可以將氣體消耗降低到幾乎為零，甚至可以達到比所提供的工作氣體更高的純度，運行成本很低。

毫無疑問MBRAUN手套箱選擇了第二種技術(shù)方案。

03氣體凈化器

惰性氣體凈化器的核心部件是循環(huán)風機和凈化柱，凈化柱有時也被稱為吸附柱。凈化柱包含兩個不同的吸附材料--分子篩吸收水分，銅觸媒與氧氣反應，從而將其從惰性氣體中去除。

循環(huán)風機在手套箱箱體和凈化柱之間不斷循環(huán)工作氣體（通常是氮氣或氬氣）。因此，氧氣和水分（通過操作過渡艙和手套滲透進入的氧氣和水分、手套箱內(nèi)材料的放氣等）被不斷地清除，使手套箱內(nèi)的純度遠遠低于1ppm。

由于分子篩和銅觸媒的填充量有限，凈化柱在一定時間后將會飽和。在這種情況下，可以啟動自動再生程序。通過改變真空度、加熱和氣體吹掃等連續(xù)程序，分子篩將被 "干燥"，氧化的銅觸媒將被還原成原始狀態(tài)，恢復凈化柱的凈化能力。再生的頻率取決于手套箱的操作和手套箱內(nèi)使用的材料。

對于手套箱氣氛含量更苛刻的應用，可以進行升級，以去除溶劑蒸汽，甚至氮氣也可以被去除（用于高純度的氬氣氣氛環(huán)境）。

04通過過渡艙轉(zhuǎn)移

為了不破壞手套箱內(nèi)的氣氛，任何轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出手套箱的材料都需要通過一個過渡艙。在將一個物品從外部放入過渡艙后，通常會有一連串的抽真空/補氣過程，將空氣從過渡艙中清除，并填充惰性氣體。建議在打開手套箱箱體的內(nèi)艙門之前，至少進行3次抽真空/補氣循環(huán)。對于一個標準的箱體來說，一個完整的大過渡艙抽真空/補氣的循環(huán)時間大約為12分鐘，但如果使用抽速更大的真空泵，可以大大縮短循環(huán)時間。

對于不具備抽真空條件的材料，可以將過渡艙升級為清洗功能，這樣就可以用惰性氣體替換里面的空氣，而無需對過渡艙進行抽真空。