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有獎(jiǎng)互動(dòng) | MBRAUN手套箱是如何工作的？

布勞恩 2022-09-23 | 閱讀：1219

手套箱是做什么的呢？

簡(jiǎn)而言之，手套箱提供了一個(gè)無(wú)水無(wú)氧的惰性氣體氛圍，一些在空氣中難以開展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)都可在手套箱內(nèi)進(jìn)行。

千萬(wàn)別小看它，人類近幾年的科技發(fā)展進(jìn)步都離不開它的貢獻(xiàn)。舉個(gè)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(jìn)行研究生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)BYD等大廠車間，正整齊地排列著一個(gè)個(gè)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(tái)以“手套箱箱體+過(guò)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(shí)至今日，市面上的主流手套箱依然是這種結(jié)構(gòu)。

接下來(lái)我們來(lái)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(jìn)入箱體內(nèi)，手套箱需要建立一個(gè)密封的系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)帶有2只手套的MBRAUN手套箱，氧氣會(huì)以大約 3ppm/h速度進(jìn)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(gè)9的高純惰性氣體）或通過(guò)氣體凈化器進(jìn)行閉路循環(huán)凈化。

通過(guò)氣體清洗達(dá)到ppm水平，需要每小時(shí)進(jìn)行大約10-12次的體積交換。這意味著對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單工位手套箱來(lái)說(shuō)，需要10立方米/小時(shí)的體積交換速度才能達(dá)到并保持較低的氧氣和水分水平（注：一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到的純度也受到清洗氣體的純度限制。

而通過(guò)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(dá)到比所提供的工作氣體更高的純度，運(yùn)行成本很低。

毫無(wú)疑問(wèn)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(fēng)機(jī)和凈化柱，凈化柱有時(shí)也被稱為吸附柱。凈化柱包含兩個(gè)不同的吸附材料--分子篩吸收水分，銅觸媒與氧氣反應(yīng)，從而將其從惰性氣體中去除。

循環(huán)風(fēng)機(jī)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?dú)饣驓鍤猓Ｒ虼耍鯕夂退郑ㄍㄟ^(guò)操作過(guò)渡艙和手套滲透進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)間后將會(huì)飽和。在這種情況下，可以啟動(dòng)自動(dòng)再生程序。通過(guò)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(fù)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(duì)于手套箱氣氛含量更苛刻的應(yīng)用，可以進(jìn)行升級(jí)，以去除溶劑蒸汽，甚至氮?dú)庖部梢员蝗コㄓ糜诟呒兌鹊臍鍤鈿夥窄h(huán)境）。

04通過(guò)過(guò)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(guò)一個(gè)過(guò)渡艙。在將一個(gè)物品從外部放入過(guò)渡艙后，通常會(huì)有一連串的抽真空/補(bǔ)氣過(guò)程，將空氣從過(guò)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(jìn)行3次抽真空/補(bǔ)氣循環(huán)。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的箱體來(lái)說(shuō)，一個(gè)完整的大過(guò)渡艙抽真空/補(bǔ)氣的循環(huán)時(shí)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(shí)間。

對(duì)于不具備抽真空條件的材料，可以將過(guò)渡艙升級(jí)為清洗功能，這樣就可以用惰性氣體替換里面的空氣，而無(wú)需對(duì)過(guò)渡艙進(jìn)行抽真空。

05溶劑吸附裝置

手套箱內(nèi)通常會(huì)使用有機(jī)溶劑。然而，大多數(shù)溶劑往往會(huì)與氣體凈化器的吸附材料發(fā)生反應(yīng)，迅速降低其凈化能力，有些溶劑甚至?xí)豢赡娴囟净讲牧稀?/p>

為了避免溶劑蒸汽帶來(lái)的這些副作用，MBRAUN提供了一系列的溶劑吸附裝置作為可選升級(jí)。從不可再生的活性碳溶劑吸附裝置到完全可再生的分子篩溶劑吸附裝置，我們提供了一套全系列的溶劑吸附裝置，不管您有何種需求，MBRAUN都將協(xié)助您找到適合您的最佳配置。

06分析儀—?dú)夥占兌缺O(jiān)測(cè)

精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)手套箱內(nèi)的氧氣和水分濃度對(duì)于確保空氣敏感的材料和工藝保持在最佳條件下是非常重要的，這意味著氧氣和水分濃度必須小于1ppm。為此，MBRAUN開發(fā)了專利的傳感器，專門設(shè)計(jì)用于手套箱氣氛的監(jiān)測(cè)，它們?cè)谳^低濃度的氧氣和水分中特別敏感和準(zhǔn)確。

傳感器位于手套箱的出氣口管路上，持續(xù)監(jiān)測(cè)氧氣和水分的濃度，并在氣體凈化器需要再生時(shí)通知操作人員。在氧氣和水分濃度迅速上升的情況下，還可以立即啟動(dòng)自動(dòng)清洗功能，使用大流量的惰性氣體對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行即時(shí)清洗凈化。