Изолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования. Гудков С.В - 33 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

скорости диффузии сорбируемого вещества внутрь гранул. Увеличению удельной сорбционной емкости способствуют
большая длина слоя хемосорбента в патроне, а также равномерное распределение потока воздуха по поперечному сечению
патрона. Увеличение средней или мгновенной скорости потока воздуха приводит к уменьшению удельной сорбционной ем-
кости.
Известны методы расчета поглотительных и регенеративных патронов, основанные на теории динамической активно-
сти сорбентов. Однако в расчетные формулы входят коэффициенты, которые могут быть определены только эксперимен-
тально для конкретных динамических условий. Применение же коэффициентов, полученных при несколько иных условиях,
позволяет получить лишь ориентировочные данные. Поэтому разработка регенеративных патронов, как правило, проводится
путем анализа работы имеющихся аналогов, выбора по его результатам параметров патрона, а затем экспериментальной их
отработки на динамической установке, имитирующей дыхание человека.
К хемосорбентам диоксида углерода предъявляют следующие основные технические требования: они должны обладать
высокой удельной сорбционной емкостью; сопротивление потоку проходящего через них воздуха должно быть как можно
ниже; увеличение удельной энтальпии очищаемого воздуха должно быть небольшим; сорбент должен быть прочным на ис-
тирание и при работе не выделять веществ в виде газа, пара или аэрозолей, раздражающих органы дыхания. Кроме того, хе-
мосорбент должен длительное время сохранять свои поглотительные свойства и изготавливаться из недефицитного и деше-
вого материала.
В ИДА используются две основные группы хемосорбентов: кислородсодержащий продукт и известковый поглотитель
диоксида углерода.
5.2. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЙ ПРОДУКТ
Основой кислородсодержащего продукта являются надпероксиды щелочных металлов: калия и натрия. На примере
надпероксида калия рассмотрим реакции поглощения им диоксида углерода и влаги и выделения кислорода. Эти реакции
протекают неоднозначно и зависят от условий, в которых находится регенеративный продукт: температуры, соотношения
количеств диоксида углерода и влаги в регенерируемом воздухе, скорости воздушного потока и других факторов. Процесс
регенерации описывается следующими уравнениями основных химических реакций [2]:
2КО
2
+ СО
2
= К
2
СО
3
+3/2О
2
+ 180 кДж;
2КО
2
+ Н
2
О = 2КОН + 3/2О
2
+ 39 кДж;
2КОН + СО
2
= К
2
СО
3
+Н
2
О + 141 кДж; (18)
КОН + 3/4Н
2
О = КОН ⋅ 3/4Н
2
О + 70 кДж;
КОН + Н
2
О = КОН ⋅ Н
2
О + 84 кДж;
КОН + Н
2
О = КОН ⋅ 2Н
2
О + 142 кДж.
При определенных условиях протекают также реакции с образованием КНСО
3
, КСО
3
⋅
n
Н
2
О и К
2
О
2
. В связи с тем что в
регенеративном патроне в зоне реакции развивается значительная температура (200…400 °С), эти вещества разрушаются и
не являются конечными продуктами реакций. В зоне реакции может также произойти термическое разложение надпероксида
с образованием пероксида или даже оксида калия и выделением кислорода. Такое разложение характерно для регенератив-
ного продукта на основе надпероксида натрия. При изучении же регенерации воздуха продуктом на основе КО
2
практиче-
ский интерес представляют лишь приведенные выше реакции, которые можно представить в следующем обобщенном виде:
А
⋅ КО
2
+
B
⋅ H
2
O +
D
⋅ CO
2
=
f
К
2
СО
3
+
р
(КОН ⋅
n
Н
2
О) +
m
О
2
, (19)
где
А
,
В
,
D
,
f
,
p
,
n
и
m
– коэффициенты, которые зависят от условий протекания реакции.
Исходя из закона сохранения веществ, т.е. равенства числа однозначных атомов в левой и правой частях уравнения (19),
получим систему уравнений:
А
= 2
f
+
р
(по калию);
2
В
=
р
(1 + 2
n
) (по водороду); (20)
D
=
f
(по углероду);
2
А
+
В
+ 2
D
= 3
f
+
р
(1 +
n
) + 2
m
(по кислороду).
Для решения и анализа этих уравнений введем дополнительно два коэффициента. Первый из них, молярный коэффици-
ент влаги, выражает молярное отношение влаги к диоксиду углерода, участвующих в реакции: ω =
B
/
D
. Второй, коэффици-
ент регенерации, обозначает молярное отношение выделившегося кислорода к поглотившемуся диоксиду углерода:
K
рег
=
m
/
D
. Из системы уравнений (20) исключим
f
и
р
, выразим
В
через ω и
D
, введем коэффициент
K
рег
и решим систему относи-
тельно
D
и
m
, характеризующих поглощение диоксида углерода и выделение кислорода. После ряда преобразований полу-
чим, что:
D
= 0,75
A
/
K
рег
; (21)
m
= 0,75
A
; (22)
K
рег
= 1,5 + 1,5ω / (1 + 2
n
). (23)
Данные уравнения отражают закономерности сорбции диоксида углерода и выделения кислорода надпероксидом калия
при стационарном (установившемся) процессе работы регенеративного патрона. Из уравнения (22) следует, что молярное
отношение выделившегося кислорода к вступившему в реакцию надпероксиду калия равно 0,75, что соответствует выделе-
нию 237 л (СУ) кислорода на 1 кг КО
2
. Это отношение не зависит от количества молей воды, участвующей в реакции, и ко-
нечного вида образующихся продуктов.

Страницы