Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса регенерации воздуха с использованием регенеративного продукта на матрице

• Автор: Холодилин, Николай Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Содержание

Список обозначений.

Список аббревиатур и сокращений

Введение
1. Современное состояние в области разработки процессов регенерации воздуха и изолирующих дыхательных аппаратов

1.1 Физикохимические основы процесса регенерации воздуха

1.2 Подходы к математическому описанию процесса регенерации воздуха.

1.3 Материалы для регенерации воздуха и пути их совершенствования.

1.3.1 Регенеративный продукт на матрице

1.4 Индивидуальные средства защиты с автономным химическим источником кислорода и основные тенденции в разработке

1.4.1 Требования, предъявляемые к изолирующему дыхательному аппарату.

1.4.2 Изолирующий дыхательный аппарат
1.4.3 Тенденции в разработке изолирующего дыхательного аппарата с химически связанным кислородом
1.5 Постановка задач исследования.
2. Кинетика поглощения влажного диоксида углерода регенеративным продуктом на основе надпероксида калия на матрице в условиях проведения исследований на испытательном стенде Искусственные легкие
2.1 Техника и методика экспериментов
2.1.1 Установка для проведения динамических испытаний само спасателей
2.1.2 Методика проведения экспериментов
2.1.3 Исследование кажущейся плотности регенеративного продукта на матрице.
2.2 Экспериментальные исследования кинетики процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием надпероксида калия на мат рице
2.2.1 Исследование динамической активности регенеративного продукта на матрице
2.2.2 Экспериментальное исследование кинетики сорбции диоксида углерода регенеративным продуктом на матрице в ИДА с маятниковой схемой дыхания на установке ИЛ
2.2.3 Экспериментальное определение кинетики сорбции диоксида углерода регенеративным продуктом на матрице в ИДА
с круговой схемой дыхания
2.2.4 Сравнение круговой и маятниковой схемы дыхания
Выводы по главе 2.
3. Усовершенствование аппаратурнотехнологического оформления процесса регенерации воздуха
3.1 Разработка конфигурации регенеративного продукта на матрице
3.2 Выбор конструкционных материалов для самоспасателя
3.3 Разработка конструкции ИДА с регенеративным продуктом на матрице
3.3.1 Регенеративный патрон
3.3.2 Дыхательный мешок
3.3.3 Устройство подачи кислорода в начальный период времени
3.3.4 Лицевая часть
3.3.5 Сравнение разработанного самоспасателя с серийно выпускаемыми
3.4 Испытания опытной партии самоспасателей КС.
3.4.1 Время защитного действия КС на установке Искусствен ные легкие
3.4.2 Время защитного действия КС при испытании добро
вол ьцамииспытателями.
3.5 Перспективное направление развития конструкции ИДА с регенеративным продуктом на матрице
Выводы по главе 3.
4. Практические рекомендации но проектированию ИДА нового поколения.
4.1 Методика проектирования ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице.
4.2 Практические рекомендации по совершенствованию ИДА
Выводы по главе 4.
Основные выводы и результаты работы.
Список цитируемой литературы


Химические свойства надпероксида калия достаточно подробно изложены в работах 1,2. Физикохимический процесс регенерации воздуха в замкнутом цикле основан на реакции взаимодействия надпероксида калия с водой и диоксидом углерода, в результате чего происходит выделение кислорода и поглощение С. Процесс протекает не однозначно и зависит от условий, в которых находится регенеративный продукт температуры, соотношения объемов диоксида углерода и влаги в регенерируемом воздухе, от скорости воздушного потока и других факторов. КОН 2Н КОН 2Н 2 кДжмоль. Кроме указанных, при определенных условиях протекают реакции с образованием бикарбонатов калия и гидратов карбоната калия. ИДА в зоне реакции развивается значительная температура С, эти вещества разрушаются и не являются конечными продуктами реакций. При очень высокой температуре в зоне реакции может также произойти термическое разложение надпероксида с образованием пероксида или даже оксида калия и выделением кислорода. Однако такие случаи бывают редко и не характерны для ИДА с химически связанным кислородом. В пусковой период ИДА в холодном продукте на основе надпероксида происходит образование бикарбоната калия, что приводит к уменьшению коэффициента регенерации отношение объемов выделившегося кислорода и поглощенного диоксида углерода. Продолжительность работы продукта в таком режиме тем выше, чем ниже температура окружающей среды, и меньше величина дыхательной нагрузки. Поэтому в начале работы ИДА с химически связанным кислородом необходимо заполнение его дыхательного мешка кислородом от постороннего источника пускового устройства. Для этого обычно используются устройства, в которых кислород выделяется при химической реакции разложения активной массы. Тепло и влага, выделяющиеся при этой реакции, способствуют нагреванию кислородсодержащего продукта и активизации его работы. При нормальной температуре окружающей среды регенеративный патрон с надпероксидом калия можно раздышать и без пускового устройства, однако это требует от человека определенного навыка. К концу работы продукт на базе надпероксида калия имеет такую высокую температуру, что могут разрушаться гидраты щелочи калия, а освободившаяся щелочь в этом случае активно поглощает диоксид углерода. В то же время количество непрореагировавшего надпероксида калия заканчивается, коэффициент регенерации уменьшается и может приблизиться к нулю. В среднем суммарное тепловыделение составляет кДж на один моль С. Большое количество выделяющейся в патроне теплоты приводит к сильному нагреванию проходящего воздуха, самого вещества и корпуса регенеративного патрона. Высокая температура в зоне реакции С в сочетании с легкоплавкостью образующихся веществ является причиной оплывания и спекания кислородсодержащего продукта. Изучению взаимодействия диоксида углерода и водяного пара с надпероксидами посвящен ряд работ. Согласно 4, диоксид углерода может непосредственно взаимодействовать с надпероксидом калия с образованием карбоната, однако, при полном отсутствии влаги эта реакция протекает лишь при температуре С. В реальных условиях использования КО2, для регенерации воздуха, выдыхаемого человеком, реакция происходит в присутствии значительного количества влаги. Эти реакции отличаются и значением дыхательного коэффициента отношением объема поглощенного СО 2 к объему выделившегося кислорода. Для первой реакции коэффициент равен 0,7, а для второй 1,, тогда как у человека он лежит в пределах 0,. Добавим, что при температуре выше 0 С для надпероксида калия начинается термическое разложение продукта 1,2. Процесс хемосорбции газообразного компонента твердым пористым сорбентом включает в себя внешний массообмен между ядром потока и поверхностью пористого тела, диффузию в пористом материале, и, наконец, химическое взаимодействие. По данным , в процессе поглощения диоксида углерода надпероксидиым продуктом стадия внешнего массообмена не является лимитирующей, и концентрацию компонента па поверхности можно принять равной его концентрации в окружающей среде. Остановимся подробнее на двух других составляющих процесса.