Файл: Учебник Под общей редакцией д т. н., профессора Е. А. Мешалкина Москва 2003 удк ббк г.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 1838
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ческие гранулы диаметром около 4 мм) белого или серого цвета, изготовленный их мало магнезиальной извести и гидроксида натрия, содержит не менее 95% гидроксида кальция и 4% гидроксида натрия (в пересчете на сухое вещество). Основную фракцию (90%) составляют гранулы размером от 2,8 до 5,5 мм.
Таблица 4.3. Технические характеристики известкового химического поглотителя (ХП-И)
Поглотитель ХП-И М отличается лишь диаметром гранул, равным 2 мм, и фракционным составом: основную фракцию (94%) составляют гранулы размером от 1 до 2,8 мм.
В состав химпоглотителя кроме основного вещества входят добавки: гидроксид натрия и вода. Гидроксид натрия повышает динамическую активность поглотителя при малых концентрациях углекислого газа в очищаемом воздухе и будучи сильно гигроскопичным веществом поддерживает необходимую влажность поглотителя. Влага, содержащаяся в ХП-И, способствует протеканию реакции поглощения углекислого газа. Увеличение и уменьшение содержания воды в поглотителе относительно нормы снижает его динамическую активность. Помимо добавок в ХП-И входит (как
120
технологическая примесь) некоторое количество карбоната кальция СаСО3, являющегося исходным продуктом при производстве ХП-И. Карбонат кальция представляет собой также конечный продукт реакции поглощения СО2. Поэтому по мере отработки ХП-И содержание СаСО3 в нем увеличивается. Максимально допустимое содержание карбоната кальция в свежем поглотителе принимается в пересчете на массу содержащеюся в нем углекислого газа по отношению к общей массе поглотителя.
ХП-И поставляется и хранится у потребителя в герметично закрытых и опломбированных металлических барабанах по 80 кг в каждом. Гарантийный срок хранения — один год, после чего поглотитель в каждом барабане подвергается повторному анализу на содержание влаги и связанного углекислого газа. Если указанные параметры соответствуют нормам, срок хранения поглотителя продлевается еще на год.
В отличие от других типов хемосорбентов СО2 ХП-И не теряет сорб-ционных свойств после кратковременного пребывания на открытом воздухе. Это позволило в свое время перейти к использованию в КИП переснаряжающихся регенеративных патронов, заполняемых свежим хемосорбен-том взамен отработанного непосредственно в подразделениях. Перед снаряжением в патрон ХП-И просеивают на сите с диаметром отверстий 3 мм. Все фракции поглотителя, которые остаются в сите, снаряжаются в патрон. Такой отсев позволяет очистить поглотитель от пыли, образовавшейся в процессе его транспортировки, удаление же мелких фракций уменьшает сопротивление дыханию.
ХП-И — достаточно прочный сорбент в отношении истирания и образования пыли, которая в случае ее попадания в дыхательные пути могла бы вызвать их раздражение. Прочность поглотителя на истирание
проверяется при его приемке на заводе-изготовителе. Сущность методики проверки заключается в размоле порции ХП-И во вращающемся барабане с пятью стальными шарами в течение определенного времени. Затем образовавшуюся пыль отсеивают, а уровень прочности сорбента определяют по отношению количества не размолотого ХП-И к исходному.
При транспортировке снаряженных КИП в регенеративных патронах все же образуется незначительное количество пыли. Однако установка специального защитного фильтра после патрона не нужна. Воздух, выходящий из регенеративного патрона, полностью насыщен влагой, которая, конденсируясь в дыхательном мешке, смачивает и осаждает пыль ХП-И, проникающую из патрона.
В процессе поглощения углекислого газа ХП-И не изменяет цвет и внешний вид, не оплывает и не спекается. В полностью отработанном ХП-И содержание СО2 увеличивается до 25...27%, содержание влаги уменьшается до 4...8%, а общая масса поглотителя возрастает на 6...8% по отношению к исходной. Повторное использование регенеративного патрона с полностью отработанным ХП-И запрещается.
Так как в составе ХП-И необходимо содержание влаги, то реакция сорбции СО2 этим поглотителем может происходить только при положи-
121
тельной температуре. Замороженный поглотитель непригоден для применения, в связи с чем хранение готовых к применению регенеративных патронов с ХП-И при температуре ниже 0°С не допускается. При эксплуатации КИП с ХП-И при отрицательной температуре необходимо, чтобы к началу работы температура поглотителя была выше 0°С. В процессе работы она должна поддерживаться на этом уровне за счет теплоты экзотермической реакции сорбции СО2. Для противогазов с ХП-И без специальных мер защиты регенеративного патрона нижний предел температуры окружающего воздуха, при котором допускается их эксплуатация с соблюдением специальных мер предосторожности, равен — 20°С.
В КИП применяются преимущественно прямоточные регенеративные патроны, в которых газовоздушная смесь движется в одном направлении вдоль оси патрона (рис. 4.3). Такой патрон прост по конструкции и создает минимальное сопротивление потоку газа. Он используется во всех отечественных и в
большинстве зарубежных моделей противогазов как при круговой, так и при маятниковой схемах циркуляции воздуха.
В некоторых КИП, исходя из конструктивных соображений или соображений выбора оптимальной высоты слоя поглотителя, применяют регенеративные патроны с радиальным направлением потока. Такой патрон содержит те же элементы, что и прямоточный, а поглотитель в нем заключен между двумя перфорированными или сетчатыми перегородками цилиндрической формы. Газовоздушная смесь движется сначала вдоль оси патрона, затем поворачивает на 90° в радиальном направлении, проходит через слой поглотителя, вторично поворачивает на 90°, направляясь к выходу вдоль оси патрона. Эти патроны отличаются увеличенной поверхностью рабочего слоя в направлении движения воздуха. Патрон с радиальным направлением потока применен, например, в КИП с жидким кислородом "Аэрорлокс".
Рис 4.3. Регенеративный
патрон РП-8: 1 — заглушки; 2 — скоба; 3 — пружина; 4 — подвижная стенка; 5 — зерна
ХП-И; 6 — цилиндр; 7 — пробка; 8 — нижняя крышка; 9 — металлическая сетка; 10 — верхняя крышка
ХП-И имеет достаточно высокую стехио-метрическую активность — 300 л/кг (СУ), т.е. на 8% больше щелочного сорбента, статическая же активность составляет около 70% стехиомет-рической.
Такие же показатели имеет мелкозернистый поглотитель ХП-И М.
Воздух, выходящий из патрона с известковым сорбентом, труднее поддается кондициони-
122
рованию в воздуховодной системе дыхательный аппарата, чем сухой и более нагретый воздух из патрона со щелочным сорбентом.
Удельная сорбционная емкость хемосорбента зависит от характеристик самого поглотителя, патрона и нагрузки. Выше приведены значения удельной сорбционной емкости, полученные при его испытании в стандартном патроне (ГОСТ 6755-88Е). Это прямоточный цилиндрический патрон с высотой камеры для поглотителя 19 см и площадью поперечного сечения 94 см2. Определение проводили для большого числа партий поглотителя при режиме № 5 до проскока СО2, равного 1,5%. Удельная сорбционная емкость ХП-И в динамических условиях составляла 125...150 л/кг (СУ), или 58...71% статической активности. Различные партии ХП-И по сорбционной емкости отличаются друг от друга, поэтому при определении
необходимого заряда ХП-И в регенеративном патроне с заданным временем защитного действия следует ориентироваться на нижний ее предел т.е. 125 л/кг (СУ).
Уменьшение длины слоя и увеличение удельного объемного расхода газовоздушной смеси приводит к снижению удельной сорбционной емкости поглотителя. Следовательно, с уменьшением массы поглотителя в патроне снижается и его удельная сорбционная емкость. Для каждого значения массы сорбента при заданном дыхательном режиме существует свое, предельное значение емкости. Действительно, уменьшение массы поглотителя сокращает длину его слоя или площадь поперечного сечения патрона или же оба параметра одновременно. Уменьшение же каждого из них однозначно снижает удельную сорбционную емкость.
Особенностями ХП-И являются не дефицитность сырья, из которого изготовляется поглотитель, и относительно низкая стоимость самого хемосорбента (на порядок ниже, чем щелочного сорбента).
Известковый хемосорбент применяется в регенеративных противогазах и самоспасателях с временем действия 2 ч и менее выпускаемых в Великобритании, Франции, США, а также в Германии.
4.2.3. Щелочной поглотитель углекислого газа
Среди гидроксидов щелочных металлов практическое применение для очистки воздуха от углекислого газа в КИП получил гидроксид натрия NaOH. Это химическое соединение является основой натриевого хемосорбента, называемого обычно щелочным. Реакция поглощения углекислого газа гидроксидом натрия имеет вид:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H20+117 кДж (4.2)
Поскольку гидроксид натрия — сильно гигроскопичное вещество, одновременно идет реакция поглощения воды:
NaOH + Н2О = NaOH + Н2О + 13 кДж (4.3)
Температура в зоне реакции регенеративного патрона при нормальной температуре окружающей среды увеличивается до 100... 130°С.
Стехиометрическая активность, определенная по первой реакции,
123
Рис 4.4. Регенеративный патрон фирмы "Медицинтех-
ник" (Германия): 1 — корпус; 2 — штуцер входной;
3, 4 — гофрированные сетки соответственно с низкими и
высокими гофрами; 5 — поглотитель; 6 — плоская сетка;
7 — штуцер выходной
Таблица 4.3. Технические характеристики известкового химического поглотителя (ХП-И)
| № п/п | Наименование параметров | Величина |
| 1. | Концентрация углекислого газа на выходе из патрона (хемосорбционная способность), %, не более: в первые 40 минут определения через 120 минут от начала определения | од 0,5 |
| 2 | Максимальное сопротивление во время определения хемосорбционной способности, Па (мм вд.ст.), не более | 147(15,0) |
| 3. | Максимальная температура воздуха на выходе из регенеративного патрона во время определения хемосорбционной способности, °С, не более | 50,0 |
| 4. | Прочность на истирание, %, не менее | 65,0 |
| 5. | Диаметр зерен по фракциям, мм, %: 5,5...6,5 , не более 2,8...5,5 , не менее 1.. .2,8 , не более менее 1 (пыль), не более | 5 90 5 0,6 |
| 6. | Содержание влаги, % | 16...21 |
| 7. | Содержание связанного диоксида углерода, % по массе, не более | 4 |
Поглотитель ХП-И М отличается лишь диаметром гранул, равным 2 мм, и фракционным составом: основную фракцию (94%) составляют гранулы размером от 1 до 2,8 мм.
В состав химпоглотителя кроме основного вещества входят добавки: гидроксид натрия и вода. Гидроксид натрия повышает динамическую активность поглотителя при малых концентрациях углекислого газа в очищаемом воздухе и будучи сильно гигроскопичным веществом поддерживает необходимую влажность поглотителя. Влага, содержащаяся в ХП-И, способствует протеканию реакции поглощения углекислого газа. Увеличение и уменьшение содержания воды в поглотителе относительно нормы снижает его динамическую активность. Помимо добавок в ХП-И входит (как
120
технологическая примесь) некоторое количество карбоната кальция СаСО3, являющегося исходным продуктом при производстве ХП-И. Карбонат кальция представляет собой также конечный продукт реакции поглощения СО2. Поэтому по мере отработки ХП-И содержание СаСО3 в нем увеличивается. Максимально допустимое содержание карбоната кальция в свежем поглотителе принимается в пересчете на массу содержащеюся в нем углекислого газа по отношению к общей массе поглотителя.
ХП-И поставляется и хранится у потребителя в герметично закрытых и опломбированных металлических барабанах по 80 кг в каждом. Гарантийный срок хранения — один год, после чего поглотитель в каждом барабане подвергается повторному анализу на содержание влаги и связанного углекислого газа. Если указанные параметры соответствуют нормам, срок хранения поглотителя продлевается еще на год.
В отличие от других типов хемосорбентов СО2 ХП-И не теряет сорб-ционных свойств после кратковременного пребывания на открытом воздухе. Это позволило в свое время перейти к использованию в КИП переснаряжающихся регенеративных патронов, заполняемых свежим хемосорбен-том взамен отработанного непосредственно в подразделениях. Перед снаряжением в патрон ХП-И просеивают на сите с диаметром отверстий 3 мм. Все фракции поглотителя, которые остаются в сите, снаряжаются в патрон. Такой отсев позволяет очистить поглотитель от пыли, образовавшейся в процессе его транспортировки, удаление же мелких фракций уменьшает сопротивление дыханию.
ХП-И — достаточно прочный сорбент в отношении истирания и образования пыли, которая в случае ее попадания в дыхательные пути могла бы вызвать их раздражение. Прочность поглотителя на истирание
проверяется при его приемке на заводе-изготовителе. Сущность методики проверки заключается в размоле порции ХП-И во вращающемся барабане с пятью стальными шарами в течение определенного времени. Затем образовавшуюся пыль отсеивают, а уровень прочности сорбента определяют по отношению количества не размолотого ХП-И к исходному.
При транспортировке снаряженных КИП в регенеративных патронах все же образуется незначительное количество пыли. Однако установка специального защитного фильтра после патрона не нужна. Воздух, выходящий из регенеративного патрона, полностью насыщен влагой, которая, конденсируясь в дыхательном мешке, смачивает и осаждает пыль ХП-И, проникающую из патрона.
В процессе поглощения углекислого газа ХП-И не изменяет цвет и внешний вид, не оплывает и не спекается. В полностью отработанном ХП-И содержание СО2 увеличивается до 25...27%, содержание влаги уменьшается до 4...8%, а общая масса поглотителя возрастает на 6...8% по отношению к исходной. Повторное использование регенеративного патрона с полностью отработанным ХП-И запрещается.
Так как в составе ХП-И необходимо содержание влаги, то реакция сорбции СО2 этим поглотителем может происходить только при положи-
121
тельной температуре. Замороженный поглотитель непригоден для применения, в связи с чем хранение готовых к применению регенеративных патронов с ХП-И при температуре ниже 0°С не допускается. При эксплуатации КИП с ХП-И при отрицательной температуре необходимо, чтобы к началу работы температура поглотителя была выше 0°С. В процессе работы она должна поддерживаться на этом уровне за счет теплоты экзотермической реакции сорбции СО2. Для противогазов с ХП-И без специальных мер защиты регенеративного патрона нижний предел температуры окружающего воздуха, при котором допускается их эксплуатация с соблюдением специальных мер предосторожности, равен — 20°С.
В КИП применяются преимущественно прямоточные регенеративные патроны, в которых газовоздушная смесь движется в одном направлении вдоль оси патрона (рис. 4.3). Такой патрон прост по конструкции и создает минимальное сопротивление потоку газа. Он используется во всех отечественных и в
большинстве зарубежных моделей противогазов как при круговой, так и при маятниковой схемах циркуляции воздуха.
В некоторых КИП, исходя из конструктивных соображений или соображений выбора оптимальной высоты слоя поглотителя, применяют регенеративные патроны с радиальным направлением потока. Такой патрон содержит те же элементы, что и прямоточный, а поглотитель в нем заключен между двумя перфорированными или сетчатыми перегородками цилиндрической формы. Газовоздушная смесь движется сначала вдоль оси патрона, затем поворачивает на 90° в радиальном направлении, проходит через слой поглотителя, вторично поворачивает на 90°, направляясь к выходу вдоль оси патрона. Эти патроны отличаются увеличенной поверхностью рабочего слоя в направлении движения воздуха. Патрон с радиальным направлением потока применен, например, в КИП с жидким кислородом "Аэрорлокс".
Рис 4.3. Регенеративный
патрон РП-8: 1 — заглушки; 2 — скоба; 3 — пружина; 4 — подвижная стенка; 5 — зерна
ХП-И; 6 — цилиндр; 7 — пробка; 8 — нижняя крышка; 9 — металлическая сетка; 10 — верхняя крышка
ХП-И имеет достаточно высокую стехио-метрическую активность — 300 л/кг (СУ), т.е. на 8% больше щелочного сорбента, статическая же активность составляет около 70% стехиомет-рической.
Такие же показатели имеет мелкозернистый поглотитель ХП-И М.
Воздух, выходящий из патрона с известковым сорбентом, труднее поддается кондициони-
122
рованию в воздуховодной системе дыхательный аппарата, чем сухой и более нагретый воздух из патрона со щелочным сорбентом.
Удельная сорбционная емкость хемосорбента зависит от характеристик самого поглотителя, патрона и нагрузки. Выше приведены значения удельной сорбционной емкости, полученные при его испытании в стандартном патроне (ГОСТ 6755-88Е). Это прямоточный цилиндрический патрон с высотой камеры для поглотителя 19 см и площадью поперечного сечения 94 см2. Определение проводили для большого числа партий поглотителя при режиме № 5 до проскока СО2, равного 1,5%. Удельная сорбционная емкость ХП-И в динамических условиях составляла 125...150 л/кг (СУ), или 58...71% статической активности. Различные партии ХП-И по сорбционной емкости отличаются друг от друга, поэтому при определении
необходимого заряда ХП-И в регенеративном патроне с заданным временем защитного действия следует ориентироваться на нижний ее предел т.е. 125 л/кг (СУ).
Уменьшение длины слоя и увеличение удельного объемного расхода газовоздушной смеси приводит к снижению удельной сорбционной емкости поглотителя. Следовательно, с уменьшением массы поглотителя в патроне снижается и его удельная сорбционная емкость. Для каждого значения массы сорбента при заданном дыхательном режиме существует свое, предельное значение емкости. Действительно, уменьшение массы поглотителя сокращает длину его слоя или площадь поперечного сечения патрона или же оба параметра одновременно. Уменьшение же каждого из них однозначно снижает удельную сорбционную емкость.
Особенностями ХП-И являются не дефицитность сырья, из которого изготовляется поглотитель, и относительно низкая стоимость самого хемосорбента (на порядок ниже, чем щелочного сорбента).
Известковый хемосорбент применяется в регенеративных противогазах и самоспасателях с временем действия 2 ч и менее выпускаемых в Великобритании, Франции, США, а также в Германии.
4.2.3. Щелочной поглотитель углекислого газа
Среди гидроксидов щелочных металлов практическое применение для очистки воздуха от углекислого газа в КИП получил гидроксид натрия NaOH. Это химическое соединение является основой натриевого хемосорбента, называемого обычно щелочным. Реакция поглощения углекислого газа гидроксидом натрия имеет вид:
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H20+117 кДж (4.2)
Поскольку гидроксид натрия — сильно гигроскопичное вещество, одновременно идет реакция поглощения воды:
NaOH + Н2О = NaOH + Н2О + 13 кДж (4.3)
Температура в зоне реакции регенеративного патрона при нормальной температуре окружающей среды увеличивается до 100... 130°С.
Стехиометрическая активность, определенная по первой реакции,
123
Рис 4.4. Регенеративный патрон фирмы "Медицинтех-
ник" (Германия): 1 — корпус; 2 — штуцер входной;
3, 4 — гофрированные сетки соответственно с низкими и
высокими гофрами; 5 — поглотитель; 6 — плоская сетка;
7 — штуцер выходной