 |
|
Основы регенерации воздуха в изолирующих аппаратах с химически связанным кислородом.
Определение принадлежности препарата, содержащего химически связанный кислород, для использования в изолирующих аппаратах базируются на ряде показателей, основным из которых является коэффициент регенерации:
Kp=VO2/VCO2 (6.5)
Где: VO2 – объём кислорода, отдаваемый препаратом, в следствии реакции поглощения углекислого газа;
VСО2 – объём поглощенного препаратом углекислого газа;
Коэффициент регенерации Кр показывает возможность препарата к выделению кислорода во время поглощения определенного количества углекислого газа. При этом, поскольку дыхательный (1.1) коэффициент Кдых (соотношения между объёмами выделенного во время дыхания углекислого газа и поглощенного человеком кислорода) при разных нагрузках не является постоянным, для обеспечения процесса лёгочной вентиляции необходимо, чтобы коэффициент Кр регенерации рассчитывался по минимальной величине дыхательного коэффициента Кдых, которая в среднем составляет 80 %. Таким образом, для обеспечения процесса нормального газообмена можно использовать только те препараты, регенерирующие воздух, которые пригодны для поглощения 0,8 моля углекислого газа, выделять не ниже 1 моля кислорода, то есть коэффициент регенерации препарата, содержащего химически связанный кислород, должен быть:
Кр>1/0,8=1,25 (6.6)
К таким препаратам относятся сверхокислители _____ металлов, которые имеют Кр=1,5. К стати, как было отмечено в первом разделе, Кдыхmin=0,7, но и в этом случае Кр=1,45<1,5.
Наибольшее распространение в качестве препаратов, содержащих химически связанный кислород, были сверхоксиды калия и натрия, имеющие кроме высокого коэффициента регенерации, также другие необходимые для практического использования физико-химические, эксплуатационные и экономические показатели. Термин – «сверхоксиды» введен научную номенклатуру 1948 году. Он указывает на наличие ион – радикалов. В отличие от соответствующих оксидов, не имеющих не спаренных электронов, сверхоксиды имеют не парное количество электронов, подтверждающие их радикальную структуру. Сверхоксиды ____ металлов активно взаимодействуют с влагой и углекислым газом воздуха. При этом образовывается _______ и соответствующие карбонады. Они легко окисляют органические вещества, могут вызвать их возгорание и взрывчатое горение. Все сверхоксиды (оксиды) соединения характеризуются присутствием так называемого «активногоо» кислорода, который может выделяться в молекулярном видена время реакции взаимодействия сверхоксида с водой или углекислым газом. Например:
2 NaO2+H2O – 2NaOH +1.5O2, (6.7)
(6.8)
где 1,5 – количество молей кислорода, который выделяется при реакции (6.7);
32 – молекулярный вес кислорода;
2 – количество молей сверхоксида, принимающего участие в реакции;
55 – молекулярный вес сверхоксидов.
Технический сверхоксид натрия (новооксид) представляет собой порошок желтоватого цвета, который содержит до 90% чистого сверхоксида натрия. При хранении герматино закрытой таре он ______ до 65 оС. Заметный термический распад сверхоксида начинается при 100 
120 оС и полностью происходит при 250 оС с образованием оксида натрия и с выделением сверхоксидного кислорода:
(6.9)
В свою очередь распад оксида протекает при температуре выше 400 оС и при температуре540 оС полностью заканчивается с образованием оксида натрия. При взаимодействии с водой при 15 20 оС сверхоксид натрия полностью выделяет свой активный кислород. Теплота реакции составляет 15,9 
0,7 ккал/моль.
Взаимодействие водяным паром при комнатной температуре также сопровождается выделением всего «активного» кислорода и образованием моногидрата натрия. При низких температурах (0 10 оС) взаимодействие с парами воды происходит с выделением сверхоксидного кислорода и образованием кристаллогидратов оксида натрия:
(6.10)
Взаимодействие сверхоксида натрия с сухим углекислым газом не обнаруживается до 100 оС. Присутствие водяных паров уже при 25 оС приводит к образованию углекислого натрия и выделению всего «активного» кислорода:
(6.11).
При температуре ниже 10 оС сверхоксид натрия реагирует с углекислым газом только в присутствии пара воды с выделением сверхоксидного кислорода и образованием нероксидикарбоната натрия:
(6.12)
Но при дальнейшем нагревании регенеративного продукта выше 100 оС нероксидикарбоната натрия в присутствии влаги распадается с отделением оксида кислорода:
(6.13)
Сверхоксид натрия плохо прессуется в большие, крепкие блоки или гранулы. Для устранение этого недостатка в составе регенеративного препарата добавляют гидрат оксида кальция. Реальный препарат (таб. 6.2), который комплектуют регенеративные патроны аппаратов на химическом связанном кислороде, изготавливают путем смешивания 85 % технического сверхоксида натрия на 15% гидрооксида кальция. Эта смесь прессуется, а полученные куски измельчаются и рассеиваются на фракции. Приблизительный состав приведен в таблице 6.2.
Таблица 6.2. Приблизительный состав регенеративного препарата.
| Наименование продуктов | Химическая формула | Состав, % |
| Сверхоксид натрия | NaO2 | 70.6 |
| Оксид натрия | Na2O2 | 11.0 |
| Гидрооксид натрия | NaOH | 3.0 |
| Карбонат натрия | Na2CO3 | 0.4 |
| Гидрооксид кальция | Ca(OH)2 | 15.0 |
Гидрооксид кальция, который введен в препарат, улучшает также и хемосорбционные способности препарата к углекислому газу, особенно при пониженных температурах. Кроме того, введение гидрооксида кальция уменьшает процесс, когда гранулы под влиянием влаги при высокой температуре расплываются и обжигаются с образованием конгломератов.
Основные реакции, происходящие в процессе работы реального препарата в изолирующем препарате на химически связанном кислороде, имеет вид:
Эти реакции протекают с довольно высокой скоростью, когда температура среды выше 20 оС. При температуре ниже 20 оС они происходят плавно. Особенно это заметно, учитывая экзометрический характер реакций (6.14)-(6.20) в начальный период. (Кстати, перед окончанием времени защитного действия работа сверх окислительных соединений ____ металлов также не полностью попадает под приведенные уравнения). В пусковой (начальный) период в холодном продукте на базе сверхоксида происходит образование бикарбоната ____ металла, что приводит к уменьшению коэффициента регенерации. Продолжительность работы продукта в таком режиме тем больше, чем ниже температура окружающей среды и меньше величины дыхательной нагрузки. Поэтому для устранения опасности, связанной с недостачей кислорода в воздухе, который поступает для дыхания газодымозащитнику на начальном этапе работы РДА, необходимо заполнить дыхательный мешок кислородом от постоянного источника. В общем говоря, при нормальной температуре окружающей среды регенеративный патрон со сверхокислителей _____ металла можно «раздышать» и без пускового приспособления, но это требует от газодымозащитника специальных навыков. Поэтому состав регенеративного патрона входит специально пусковое устройство. Его главное назначение – обеспечить разогрев регенеративного препарата во время запуска подачи кислорода. В нем кислород выделяется в результате химических реакций расклада активной массы. Тепло и влага, выделяющиеся при этой реакции, способствует нагреву продукта, содержащего химически связанный кислород и соответственно, активизации его работы.
Для примера рассмотрим работу пускового устройства изолирующих противогазов на химически связанном кислороде ИП-4, ИП-5, ИП-46 и других, которые используются в вооруженных силах. В них выделение кислорода из пускового устройства происходит на протяжении 1 минуты при комнатной температуре и 80 секунд при температуре -30 оС. Запуск пускового брикета осуществляется 38% водным раствором серной кислоты, который не замерзает при температуре -50 оС. Основой пускового устройства служит пусковой брикет, который содержит 61% сверхоксида калия, 36% гидратаоксида алюминия и 3% алюминиевой руды. Основные реакции, которые происходят в пусковом брикете имеют следующий вид:
(6.21)
(6.22)
(6.23)
(6.24)
Совместно с приведенными составами регенеративных препаратов и пусковых брикетов могут использоваться и другие. Так, например, основные реакции, которые происходят на борту космических кораблей. РФ с целью регенерации воздуха в кабине, имеют вид:
в большинстве сверхоксиды используются в конструкциях шахтных самоспасателей. Таким образом, видно, что поскольку только сверхокислители ______ металлов имеют особенности, которые в основном удовлетворяют требованиям по содержанию «активного» кислорода, главное усилие направлены на изобретение рецептур на их основе.
Улучшение регенерирующих препаратов на современном этапе проводится, главным образом, в направлениях отыскания препаратов, который имеет повышенную термостабильность, уменьшенную влагоёмкость, повышенную пористость и стойкость к обгоранию и др..
Поскольку продукт, содержащий химически связанный кислород (ХСК), очень активно поглощает влагу и углекислый газ из окружающего воздуха, заряжение им регенеративных патронов происходит только в заводских условиях. Патроны со сверх окислителями ___ металлов – одноразового использования. После полной или частичной отработки их снимают с препарата и, в связи с пожарной опасностью сверхоксидов _____ металлов понижает (сжигают или закапывают), придерживаясь требований специальных инструкции. В связи с повышенной пожароопасностью, необходимо придерживаться настоящих правил. Так, не допускается попадание в продукт органических веществ, например, масел.
Регенеративные патроны, содержащие ХСК, могут быть прямоточного типа (см. рис. 6.1а) но с радиальным направлением движения очищаемого воздуха (см. рис. 6.1б). но конструкция внутренней части их принципиально отличается от патронов с известковым сорбентом. Для исключения сгорания сверх оксидов ___ металла, происходящее в результате их нагрева и отмывания гранул приводит существенному увеличению ---- дыхания, непосредственно в патроне в шаре продукта размещают металлический теплоразделитель (ли).
В регенеративных дыхательных препаратах на ХСК используют как круговую, так и маятниковую схему циркуляции воздуха. Как4 отмечалось раньше (см. разд. 2), особенностями маятниковой схемы является дополнительное поглощение углекислого газа во время повторного прохода воздуха через регенеративный патрон и увеличение опасного пространства воздухопроводной системы по мере отработки верхнего шара сорбента. Эти два фактора имеют разнонаправленное влияние на содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе: первый благоприятствует снижению содержания СО2, а второй его повышение. В результате экспериментального исследования установили, что если масса продукта в регенеративном патроне менее одного килограмма, то маятниковая схема циркуляции воздуха обеспечивает меньшее содержание углекислого газа на вдохе по сравнению с круговой схемы.
Полезная сорбционная ёмкость с углекислым газом для всех типов продуктов на базе сверхоксидов ____ металлов ниже, чем у известковых и ____ хемосорбентов. И сопоставление этих величин неправомерно, поскольку использование сверхоксидов ____ металлов обеспечивает полную регенерацию выдыхаемого воздуха. Уже сделанные изолирующие аппараты со временем защитного действия до 6 часов, который имеет меньшую массу лучшее микроклиматические условия дыхания, чем аппараты со сжатым кислородом. Не смотря на большую стоимость продукта который содержит химически связанный кислород, чем у ______, и тем больше, известкового поглотителя СО2, приведенные аппараты в перспективе могу широко использоваться в пожарной охране, особенно при выполнении легких работ и работ средней тяжести.