|
|
В нашій країні у якості хемосорбенту вуглекислого газу в регенеративних дихальних апаратах на стиснутому кисні застосовується тільки хімічний вапняний поглинач.
Основою вапняного поглиначу вуглекислого газу є гідрат окису кальцію Са(ОН)2 або гашене вапно. Реакція поглинання вуглекислого газу цією речовиною має наступний вид:
Ca(OH)2+СO2= CaCO3+ H2 O + q. (6.2)
Це екзотермічна реакція, що лине з виділенням одного моля на один моль вуглекислого газу, який поглинається в регенеративному патроні. Крім того, виділяється частина вологи, яка знаходиться в поглиначу. У результаті цього повітря, яке пройшло через регенеративний патрон, не тільки нагрівається, але ще й зволожнюється. Молярна теплота реакції за даними різних авторів складає 80-115 кДж/моль СО2 . Температура у зоні реакції регенеративного патрона при нормальній температурі навколишнього середовища дорівнює 50-550С.
Реальний хемосорбент СО 2 на основі вапняного поглиначу вуглекислого газу являє собою зернистий продукт білого або світло-сірого кольору, основні технічні характеристики якого наведено у табл. 6.1. Гранули мають циліндричну форму з діаметром біля 4 мм. Основну фракцію (90 %) складають гранули розміром від 2,8 до 5,5 мм.
До складу вапняного поглиначу вуглекислого газу, крім основної речовини, входять добавки: гідрооксид натрію (4 %) та вода (16 -21 %).
Таблиця 6.1 - Технічні характеристики вапняного хімпоглинача ХПВ
|
Хімічний склад, % |
|
|
NaOH , від маси сухої речовини |
4 |
|
H2O , від загальної маси |
16-21 |
|
CO2 , у складі технологічних домішок, від загальної маси, не більше |
4 |
|
Ca(OH)2 - основна речовина |
інше |
|
Розмір зерен за фракціями, %: |
|
|
від 5,5 до 6,5 мм, не більше |
5 |
|
від 2,8 до 5,5 мм, не менше |
90 |
|
від 1 до 2,8 мм, не більше |
5 |
|
менше 1 (пил), не більше |
0,6 |
|
Насипна маса, кг/дм 3 |
0,85-0,95 |
|
Міцність на скресання, %, не менше |
65 |
|
Сорбційні показники: |
|
|
стехіометрична активність, л/кг |
300 |
|
статична активність, л/кг |
210-215 |
|
питома сорбційна ємність до проскоку 1,5% CO2, л/кг |
125-150 |
Їдкий натрій підвищує динамічну активність поглиначу за малих концентрацій вуглекислого газу в повітрі, яке потрібно очистити, та, будучи сильно гігроскопичною речовиною, підтримує потрібну вологість поглиначу.
Волога, яка знаходиться в хемосорбенті, сприяє проходженню реакції поглинання вуглекислого газу, а збільшення або зменшення вмісту води в поглиначу відносно норми знижує його динамічну активність.
Крім добавок, до вапняного хімпоглиначу входить як технологічна домішка деяка кількість карбонату кальцію CaCO3, який є початковим продуктом під час виробництва гідроокису кальцію Са (ОН)2. Карбонат кальцію є також кінцевим продуктом реакції поглинання вуглекислого газу, а через це за мірою відпрацювання вапняного хімпоглиначу вміст CaCO3 в ньому збільшується. Максимально припустимий вміст цієї речовини в свіжому поглиначу приймається після перерахунку на масу вуглекислого газу CO2, що знаходиться в ньому, по відношенню до загальної маси поглиначу.
На відміну від інших типів хемосорбентів CO2, вапняний не губить сорбційні якості після короткочасного перебування на відкритому повітрі. Це дозволило у свій час перейти до використання в регенеративних дихальних апаратах регенеративних патронів, які можна переспоряджувати. Внаслідок цього, після відпрацювання регенеративні патрони заповнюються свіжим хемосорбентом безпосередньо в підрозділі.
Вапняний хімпоглинач – досить міцний сорбент у відношенні до скресання та утворення пилу, яка у випадку попадання до дихальних шляхів могла б визвати їх подразнення. Під час транспортування споряджених апаратів в регенеративних патронах усе ж таки утворюється незначна кількість пилу, але установка спеціального захисного фільтра після патрона не потрібна. Це пояснюється тим, що повітря, яке виходить з регенеративного патрона, повністю насичене вологою. Через це пил хемосорбенту, який іноді проникає з патрону, змочується та осаджується в дихальному мішку.
В процесі поглинання вуглекислого газу вапняний хімпоглинач не змінює колір та зовнішній вид, не опливає і не спікається. В повністю відпрацьованому хемосорбенті вміст CO2 збільшується до 25-27%, вміст вологи зменшується до 4-8%, а загальна маса поглиначу збільшується на 6-8% по відношенню до початкової. Повторне використання регенеративного патрона з частково або повністю відпрацьованим вапняним хімпоглиначем забороняється.
Оскільки склад наведеного хемосорбенту обов’язково повинен містити вологу, реакція сорбції CO2 за його допомогою може відбуватись тільки за позитивної температури. Поглинач, який заморозили, є непридатним до застосування. Через це зберігання готових до застосування регенеративних патронів з вапняними поглиначами за температури нижче 00 С не допускається. Під час експлуатації регенеративних дихальних апаратів з таким хемосорбентом при негативній температурі необхідно, щоб до початку роботи температура поглиначу була вище 00 С. В процесі роботи апарата вона підтримується позитивною за рахунок теплоти екзотермічної реакції сорбції вуглекислого газу. Для апаратів з вапняним хімпоглиначем без спеціальних мір захисту регенеративного патрона нижня границя температури навколишнього середовища, з якої дозволяється їх експлуатація з дотриманням особливих мір обережності, дорівнює – 200С.
В регенеративних дихальних апаратах застосовуються патрони прямоточного типу, в яких газоповітряна суміш рухається в одному напрямку вздовж осі патрона (рис. 6.1а). Такий патрон простий за своєю конструкцією і створює мінімальний опір потоку газоповітряної суміші. Він застосовується у всіх вітчизняних та більшості закордонних моделей як при круговій, так і при маятниковій схемах циркуляції повітря.
В деяких регенеративних дихальних апаратах, виходячи з конструктивних міркувань або міркувань вибору оптимальної висоти шару поглиначу, застосовують регенеративні патрони з радіальним напрямком потоку (див. рис. 6.1б).
Такий патрон містить такі ж елементи, що і прямоточний, а поглинач міститься поміж двома перфорованими або сітчастими перегородками циліндричної форми. Поток газоповітряної суміші рухається спочатку вздовж осі патрона, потім повертає на 90 0 у радіальному напрямку, проходить через шар поглиначу, вдруге повертає на 900 і направляється до виходу вздовж осі патрона. Такі патрони відрізняються великою поверхнею робочого шару хемосорбенту та малою його довжиною. Через це вони вимагають застосування тільки мілкозернистого поглиначу. Патрон з радіальним напрямком потоку повітря застосовується, наприклад, в апараті з жидким киснем “Аерорлокс”.
Вапняний хімпоглинач має достатньо високу стехіометричну активність – 300л/кг. Це на 8 % вище, ніж у лужного сорбенту. Статична активність складає біля 70 % від стехіометричної. У зв’язку з більш раннім виникненням проскоку середній за апарато-зміну проскок вуглекислого газу в регенеративних патронах з вапняним поглиначем вище, ніж з лужним.
Температура повітря, яке проходить через наведений регенеративний патрон, протягом 30-40 хвилин збільшується до максимального значення і підтримується на цьому рівні до кінця роботи. Оскільки повітря, яке виходить з патрона, повністю насичене вологою, його питома ентальпія дуже висока і складає біля 260 кДж/кг протягом більшої частини апарато-зміни. Через це повітря, яке виходить з патрона, який містить вапняний хімпоглинач, у вітропровідну систему апарата, хоча й більш нагріте, але сухе повітря після лужного патрона.
Особливостями вапняного хімпоглиначу є відносні недефіцитність сировини, з якої виготовляють поглинач, і низька вартість самого хемосорбенту, що на порядок нижча, ніж у лужного сорбенту.
Вапняний хемосорбент випускається у всіх розвинутих країнах. Він застосовується у Великобританії, Франції, США, а також в Германії в апаратах з часом захисної дії 2 години та менше.
|
|
|