как контакт между поглощаемым газом и активной поверхностью хемо-сорбента затрудняется образующейся пленкой продуктов реакции, а сама поверхность пор меньше, чем у адсорбента. Хемосорбент в процессе поглощения газа выделяет большее количество теплоты, что приводит к значительному нагреву очищаемого воздуха и самого поглотителя. Теплота реакции поглощения некоторых сорбентов (например, кислородосодержащего продукта) столь велика, что приводит в некоторых случаях к спеканию и даже плавлению гранул.Наиболее распространен тип поглотительного патрона с осевым прохождением через него очищаемого воздуха. Элементарный слой поглотителя на входе в патрон называют лобовым, а аналогичный слой в конце патрона — замыкающим. В теории сорбции существует понятие "работающий слой поглотителя". Это слой сорбента, ограниченный двумя перпендикулярными к направлению движения газовоздушной смеси плоскостями, который активно поглощает газ. В начале работающего слоя сорбент максимально насыщен поглощаемым газом, по ходу потока степень насыщения его уменьшается, а в конце слоя процесс сорбции только начинается.
116Длина работающего слоя при прочих равных условиях зависит от скорости процесса сорбции. В поглотительном патроне с адсорбентом она может быть меньше, чем общая длина рабочей части патрона от лобового до замыкающего слоя сорбента. При установившемся патроне существуют три зоны: зона с полностью отработанным поглотителем; работающий слой, перемещающийся по направлению движения потока газовоздушной смеси, и зона, в которой поглощение еще не происходит. Когда работающий слой достигает замыкающего слоя патрона, начинается проскок поглощаемого газа, т.е. неполное его поглощение. Такая работа сорбента в патроне называется послойной схемой его отработки.В поглотительном патроне с хемосорбентом зона с полностью отработанным поглотителем не образуется. Длина работающего слоя увеличивается в течение всего допроскокового периода, и он при этом не "отрывается" от лобового слоя. Когда фронт работающего слоя патрона достигает замыкающего, начинается проскок поглощаемого газа. Однако и в этот момент лобовой слой может быть не насыщен газом. Полное его насыщение может произойти, если патрон долгое время будет работать в проскоковом периоде. Такая работа сорбента в патроне называется схемой работы всей массы поглотителя.Следовательно, при работе сорбента в поглотительном патроне существуют два периода: допроскоковый и проскоковый. Длительность работы в проскоковом периоде ограничивается предельно допустимым проскоком, который устанавливается нормативными документами. При обеих схемах отработки к концу допроскокового периода в патроне остается некоторое количество не полностью отработанного сорбента, уменьшающееся в проскоковом периоде. Чем больше общая длина слоя сорбента в патроне при прочих равных условиях, тем меньше доля неотработанной его части по отношению ко всей массе сорбента, выше коэффициент его полезного использования и больше длительность работы, или время защитного действия. Однако увеличение общей длины слоя поглотителя приводит к повышению сопротивления патрона проходящему воздуху.Поэтому при разработке поглотительных патронов (для КИП — регенеративных патронов) одним из основных вопросов является выбор оптимальной длины слоя поглотителя.Существенной особенностью хемосорбентов по сравнению с адсорбен
тами является их высокая поглотительная способность на единицу массы.Известные хемосорбенты способны поглощать углекислый газ в количестве значительно большем, чем адсорбенты. Поэтому для очистки выдыхаемого воздуха от углекислого газа в КИП применяются только хемосорбенты.В их состав входят основное вещество, вступающее в химическую реакцию поглощения углекислого газа, и добавки, придающие им необходимые физические свойства и активизирующие реакцию. Сорбционные свойства хемосорбента характеризуются тремя показателями: стехиомет-рической, статической и динамической активностями, которые измеряют-117ся количеством поглощенного вещества (в объемных или массовых единицах) на единицу массы сорбента.Стехиометрической активностью называется максимальное, теоретически возможное количество вещества, поглощаемое единицей массы активной части хемосорбента, т.е. основного вещества (без добавок и технологических примесей). Она определяется из уравнения химической реакции.Статической активностью называется количество вещества, поглощенное единицей массы хемосорбента к моменту достижения сорб-ционного равновесия, при котором дальнейшее поглощение прекращается.Статическая активность устанавливается экспериментально при определенной концентрации поглощаемою газа в воздухе и температуре последнего. Ее значение всегда меньше стехиометрической активности. Динамической активностью называется количество вещества, поглощенное единицей массы сорбента до момента появления проскока в динамических условиях, т.е. в реальном регенеративном патроне, через который проходит реальный поток воздуха, содержащего определенное количество углекислого газа. В отдельных случаях динамическую активность выражают как время защитного действия патрона до появления проскока поглощаемого вещества. Однако в практике большее распространение получила характеристика хемосорбента, называемая удельной сорбционной емкостью в динамических условиях.Удельная сорбционная емкость — объем газа, поглощенного единицей массы хемосорбента при работе в динамических условиях до значения проскока газа, установленного нормативными документами для данного регенеративного патрона или КИП. Ее значение всегда меньше статической активности и является основной определяющей характеристикой хемосор
бента при работе его в конкретных динамических условиях.На удельную сорбционную емкость оказывают влияние три группы факторов, определяемые соответственно характеристиками хемосорбента, регенеративного патрона и нагрузки, т.е. потока воздуха, содержащего углекислый газ. Повышенную сорбционную емкость имеет хемосорбент с высокими значениями стехиометрической, статической активностей и с большой поверхностью пор. Уменьшение размера гранул также приводит к увеличению сорбционной емкости, но не за счет увеличения их поверхности, а в связи с ростом 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 емкости.Известны методы расчета поглотительных и регенеративных патронов, основанные на теории динамической активности сорбентов. Однако в расчетные формулы входят коэффициенты, которые могут быть определены только экспериментально для конкретных динамических условий.118Применение 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 углекислого газа предъявляют следующие основные технические требования: они должны обладать высокой удельной сорб-ционной 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 истирание и при работе не выделять веществ в виде газа, пара или аэрозолей, раздражающих органы дыхания. Кроме того, хемосорбент должен длительное время сохранять свои поглотительные свойства и изготавливаться из недефицитного и дешевого материала.
Технические требования к регенеративным патронам должны учитывать технические параметры используемого в них сорбента. Одно из основных требований к регенеративному патрону заключается в соответствии его защитной способности запасу сжатого кислорода, полезно расходуемого для дыхания.В регенеративных аппаратах со сжатым кислородом применяют два вида хемосорбентов углекислого газа: известковый на основе гидроксида кальция Са(ОН)2 и щелочной на основе гидроксида натрия NaOH. Известен также литиевый хемосорбент LiOH, обладающий существенно большей удельной сорбционной емкостью, чем первые. Однако он не получил широкого распространения главным образом из-за его дефицитности и высокой стоимости сырья.Особое место среди хемосорбентов занимает кислородосодержащий продукт на основе супероксидов щелочных металлов КО2 или NaO2, который не только поглощает углекислый газ, но и выделяет кислород, полностью регенерируя выдыхаемый воздух.4.2.2. Известковый поглотитель углекислого газаОсновой известкового поглотителя углекислого газа является гидро-ксид кальция Са(ОН)2, или гашеная известь. Реакция поглощения углекислого газа указанным веществом имеет следующий вид:Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2 О + qp (4.1)Эта реакция экзотермическая и протекает с выделением одного моля воды на один моль поглощенного углекислого газа, кроме того, выделяется часть влаги, содержащейся в поглотителе, в результате чего воздух, проходящий через регенеративный патрон, нагревается и увлажняется. Молярная теплота реакции составляет 80-115 кДж/моль. Исследования, проведенные во ВНИИГД, показали, что qp= 101 кДж/моль СО2. Температура в зоне реакции регенеративного патрона при норма-119льной температуре окружающей среды равна 5О...55°С.В нашей стране в качестве хемосорбента СО2 в регенеративных противогазах длительное время применялся только химический известковый поглотитель ХП-И по ГОСТ 6755-88Е. По отдельным заказам согласно временным техническим условиям выпускался мелкозернистый химпоглотитель ХП-И М с таким же химическим составом.ХП-И представляет собой гранулированный продукт (цилиндри