RU2810279C1 - Method for obtaining product for chemical air regeneration in life support systems of manned aircrafts - Google Patents
Method for obtaining product for chemical air regeneration in life support systems of manned aircrafts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810279C1 RU2810279C1 RU2022103937A RU2022103937A RU2810279C1 RU 2810279 C1 RU2810279 C1 RU 2810279C1 RU 2022103937 A RU2022103937 A RU 2022103937A RU 2022103937 A RU2022103937 A RU 2022103937A RU 2810279 C1 RU2810279 C1 RU 2810279C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen peroxide
- product
- matrix
- air regeneration
- liquid phase
- Prior art date
Links
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 28
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 24
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical class [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 173
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 235000011118 potassium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 59
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 46
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 32
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 61
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical class [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 18
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 10
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 10
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 10
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 10
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 10
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 10
- NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M potassium fluoride Chemical compound [F-].[K+] NROKBHXJSPEDAR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 8
- 239000011698 potassium fluoride Substances 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 7
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 235000003270 potassium fluoride Nutrition 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- WSWCOQWTEOXDQX-MQQKCMAXSA-M (E,E)-sorbate Chemical compound C\C=C\C=C\C([O-])=O WSWCOQWTEOXDQX-MQQKCMAXSA-M 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 150000002978 peroxides Chemical group 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 102220115768 rs886039839 Human genes 0.000 description 3
- 229940075554 sorbate Drugs 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- -1 peroxide compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 208000019693 Lung disease Diseases 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002110 toxicologic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения продуктов для химической регенерации воздуха, используемых в системах жизнеобеспечения (СЖО) пилотируемых летательных аппаратов.The invention relates to methods for producing products for chemical air regeneration used in life support systems (LSS) of manned aircraft.
Известен способ получения продукта для химической регенерации воздуха [патент РФ №2561412, МПК A62D 9/00, 2015 г.], заключающийся во взаимодействии раствора пероксида водорода и гидроксида калия, нанесении полученного щелочного раствора пероксида водорода на пористую волокнистую матрицу и последующей дегидратации жидкой фазы на матрице. В исходный раствор пероксида водорода перед добавлением гидроксида калия дополнительно последовательно вводят сульфат магния (MgSO4) при мольном соотношении пероксид водорода/сульфат магния, равном 480÷655, и галогениды щелочных металлов (MeHal) при мольном соотношении гидроксид калия/галогенид щелочного металла (КОН/MeHal), равном 13÷110. Смешение пероксида водорода и гидроксида калия осуществляют при мольном соотношении пероксид водорода / гидроксид калия, равном 1,55÷1,85. Для снижения кинетики процесса распада пероксида водорода добавление гидроксида калия проводят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Галогениды щелочных металлов в жидкую фазу вводят через 5÷10 минут после добавления сульфата магния. В качестве галогенидов щелочных металлов используются фторид калия, хлориды лития, натрия, калия или их смеси. Гидроксид калия добавляют в жидкую фазу не менее чем через 20 минут после добавления галогенидов щелочных металлов. Дегидратацию пропитанной исходным щелочным раствором пероксида водорода пористой волокнистой матрицы осуществляют либо сушкой в вакууме при 30-150°С, или в потоке осушенного декарбонизированного воздуха, либо инертного газа, выступающих в качестве сушильного агента, при атмосферном давлении при температуре 60-220°С.There is a known method for producing a product for chemical air regeneration [RF patent No. 2561412, IPC A62D 9/00, 2015], which consists in the interaction of a solution of hydrogen peroxide and potassium hydroxide, applying the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide to a porous fibrous matrix and subsequent dehydration of the liquid phase on the matrix. Before adding potassium hydroxide, magnesium sulfate (MgSO 4 ) is additionally sequentially introduced into the initial solution of hydrogen peroxide at a molar ratio of hydrogen peroxide/magnesium sulfate equal to 480÷655, and alkali metal halides (MeHal) at a molar ratio of potassium hydroxide/alkali metal halide (KOH /MeHal), equal to 13÷110. The mixing of hydrogen peroxide and potassium hydroxide is carried out at a molar ratio of hydrogen peroxide / potassium hydroxide equal to 1.55÷1.85. To reduce the kinetics of the hydrogen peroxide decomposition process, potassium hydroxide is added in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Alkali metal halides are introduced into the liquid phase 5÷10 minutes after adding magnesium sulfate. Potassium fluoride, lithium, sodium, potassium chlorides or mixtures thereof are used as alkali metal halides. Potassium hydroxide is added to the liquid phase at least 20 minutes after the addition of alkali metal halides. Dehydration of a porous fibrous matrix impregnated with an initial alkaline solution of hydrogen peroxide is carried out either by drying in a vacuum at 30-150°C, or in a stream of dried decarbonized air or inert gas, acting as a drying agent, at atmospheric pressure at a temperature of 60-220°C.
Однако продукт для химической регенерации воздуха, полученный известным способом, характеризуется недостаточно эффективным использованием ресурса при его эксплуатации в системах жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов.However, the product for chemical air regeneration, obtained by a known method, is characterized by insufficiently efficient use of the resource during its operation in the life support systems of manned aircraft.
Из практики использования продуктов для регенерации воздуха на химически связанном кислороде в СЖО и кислородных системах (КС) пилотируемых летательных аппаратов (в состав которых входят индивидуальные дыхательные аппараты для членов летного экипажа) хорошо известно, что на эти продукты накладывается много ограничений:From the practice of using products for air regeneration using chemically bound oxygen in life support systems and oxygen systems (OS) of manned aircraft (which include personal breathing apparatus for flight crew members), it is well known that many restrictions are imposed on these products:
- высокие значения содержания кислорода и динамической активности по поглощаемому компоненту газовой фазы на единицу массы, позволяющие значительно уменьшить массогабаритные параметры изделий;- high values of oxygen content and dynamic activity of the absorbed component of the gas phase per unit mass, which makes it possible to significantly reduce the weight and size parameters of products;
- стабильность при температурах эксплуатации (от минус 15 до плюс 55°С);- stability at operating temperatures (from minus 15 to plus 55°C);
- высокая стойкость к воздействию механических и гидравлических нагрузок;- high resistance to mechanical and hydraulic loads;
- жесткое соответствие компонентов газовыделения нормативным требованиям санитарно-химической и токсикологической безопасности материалов, предназначенных для оборудования обитаемых герметичных помещений;- strict compliance of gas emission components with regulatory requirements for sanitary-chemical and toxicological safety of materials intended for equipping habitable sealed premises;
- устойчивость к широкому спектру внешних воздействующих факторов.- resistance to a wide range of external influencing factors.
При длительной эксплуатации продуктов для химической регенерации воздуха в составе систем жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов из-за механического разрушения продукта, вызванного высокочастотной вибрацией, возможно образование большого количества его мелкодисперсной фракции (пыли). Наличие мелкодисперсной фракции продукта для регенерации воздуха в патроне индивидуального дыхательного аппарата при его использовании по назначению в нештатной ситуации приводит к высокому содержанию щелочных аэрозолей в регенерируемом воздухе и высокому аэродинамическому сопротивлению дыханию пользователя. Первое приводит к попаданию в регенерируемый воздух большого количества щелочных аэрозолей, пагубно влияющих на верхние дыхательные пути человека, второе - существенно сужает круг лиц, имеющих возможность пользоваться данными изделиями (многими индивидуальными дыхательными аппаратами (ИДА) не могут пользоваться дети, люди, страдающие легочными заболеваниями и др.). Кроме того, наличие большого количества мелкодисперсной фракции снижает степень отработки продукта для регенерации воздуха в системах СЖО до 50-70% за счет ухудшения условий диффузионных и массообменных процессов. Следует обратить особое внимание на то, что в результате изменения фракционного состава (и, как следствие, объема) продукта для химической регенерации воздуха возможно изменение движения потока регенерируемого воздуха, который может миновать слой продукта (по пути наименьшего аэродинамического сопротивления). В этом случае изделие не будет работать эффективно с возможными негативными последствиями для здоровья пользователя.During long-term operation of products for chemical air regeneration as part of the life support systems of manned aircraft, due to mechanical destruction of the product caused by high-frequency vibration, the formation of a large amount of its fine fraction (dust) is possible. The presence of a fine fraction of the product for air regeneration in the cartridge of an individual breathing apparatus, when used for its intended purpose in an emergency situation, leads to a high content of alkaline aerosols in the regenerated air and high aerodynamic resistance to the user’s breathing. The first leads to the entry into the regenerated air of a large number of alkaline aerosols, which have a detrimental effect on the upper respiratory tract of a person, the second significantly narrows the circle of people who have the opportunity to use these products (many personal breathing apparatus (IBA) cannot be used by children and people suffering from pulmonary diseases and etc.). In addition, the presence of a large amount of finely dispersed fraction reduces the degree of product utilization for air regeneration in LSS systems to 50-70% due to the deterioration of the conditions of diffusion and mass transfer processes. Particular attention should be paid to the fact that as a result of changing the fractional composition (and, as a consequence, volume) of the product for chemical air regeneration, it is possible to change the movement of the flow of regenerated air, which can bypass the product layer (along the path of least aerodynamic resistance). In this case, the product will not work effectively with possible negative consequences for the health of the user.
Устранение перечисленных выше недостатков возможно или изменением конструкции изолирующих дыхательных аппаратов (зачастую приводящих к его усложнению и увеличению массогабаритных параметров изделия), или модификацией продукта для химической регенерации воздуха (изменение химического состава, плотности гранул продукта, связующих компонентов, матрицы и др.).Elimination of the above disadvantages is possible either by changing the design of self-contained breathing apparatus (often leading to its complication and increasing the weight and size parameters of the product), or by modifying the product for chemical air regeneration (changing the chemical composition, density of product granules, binding components, matrix, etc.).
Следует отметить, что стекловолокнистая матрица после протекания физико-химических процессов регенерации воздуха (например, взаимодействия SiO2 со щелочами с образованием силикатов K и Na) становится полностью непригодна для повторного использования, и продукт для химической регенерации воздуха, полученный известным способом, крайне сложно утилизировать после его отработки.It should be noted that the fiberglass matrix after the occurrence of physico-chemical processes of air regeneration (for example, the interaction of SiO 2 with alkalis to form K and Na silicates) becomes completely unsuitable for reuse, and the product for chemical air regeneration obtained by a known method is extremely difficult to dispose of after it has been worked out.
Задачей изобретения является разработка способа получения продукта для химической регенерации воздуха, имеющего улучшенные эксплуатационные характеристик при его работе в системах жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов.The objective of the invention is to develop a method for producing a product for chemical air regeneration that has improved performance characteristics when operating in life support systems of manned aircraft.
Технический результат заключается в получении продукта для химической регенерации воздуха, имеющего высокую механическую прочность и высокую степень отработки по диоксиду углерода при его эксплуатации в системах жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов.The technical result consists in obtaining a product for chemical air regeneration that has high mechanical strength and a high degree of carbon dioxide recovery during its operation in the life support systems of manned aircraft.
Дополнительным техническим результатом является повышение экономичности и экологичности процесса регенерации воздуха.An additional technical result is an increase in the efficiency and environmental friendliness of the air regeneration process.
Технический результат достигается тем, что в способе получения продукта для химической регенерации воздуха, включающем смешение стабилизированного сульфатом магния раствора пероксида водорода с галогенидами щелочных металлов и гидроксидом калия, нанесение полученного щелочного раствора пероксида водорода на матрицу и последующую дегидратацию жидкой фазы на матрице, в качестве матрицы используют керамические высокопористые ячеистые материалы, которые перед нанесением на них щелочного раствора пероксида водорода выдерживают в растворе щелочи с рН не менее 11 в течение не менее 1 часа. При этом матрицу после экспозиции в растворе щелочи промывают дистиллированной водой.The technical result is achieved by the fact that in the method of producing a product for chemical air regeneration, including mixing a solution of hydrogen peroxide stabilized by magnesium sulfate with alkali metal halides and potassium hydroxide, applying the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide to a matrix and subsequent dehydration of the liquid phase on the matrix, as a matrix use ceramic highly porous cellular materials, which, before applying an alkaline solution of hydrogen peroxide, are kept in an alkali solution with a pH of at least 11 for at least 1 hour. In this case, after exposure to an alkali solution, the matrix is washed with distilled water.
Изобретение позволяет достигнуть заявленный технический результат по следующим обстоятельствам. Поглощение из газообразной фазы сорбата (СО2) происходит в тонком пограничном слое, образующемся на поверхности продукта, и скорость процесса, как правило, лимитируется стадией внешней диффузии молекул сорбата к активным центрам хемосорбента. При изменении начальной формы хемосорбента, вызванной как протекающими при химической регенерации воздуха физико-химическими процессами (образование новых химических соединений, вызывающее объемные изменения продукта, частичное плавление эвтектической смеси исходных компонентов и продуктов реакции вследствие экзотермического характера протекающих процессов и др.), так и внешними воздействующими факторами (вибрационные нагрузки, перепады температур при хранении и эксплуатации и др.) интенсивность массообменных процессов в результате усиления диффузионного торможения молекул сорбата на границе раздела фаз существенно снижается. Это приводит к снижению степени отработки продукта для химической регенерации воздуха по диоксиду углерода при его эксплуатации в СЖО.The invention makes it possible to achieve the stated technical result due to the following circumstances. Absorption from the gaseous phase of sorbate (CO 2 ) occurs in a thin boundary layer formed on the surface of the product, and the rate of the process, as a rule, is limited by the stage of external diffusion of sorbate molecules to the active centers of the chemisorbent. When the initial form of the chemisorbent changes, caused both by physical and chemical processes occurring during chemical regeneration of air (the formation of new chemical compounds causing volumetric changes in the product, partial melting of the eutectic mixture of initial components and reaction products due to the exothermic nature of the processes occurring, etc.), and external influencing factors (vibration loads, temperature changes during storage and operation, etc.), the intensity of mass transfer processes as a result of increased diffusion inhibition of sorbate molecules at the phase interface is significantly reduced. This leads to a decrease in the degree of product utilization for chemical air regeneration of carbon dioxide during its operation in a life-support system.
Устранить данный негативный эффект возможно за счет использования механически прочного инертного высокопористого газопроницаемого каркаса (матрицы), устойчивого к воздействию протекающих физико-химических процессов и имеющего большое агдезионное сродство с хемосорбентом. При этом матрица должна иметь развитую поверхность и значительный свободный объем транспортных пор. Этим требованиям отвечают керамические высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ), полученные известным способом дублирования структуры открытоячеистого пенополиуретана (ППУ) [патент РФ №2580959; МПК: С04В 38/06, С04В 41/87; приоритет от 08.04.2015 г. Способ получения керамических высокопористых блочно-ячеистых материалов / Гаспарян М.Д., Грунский В.Н., Беспалов А.В., Попова Н.А., Зайцева Л.А., Ерохин С.Н., Ферапонтов Ю.А., Постернак Н.В.].This negative effect can be eliminated through the use of a mechanically strong inert, highly porous, gas-permeable frame (matrix), resistant to the effects of ongoing physical and chemical processes and having a high adhesive affinity with the chemisorbent. In this case, the matrix must have a developed surface and a significant free volume of transport pores. These requirements are met by ceramic highly porous cellular materials (HPCM), obtained by a known method of duplicating the structure of open-cell polyurethane foam (PUF) [RF patent No. 2580959; IPC: С04В 38/06, С04В 41/87; priority from 04/08/2015. Method for producing ceramic highly porous block-cellular materials / Gasparyan M.D., Grunsky V.N., Bespalov A.V., Popova N.A., Zaitseva L.A., Erokhin S.N. ., Ferapontov Yu.A., Posternak N.V.].
Уникальная сетчато-ячеистая структура керамических ВПЯМ с большой внешней удельной поверхностью (до 5000 м2/м3) при объеме транспортных макропор до 95% за счет турбулизации газового потока и постоянного обновления пограничного слоя обеспечивает высокий коэффициент массопередачи при протекании процессе хемосорбции диоксида углерода во внешне-диффузионной области, а высокая кислото- и щелочестойкость керамических ВПЯМ дает возможность проводить многократную регенерацию матриц из этого материала химическими методами.The unique mesh-cellular structure of ceramic HPLM with a large external specific surface (up to 5000 m 2 /m 3 ) with a volume of transport macropores of up to 95% due to turbulization of the gas flow and constant renewal of the boundary layer provides a high mass transfer coefficient during the chemisorption of carbon dioxide in the external -diffusion region, and the high acid and alkali resistance of ceramic HPLMs makes it possible to carry out repeated regeneration of matrices from this material using chemical methods.
В качестве матрицы для нанесения активного компонента во всех приведенных ниже примерах нами использовался высокопористый ячеистый материал в виде блоков заданных размеров с плотностью пор 45 ppi (количество пор на линейный дюйм). В процессе его синтеза для пропитки исходного ППУ использовали керамический шликер следующего состава:As a matrix for applying the active component in all the examples below, we used a highly porous cellular material in the form of blocks of specified sizes with a pore density of 45 ppi (the number of pores per linear inch). In the process of its synthesis, a ceramic slip of the following composition was used to impregnate the initial PU foam:
- наполнитель - электроплавленый корунд (ЭПК) марки F 360, 50% масс.;- filler - electrofused corundum (EPC) grade F 360, 50% wt.;
- основное связующее - полуфарфоровая легкоплавкая масса ПФЛ - 1,50% масс.;- main binder - semi-porcelain low-melting mass PFL - 1.50% wt.;
- временная технологическая связка (ВТС) - 5%-ный водный раствор пластификатора - поливинилового спирта (ПВС) при содержании жидкой фазы 28% масс.- temporary technological binder (TBC) - 5% aqueous solution of plasticizer - polyvinyl alcohol (PVA) with a liquid phase content of 28% wt.
Последующую термообработку проводили в 2 стадии:Subsequent heat treatment was carried out in 2 stages:
1) Сушка в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение 2 ч.1) Drying in an oven at 100°C for 2 hours.
2) Обжиг с выдержкой при максимальной температуре 1450°С в течение 3 ч.2) Firing with exposure at a maximum temperature of 1450°C for 3 hours.
Необходимо отметить, что при нанесении на керамическую матрицу жидкой фазы в виде тройной системы МеОН - H2O2 - H2O (щелочной раствор пероксида водорода) возможна интенсификация гетерогенного каталитического разложения пероксидных продуктов [У. Шамб, Ч. Сеттерфилд, Р. Вентворс. Перекись водорода, - М.: Иностранная литература, - 1958. - 578 с.], сопровождающегося выделением атомарного кислорода. Это не только приводит к снижению содержания пероксидных соединений в продукте синтеза, но и создает дополнительную угрозу возникновения «кислородного» пожара, локализовать который практически невозможно. Поэтому для нивелирования этого эффекта перед нанесением щелочного раствора пероксида водорода керамическую матрицу необходимо выдержать в растворе щелочи с рН не менее 11 в течение не менее 1 часа с последующей промывкой дистиллированной водой до нейтрального значения рН. Это позволяет удалить с ее поверхности значительное количество веществ, способных выступать катализаторами разложения перекисных продуктов.It should be noted that when a liquid phase is applied to a ceramic matrix in the form of a ternary system MeOH - H 2 O 2 - H 2 O (alkaline solution of hydrogen peroxide), intensification of the heterogeneous catalytic decomposition of peroxide products is possible [U. Schamb, C. Setterfield, R. Wentworth. Hydrogen peroxide, - M.: Foreign literature, - 1958. - 578 p.], accompanied by the release of atomic oxygen. This not only leads to a decrease in the content of peroxide compounds in the synthesis product, but also creates an additional threat of an “oxygen” fire, which is almost impossible to localize. Therefore, to neutralize this effect, before applying an alkaline solution of hydrogen peroxide, the ceramic matrix must be kept in an alkali solution with a pH of at least 11 for at least 1 hour, followed by washing with distilled water to a neutral pH value. This makes it possible to remove from its surface a significant amount of substances that can act as catalysts for the decomposition of peroxide products.
Способ получения продукта для химической регенерации воздуха осуществляют следующим образом. Готовят исходный щелочной раствор пероксида водорода, для чего в раствор пероксида водорода с концентрацией от 50 до 85% массовых при интенсивном перемешивании последовательно вводят сульфат магния, галогениды щелочных металлов (фторид калия, хлориды лития, натрия, калия или их смеси) и гидроксид калия. Причем галогениды щелочных металлов вводят в жидкую фазу через 5 10 минут после сульфата магния, а гидроксид калия вводят в систему не менее чем через 20 минут после введения галогенидов щелочных металлов. Мольное соотношение исходных компонентов должно составлять следующие величины: пероксид водорода/сульфат магния (H2O2/MgSO4)=480÷655; гидроксид калия/галогенид щелочного металла (КОН/MeHal)=13÷110, пероксид водорода/гидроксид калия (Н2О2/КОН)=1,55÷1,85. Для снижения кинетики процесса распада перекисных продуктов добавление гидроксида калия проводят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее щелочной раствор пероксида водорода равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров любым известным способом (например, пропитка, аэрозольное напыление и др.). Матрицу перед нанесением щелочного раствора пероксида водорода предварительно выдерживают в растворе щелочи с рН не менее 11 в течение не менее 1 часа и промывают после этого дистиллированной водой до нейтрального значения рН. Затем проводят дегидратацию. Дегидратацию пропитанной исходным щелочным раствором пероксида водорода матрицы осуществляют либо сушкой в вакууме при 30-150°С, либо в потоке осушенного декарбонизированного воздуха или инертного газа, выступающих в качестве сушильного агента, при атмосферном давлении при температуре 60-220°С.The method for obtaining a product for chemical air regeneration is carried out as follows. An initial alkaline solution of hydrogen peroxide is prepared, for which purpose magnesium sulfate, alkali metal halides (potassium fluoride, lithium, sodium, potassium chlorides or mixtures thereof) and potassium hydroxide are sequentially introduced into a hydrogen peroxide solution with a concentration of 50 to 85% by weight with vigorous stirring. Moreover, alkali metal halides are introduced into the liquid phase 5-10 minutes after magnesium sulfate, and potassium hydroxide is introduced into the system at least 20 minutes after the introduction of alkali metal halides. The molar ratio of the starting components should be the following values: hydrogen peroxide/magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 )=480÷655; potassium hydroxide/alkali metal halide (KOH/MeHal)=13÷110, hydrogen peroxide/potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH)=1.55÷1.85. To reduce the kinetics of the decomposition process of peroxide products, potassium hydroxide is added in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, an alkaline solution of hydrogen peroxide is uniformly applied to a ceramic matrix of the required geometric dimensions by any known method (for example, impregnation, aerosol spraying, etc.). Before applying an alkaline solution of hydrogen peroxide, the matrix is first kept in an alkali solution with a pH of at least 11 for at least 1 hour and then washed with distilled water to a neutral pH value. Then dehydration is carried out. Dehydration of the matrix impregnated with the initial alkaline solution of hydrogen peroxide is carried out either by drying in vacuum at 30-150°C, or in a stream of dried decarbonized air or inert gas, acting as a drying agent, at atmospheric pressure at a temperature of 60-220°C.
Декарбонизация сушильного агента проводится с помощью любого поглотителя диоксида углерода. Обезвоживание сушильного агента можно осуществлять, пропуская его через регенерируемые поглотители воды типа цеолита и др. По окончании дегидратации готовый продукт для регенерации воздуха помещают в специальный контейнер.Decarbonization of the drying agent is carried out using any carbon dioxide absorbent. Dehydration of the drying agent can be carried out by passing it through regenerable water absorbers such as zeolite, etc. Upon completion of dehydration, the finished product is placed in a special container for air regeneration.
В примерах 1-7 приведены данные о получении заявляемым способом продукта для химической регенерации воздуха.Examples 1-7 provide data on the production of a product for chemical air regeneration using the claimed method.
Пример 1.Example 1.
К 24,73 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 108,8 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=480) и через 10 минут добавляют 817,3 г хлорида лития (КОН/MeHal=13). Примерно через 20 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (Н2О2/КОН=1,74). Добавление КОН проводят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 60 мин выдержанную в растворе КОН с рН 11, и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в вакууме при 30-120°С и давлении 0,96 атм. Получают 21,5 кг продукта, содержащего 65,43% KO2, 16,0% КОН, 4,3% H2O, 0,47% MgSO4, 4,5% LiCl и 9,3% матрицы.To 24.73 l of an aqueous 50% solution of hydrogen peroxide, add 108.8 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =480) with continuous stirring and after 10 minutes add 817.3 g of lithium chloride (KOH/MeHal = 13) . Approximately 20 minutes after the uniform distribution of all introduced components throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.74) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 60 minutes in a KOH solution with pH 11, and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in vacuum at 30-120°C and a pressure of 0.96 atm. 21.5 kg of product are obtained containing 65.43% KO 2 , 16.0% KOH, 4.3% H 2 O, 0.47% MgSO 4 , 4.5% LiCl and 9.3% matrix.
Пример 2.Example 2.
К 23,87 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 101 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=525) и через 8 минут добавляют 585 г хлорида натрия (КОН/MeHal=25). Примерно через 25 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (H2O2/КОН=1,68). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 70 мин выдержанную в растворе КОН с рН 12,5 и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в вакууме при 30-90°С и давлении 0,95 атм. Получают 21,3 кг продукта, содержащего 66,7% KO2, 17,45% КОН, 4,4% H2O, 0,45% MgSO4, 3,4% NaCl и 7,6% матрицы.To 23.87 l of an aqueous 50% solution of hydrogen peroxide, with continuous stirring, add 101 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =525) and after 8 minutes add 585 g of sodium chloride (KOH/MeHal = 25). Approximately 25 minutes after all the introduced components are uniformly distributed throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.68) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 70 minutes in a KOH solution with pH 12.5 and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in vacuum at 30-90°C and a pressure of 0.95 atm. 21.3 kg of product are obtained containing 66.7% KO 2 , 17.45% KOH, 4.4% H 2 O, 0.45% MgSO 4 , 3.4% NaCl and 7.6% matrix.
Пример 3.Example 3.
К 24,43 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 94 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=551) и через 7 минут добавляют 548 г хлорида калия (КОН/MeHal=34). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (H2O2/КОН=1,72). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 80 мин выдержанную в растворе КОН с рН 12,0 и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в потоке осушенного и декарбонизованного воздуха при температуре 200°С. Получают 20,7 кг продукта, содержащего 65,25% KO2, 18,2% КОН, 4,2% H2O, 0,45% MgSO4, 3,5% KCl и 8,4% матрицы.To 24.43 l of an aqueous 50% solution of hydrogen peroxide, with continuous stirring, add 94 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =551) and after 7 minutes add 548 g of potassium chloride (KOH/MeHal = 34). Approximately 30 minutes after all the introduced components have been uniformly distributed throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.72) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 80 minutes in a KOH solution with pH 12.0 and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in a stream of dried and decarbonized air at a temperature of 200°C. 20.7 kg of product are obtained containing 65.25% KO 2 , 18.2% KOH, 4.2% H 2 O, 0.45% MgSO 4 , 3.5% KCl and 8.4% matrix.
Пример 4.Example 4.
К 11,35 л водного 85% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 76,2 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=610) и через 5 минут добавляют 290 г фторида калия (КОН/MeHal=50). Примерно через 27 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (H2O2/КОН=1,55). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 90 мин выдержанную в растворе КОН с рН 12,5 и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в потоке осушенного и декарбонизованного воздуха при температуре 150°С. Получают 20,1 кг продукта, содержащего 73,6% KO2, 12,8% КОН, 3,6% H2O, 0,45% MgSO4, 2,15% KF и 7,4% матрицы.To 11.35 l of an aqueous 85% solution of hydrogen peroxide, with continuous stirring, add 76.2 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =610) and after 5 minutes add 290 g of potassium fluoride (KOH/MeHal = 50). Approximately 27 minutes after uniform distribution of all introduced components throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.55) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 90 minutes in a KOH solution with pH 12.5 and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in a stream of dried and decarbonized air at a temperature of 150°C. 20.1 kg of product are obtained containing 73.6% KO 2 , 12.8% KOH, 3.6% H 2 O, 0.45% MgSO 4 , 2.15% KF and 7.4% matrix.
Пример 5.Example 5.
К 24,16 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 77,9 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=655) и через 8 минут добавляют 158,3 хлорида калия и 58 г фторида калия (КОН/MeHal=80). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (H2O2/КОН=1,7). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 75 мин выдержанную в растворе КОН с рН 13,0 и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в вакууме при 30-50°С и давлении 0,95 атм. Получают 19,7 кг продукта, содержащего 66,9% KO2, 18,3% КОН, 3,8% H2O, 0,35% MgSO4, 2,3% KCl, 0,35% KF и 8.0% матрицы.To 24.16 l of an aqueous 50% solution of hydrogen peroxide, with continuous stirring, add 77.9 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =655) and after 8 minutes add 158.3 potassium chloride and 58 g of potassium fluoride (KOH/ MeHal=80). Approximately 30 minutes after all the introduced components have been uniformly distributed throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.7) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 75 minutes in a KOH solution with pH 13.0 and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in vacuum at 30-50°C and a pressure of 0.95 atm. 19.7 kg of product are obtained containing 66.9% KO 2 , 18.3% KOH, 3.8% H 2 O, 0.35% MgSO 4 , 2.3% KCl, 0.35% KF and 8.0% matrices.
Пример 6.Example 6.
К 26,3 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 101 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=550) и через 10 минут добавляют 8,5 хлорида лития, 134,1 хлорида калия и 15,7 г фторида калия (КОН/MeHal=110). Примерно через 20 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (H2O2/КОН=1,85). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 70 мин выдержанную в растворе КОН с рН 12,5 и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в потоке осушенного и декарбонизованного воздуха при температуре 220°С. Получают 19,5 кг продукта, содержащего 64,3% KO2, 18,8% КОН, 4,1% H2O, 0,7% MgSO4, 0,5% LiCl, 3,2% KCl, 0,9% KF и 7,5% матрицы.To 26.3 l of an aqueous 50% solution of hydrogen peroxide, with continuous stirring, add 101 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =550) and after 10 minutes add 8.5 lithium chloride, 134.1 potassium chloride and 15.7 g potassium fluoride (KOH/MeHal=110). Approximately 20 minutes after all the introduced components have been uniformly distributed throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.85) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 70 minutes in a KOH solution with pH 12.5 and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in a stream of dried and decarbonized air at a temperature of 220°C. 19.5 kg of product are obtained containing 64.3% KO 2 , 18.8% KOH, 4.1% H 2 O, 0.7% MgSO 4 , 0.5% LiCl, 3.2% KCl, 0. 9% KF and 7.5% matrix.
Пример 7.Example 7.
К 12,0 л водного 85% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 96,5 г сульфата магния (H2O2/MgSO4=510) и через 7 минут добавляют 193,7 г хлорида калия и 63,8 г хлорида лития (КОН/MeHal=61). Примерно через 25 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 15,56 кг твердого 90% гидроксида калия (H2O2/КОН=1,64). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Далее полученный щелочной раствор пероксида водорода аэрозольным напылением равномерно наносят на керамическую матрицу необходимых геометрических размеров, предварительно в течение 85 мин выдержанную в растворе КОН с рН 13,0 и затем промытую дистиллированной водой до нейтрального значения рН и проводят дегидратацию. Дегидратацию жидкой фазы на матрице осуществляют сушкой в потоке осушенного и декарбонизованного воздуха при температуре 190°С. Получают 19,8 кг продукта, содержащего 71,1% KO2, 14,7% КОН, 4,0% H2O, 0,55% MgSO4, 0,25% LiCl, 1,3% KCl и 8,1% матрицы.To 12.0 l of an aqueous 85% solution of hydrogen peroxide, with continuous stirring, add 96.5 g of magnesium sulfate (H 2 O 2 /MgSO 4 =510) and after 7 minutes add 193.7 g of potassium chloride and 63.8 g of lithium chloride (CON/MeHal=61). Approximately 25 minutes after all the introduced components have been uniformly distributed throughout the volume of the liquid phase, 15.56 kg of solid 90% potassium hydroxide (H 2 O 2 /KOH = 1.64) is added. The addition of KOH is carried out in such a way that the temperature of the liquid phase does not exceed 50°C. Next, the resulting alkaline solution of hydrogen peroxide is evenly applied by aerosol spray onto a ceramic matrix of the required geometric dimensions, previously kept for 85 minutes in a KOH solution with pH 13.0 and then washed with distilled water to a neutral pH value and dehydration is carried out. Dehydration of the liquid phase on the matrix is carried out by drying in a stream of dried and decarbonized air at a temperature of 190°C. 19.8 kg of product are obtained containing 71.1% KO 2 , 14.7% KOH, 4.0% H 2 O, 0.55% MgSO 4 , 0.25% LiCl, 1.3% KCl and 8, 1% matrix.
Продукт для химической регенерации воздуха, полученный по заявляемому способу, был испытан в патроне дымозащитного капюшона (ДЗК) членов экипажа воздушных судов гражданской авиации по программе, полностью воспроизводящей его эксплуатацию на борту авиалайнера. ДЗК является штатной единицей кислородной системы авиалайнеров МС 21 и SSJNEW.The product for chemical air regeneration, obtained by the claimed method, was tested in the cartridge of a smoke-protective hood (SHC) of civil aviation crew members under a program that fully reproduces its operation on board an airliner. The DZK is a standard unit of the oxygen system of the MC 21 and SSJNEW airliners.
На первом этапе ДЗК подвергали вибрационным нагрузкам (согласно Авиационным правилам (АП - 25, пп. 25.303; 25.561), введенных в действие приказом №48 от 05.07.94 г. Министерства транспорта РФ), имитирующим длительную эксплуатацию изделий в составе КС бортов гражданской авиации, а также согласно квалификационным требованиям КТ-160G/14G раздел 8 (вибрация). После проведения вибрационных нагрузок часть ДЗК была расснаряжена для анализа состояния продукта для регенерации воздуха и количества образовавшейся мелкодисперсной фракции, определявшейся гравиметрически.At the first stage, the spare parts were subjected to vibration loads (according to the Aviation Rules (AP - 25, paragraphs 25.303; 25.561), put into effect by Order No. 48 of 07/05/94 of the Ministry of Transport of the Russian Federation), simulating long-term operation of products as part of the CS on board civil aviation , as well as in accordance with the qualification requirements KT-160G/14G section 8 (vibration). After carrying out vibration loads, part of the spare valve was unloaded to analyze the state of the product for air regeneration and the amount of finely dispersed fraction formed, which was determined gravimetrically.
Вторая часть ДЗК бала испытана на установке "Искусственные легкие" (ИЛ). Испытания на ИЛ проводили при следующих условиях, имитирующих условия эксплуатации ДЗК в нештатной ситуации на борту авиалайнера:The second part of the DZK ball was tested on the “Artificial Lungs” (IL) installation. Tests on the IL were carried out under the following conditions, simulating the operating conditions of the spare valve in an emergency situation on board an airliner:
Объемы кислорода и диоксида углерода указаны при 10°С и 101,3 кПа, легочная вентиляция - при 37°С и 101,3 кПа. Время защитного действия (ВЗД) определяли, как время от начала работы ДЗК до того момента, когда концентрация CO2 в потоке газо-воздушной смеси на линии "вдоха" установки "ИЛ" достигала 3%. Для сравнения с продуктами для регенерации воздуха, полученными заявляемым способом (примеры 1-7), в тех же условиях был испытан продукт для регенерации воздуха, изготовленный по методике, описанной в примере 2 патента РФ №2561412, МПК A62D 9/00, 2015 г. Для всех образцов были проведены пять последовательных экспериментов. ДЗК после испытаний были расснаряжены для анализа отработанного продукта для регенерации воздуха. Коэффициент регенерации определяли, как отношение объема выделившегося кислорода к объему поглощенного диоксида углерода в единицу времени. В таблице представлены средние значения данного параметра в течение эксплуатации продукта для регенерации воздуха в патроне ИДА. Известно, что постоянное нахождение коэффициента регенерации в пределах 1,4÷1,6 на протяжении всего времени работы продукта для регенерации воздуха - один из критериев, указывающих на максимальное использование ресурса продукта [Вольнов И.И. Перекисные соединения щелочных металлов. М.: Наука 1980, 161 с.]. Кроме того, отработанный продукт для регенерации воздуха, полученный по примеру 4 и извлеченный из патрона ДЗК, был промыт дистиллированной водой. При этом произошло полное отделение продуктов реакции от керамической матрицы, которая была повторно использована для синтеза продукта для регенерации воздуха по методике, описанной в примере 4, и были также проведены испытания в ДЗК.The volumes of oxygen and carbon dioxide are indicated at 10°C and 101.3 kPa, pulmonary ventilation - at 37°C and 101.3 kPa. The protective action time (PAT) was determined as the time from the start of operation of the spare valve until the moment when the concentration of CO 2 in the flow of the gas-air mixture on the “inhalation” line of the “IL” installation reached 3%. For comparison with products for air regeneration obtained by the claimed method (examples 1-7), a product for air regeneration, manufactured according to the method described in example 2 of RF patent No. 2561412, IPC A62D 9/00, 2015, was tested under the same conditions Five consecutive experiments were carried out for all samples. After the tests, the spare parts were disarmed to analyze the spent product for air regeneration. The regeneration coefficient was determined as the ratio of the volume of released oxygen to the volume of absorbed carbon dioxide per unit time. The table shows the average values of this parameter during the operation of the product for air regeneration in the IDA cartridge. It is known that the constant presence of the regeneration coefficient within the range of 1.4÷1.6 throughout the entire operating time of the product for air regeneration is one of the criteria indicating the maximum use of the product resource [Volnov I.I. Peroxide compounds of alkali metals. M.: Nauka 1980, 161 pp.]. In addition, the spent product for air regeneration, obtained according to example 4 and extracted from the spare valve cartridge, was washed with distilled water. In this case, the reaction products were completely separated from the ceramic matrix, which was reused for the synthesis of the product for air regeneration according to the method described in example 4, and tests were also carried out in the DZK.
Результаты испытаний продуктов представлены в таблице. В таблице так же представлены испытания ДЗК, снаряженного продуктом для регенерации воздуха, полученным при повторном использовании матрицы (пример 8).Product test results are presented in the table. The table also shows tests of the spare valve equipped with an air regeneration product obtained by reusing the matrix (example 8).
Как видно из представленных в таблице данных, продукт для регенерации воздуха, полученный по заявленному способу, более устойчив к высокочастотному вибрационному воздействию, возникающему при его эксплуатации в системах СЖО пилотируемых летательных аппаратов. За счет этого по таким важным эксплуатационным характеристикам, как время защитного действия и степень отработки по кислороду и диоксиду углерода, полученный продукт превосходит аналогичные показатели продукта по патенту РФ РФ №2561412, МПК A62D 9/00, 2015 г. Коэффициент регенерации продукта для регенерации воздуха, полученного по заявленному способу, практически не меняется на протяжении всего времени работы изделия и имеет значение, близкое к оптимальному, в то время как для продукта по патенту РФ №2561412 данный параметр превосходит оптимальное значение, т.е. имеет место недостаточно рациональное использование ресурса продукта (избыточное выделение кислорода).As can be seen from the data presented in the table, the product for air regeneration obtained by the claimed method is more resistant to high-frequency vibration effects that occur during its operation in the life-support systems of manned aircraft. Due to this, in such important performance characteristics as protective action time and the degree of recovery for oxygen and carbon dioxide, the resulting product exceeds similar indicators of the product according to the RF patent No. 2561412, IPC A62D 9/00, 2015. Product regeneration coefficient for air regeneration , obtained by the claimed method, practically does not change throughout the entire operating time of the product and has a value close to the optimal one, while for the product according to RF patent No. 2561412 this parameter exceeds the optimal value, i.e. there is insufficient rational use of the product resource (excessive oxygen release).
Кроме того, при эксплуатации полученного по заявленному способу продукта для регенерации воздуха в системах жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов возможно повторное использование керамической матрицы. Это приводит к повышению экономичности при его эксплуатации в системах СЖО и уменьшает негативную нагрузку на окружающую среду при его утилизации.In addition, when using the product obtained by the claimed method for air regeneration in life support systems of manned aircraft, it is possible to reuse the ceramic matrix. This leads to increased efficiency during its operation in life-support systems and reduces the negative impact on the environment during its disposal.
Перечисленные выше позитивные аспекты, связанные с процессом хемосорбции диоксида углерода в системах жизнеобеспечения пилотируемых летательных аппаратов, обусловлены наличием в полученном продукте для регенерации воздуха керамической матрицы и способом нанесения на нее хемосорбента. Это позволяет минимизировать негативные эффекты, возникающие при эксплуатации продукта в системах СЖО.The positive aspects listed above associated with the process of chemisorption of carbon dioxide in the life support systems of manned aircraft are due to the presence of a ceramic matrix in the resulting air regeneration product and the method of applying a chemisorbent to it. This allows us to minimize the negative effects that arise when using the product in life-support systems.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810279C1 true RU2810279C1 (en) | 2023-12-25 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB450377A (en) * | 1934-10-12 | 1936-07-16 | George Francois Jaubert | Improvements in or relating to the preparation of a product for the regeneration of air for closed-circuit respiratory apparatus |
| CN101437601A (en) * | 2006-03-09 | 2009-05-20 | 巴斯夫欧洲公司 | Closed reversible breathing apparatus having a metal organic framework |
| WO2012018870A1 (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-09 | Battle Memorial Institute | Co2 sorbent composition with o2 co-generation |
| RU2561412C1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-08-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Method for obtaining product for air regeneration |
| RU2669857C1 (en) * | 2017-12-13 | 2018-10-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method of obtaining product for air regeneration |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB450377A (en) * | 1934-10-12 | 1936-07-16 | George Francois Jaubert | Improvements in or relating to the preparation of a product for the regeneration of air for closed-circuit respiratory apparatus |
| CN101437601A (en) * | 2006-03-09 | 2009-05-20 | 巴斯夫欧洲公司 | Closed reversible breathing apparatus having a metal organic framework |
| WO2012018870A1 (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-09 | Battle Memorial Institute | Co2 sorbent composition with o2 co-generation |
| RU2561412C1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-08-27 | Открытое акционерное общество "Корпорация "Росхимзащита" (ОАО "Корпорация "Росхимзащита") | Method for obtaining product for air regeneration |
| RU2669857C1 (en) * | 2017-12-13 | 2018-10-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") | Method of obtaining product for air regeneration |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4963327A (en) | Oxygen generating module | |
| GB2013102A (en) | A filter material and its manufacture | |
| US6069291A (en) | Catalytic process for the decomposition of perfluoroalkanes | |
| US5034367A (en) | Supported catalysts for decomposing ozone, method of producing such catalysts and method of catalytically decomposing ozone | |
| Okunev et al. | Sorption of carbon dioxide from wet gases by K2CO3-in-porous matrix: Influence of the matrix nature | |
| JPS6176469A (en) | Manufacture of ethylene oxide | |
| WO1997040932A1 (en) | Catalyst carrier | |
| EP0090563A2 (en) | Sorbent material | |
| RU2810279C1 (en) | Method for obtaining product for chemical air regeneration in life support systems of manned aircrafts | |
| EP0485322B1 (en) | Flat sheet CO2 sorbent | |
| JP2001510729A (en) | Silicon carbide foam with large specific surface area and improved mechanical properties | |
| Lodewyckx et al. | The influence of humidity on the overall mass transfer coefficient of the Wheeler-Jonas equation | |
| JPS602086B2 (en) | How to remove carbon dioxide | |
| JP4429606B2 (en) | Sublimation of solid organic compounds onto substrate surface in the presence of fluid impregnating agent | |
| US1947381A (en) | Refrigeration process and adsorbents therefor | |
| CN113426429B (en) | Preparation method of dechlorinating agent | |
| RU2765943C1 (en) | Method of producing ceramic highly porous block-cellular regenerative materials | |
| US1441696A (en) | Absorbent for gases | |
| RU2154525C1 (en) | Respiratory organs' protection adsorbent | |
| RU2599664C1 (en) | Method of producing structured regenerative product | |
| CN103180025B (en) | For consuming equipment and the method for sour gas from admixture of gas | |
| GB2141349A (en) | Breathing apparatus | |
| RU2325205C2 (en) | Production method for air regeneration | |
| RU2236901C1 (en) | Gas mask adsorbent | |
| Tovar et al. | Supported lithium hydroxide for carbon dioxide adsorption in water-saturated environments |