СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В ОБИТАЕМОМ ОТСЕКЕ ОБЪЕКТА КОЛЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 1997 года по МПК A62B11/00 B01D53/14 A61L9/00 

Изобретение относится к способам очистки воздуха в помещениях, а именно к способам регенерации воздуха в герметично закрытых объектах коллективной защиты, посредством восстановления физического и химического состава воздуха в обитаемом отсеке при длительном нахождении в нем укрываемого личного состава.

Известны способы, основанные на улучшении физического состава воздуха в помещении посредством охлаждения и осушки воздуха перед подачей в обитаемый отсек [1]
Известен также способ регенерации воздуха в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты [2] Он обеспечивает восстановление и поддержание необходимого для дыхания состава воздуха по кислороду O₂ и двуокиси углерода CO₂ в обитаемых отсеках войсковых убежищ.

Способ основан на использовании для регенерации воздуха пластины из кислородсодержащего вещества, включающего в свой состав элементы первой группы (надперекись калия KO₂ или надперекись натрия NaO₂). Вещество регенеративных пластин, обладающее сильными щелочными и окислительными свойствами, вступает в химическую реакцию с двуокисью углерода и парами воды, находящимися в регенирируемом воздухе, в результате из пластин выделяется кислород:

Обе реакции протекают на границах твердой и газообразной фаз и являются экзотермическими. Это, с одной стороны, способствует возникновению естественной конвекции регенерируемого воздуха, а с другой, увеличивает теплоизбытки (от 50 до 150 ккал/ч) и повышает влажность в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты.

Недостатками известного способа регенерации воздуха являются:
ухудшение температурно-влажностного режима за время регенерации воздуха в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты (температура повышается до 50-80^oC, а влажность 65-75% ), при этом укрываемый личный состав начинает испытывать чувство духоты, самочувствие его ухудшается;
понижение работоспособности личного состава в связи с возникающими дискомфортными условиями;
на реагирующей поверхности регенеративного вещества образуется жесткая корка карбоната (K₂CO₃ или Na₂CO₃), что тормозит протекание реакции и приводит к неполному использованию (только 80%) исходного вещества;
ограничено время регенеративного действия, а также ограничен срок хранения регенеративного вещества (оно обладает сильными щелочными и окислительными свойствами, поэтому требует периодической замены);
используемое регенеративное вещество взрывоопасно и пожароопасно, что влечет за собой дополнительные затраты по обеспечению безопасности его хранения и эксплуатации.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому способу регенерации воздуха является способ очистки воздуха от двуокиси углерода, реализованный в системе регенерации атмосферы в замкнутом объеме [3]
Данный способ заключается в том, что двуокись углерода CO₂ связывают щелочным раствором элементов первой группы в гетерогенной среде газ-жидкость. Процесс связывания двуокиси углерода проводят следующим образом: в абсорбер насосом подают щелочной раствор элементов первой группы и через него прокачивают воздух с повышенным содержанием CO₂. При этом создается гетерогенная среда газ-жидкость, а в абсорбере происходят реакции между постоянно подаваемой щелочью и двуокисью углерода, в результате происходит выделение кислорода O₂.

Однако указанный способ очистки воздуха от двуокиси углерода (и реализующая его система регенерации атмосферы в замкнутом объеме) обладает рядом существенных недостатков: ограничена поверхность контакта реагирующих сред, что исключает полноту протекания процесса хемосорбции; ухудшается влажностный режим в объектах коллективной защиты, так как не удаляются избытки влаги (паров воды) из обитаемого отсека объекта коллективной защиты, что снижает работоспособность и ухудшает физическое и психологическое состояние укрываемого личного состава при длительном нахождении в убежище, а также создает возможность попадания в воздушную среду обитаемого отсека вместе с капельками воды щелочного раствора из абсорбера; принцип, на котором основан указанный способ, требует постоянной замены хемосорбента щелочного раствора элементов первой группы, так как при определенных условиях (при подаче избыточных концентраций двуокиси углерода CO₂ в условиях длительного нахождения личного состава в убежище) в незаменяемом щелочном растворе образуются кислые растворимые соли гидрокарбонаты, что приводит к ухудшению процесса очистки воздуха от двуокиси углерода.

Технический результат предлагаемого способа очистки воздуха от двуокиси углерода в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты заключается в повышении эффективности очистки воздуха в замкнутых объемах объектов коллективной защиты, в создании оптимальных условий для работы личного состава, находящегося в объектах коллективной защиты, без ухудшения физических факторов среды обитания.

Технический результат достигается тем, что забираемый из обитаемого отсека защитного сооружения воздух с повышенной концентрацией двуокиси углерода CO₂ пропускают через слабый щелочной раствор элементов второй группы с добавлением кристаллизаторов, предотвращающих образование кислых растворимых солей гидрокарбонатов, а затем пропускают через металлизированную шихту, расположенную над щелочным раствором, задерживая вынесенные напором воздуха из раствора капельки щелочи и связывая при этом двуокись углерода неуспевшую прореагировать в растворе. Реакцию связывания двуокиси углерода проводят с выделением осадка нерастворимых солей (карбонатов). Воздух, пропущенный через слабый щелочной раствор элементов второй группы с кристаллизатором и металлизированную шихту (медную стружку), осушают и охлаждают для удаления паров воды и капелек щелочного раствора, не задержанных шихтой, а потом подают в обитаемый отсек объекта коллективной защиты.

Таким образом, отличительные признаки изобретения:
а) химическую реакцию связывания двуокиси углерода щелочным раствором элементов второй группы (например, кальция) ведут в присутствии кристаллизатора твердых частиц карбонатов, предотвращая образование кислых растворимых солей;
б) над поверхностью щелочного раствора для увеличения площади контакта фаз располагают металлизированную шихту (медную стружку), в которой связывают неуспевшую прореагировать в растворе двуокись углерода CO₂ капельками щелочи, вынесенную в шихту напором воздуха, пропущенного через этот раствор;
в) осушение и охлаждение воздуха ведет не только к улучшению его физических характеристик (температуры и влажности), но и удалению из воздуха капелек щелочного раствора, не задержанных металлизированной шихтой.

В результате снижается избыточная концентрация токсичной двуокиси углерода CO₂, а также устраняется вероятность попадания в воздушную среду обитаемого отсека капелек щелочного раствора при одновременном улучшении физических характеристик (снижение температуры и влажности) очищенного воздуха. Следовательно, улучшаются условия жизнедеятельности личного состава при длительном нахождении в убежище.

Пример. Через раствор щелочи Ca(OH)₂ с добавленным в него кристаллизатором CaCO₃ (твердыми частицами меловой крошки) по барботажным трубам пропускают забираемый из обитаемого отсека воздух с повышенным содержанием двуокиси углерода и избыточной влажностью. В результате процесса барботирования образуют генерогенную среду газ-жидкость, а наличие кристаллизатора твердых частиц карбонатов (например, меловой крошки) -препятствует образованию в растворе кислых растворимых солей - гидрокарбонатов
CaCO₃ + H₂O + CO₂ Ca(HCO₃)₂
в результате двуокись углерода находится в равновесии с насыщенным раствором карбонатов. Поэтому в генерогенной среде газ-жидкость при комнатной температуре протекает необратимая химическая реакция с образованием осадка
CO₂ + Ca(OH)₂ CaCO₃ + H₂O,
по мере накопления образовавшийся осадок оседает. Раствор щелочи элементов второй группы под действием барботажа постоянно смачивает слой металлизированной шихты (медной стружки), расположенной над раствором. Неуспевшие прореагировать в растворе молекулы двуокиси углерода и капелек щелочного раствора, осевших на поверхности медной стружки, вступают в реакцию друг с другом (медь стружки в реакции участия не принимает). При этом на металлизированной шихте оседает, конденсируясь, часть паров влаги.

Очищенный от двуокиси углерода воздух осушают (от паров воды и капелек щелочного раствора, не захваченных шихтой) и охлаждают, а затем подают в обитаемый отсек объекта коллективной защиты.

Использование предложенного изобретения позволит:
исключить практически полностью вредное влияние двуокиси углерода на длительность пребывания в объекте коллективной защиты личного состава в условиях полной изоляции;
повысить эффективность очистки воздуха в обитаемом отсеке;
уменьшить затраты на эксплуатацию и содержание систем воздухоснабжения объекта коллективной защиты;
уменьшить количество хранимого в убежищах хемосорбента, т.е. не потребуется постоянной замены необходимого для реакции связывания двуокиси углерода щелочного раствора элементов второй группы;
обеспечить поддержание нормального температурно-влажностного режима в обитаемом отсеке убежища, предотвращая при этом попадание в воздушную среду отсека капелек щелочного раствора, тем самым повышая безопасность процесса очистки воздуха;
обеспечить поддержание химического состава воздуха в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты на протяжении длительного периода времени в пределах, соответствующих требованиям к факторам обитаемости.

Использование: в способах очистки воздуха в помещениях, а именно в способах регенерации воздуха в герметично закрытых объектах коллективной защиты. Сущность изобретения: основан на связывании двуокиси углерода щелочным раствором элементов второй группы. В способе очистки воздуха химическую реакцию связывания двуокиси углерода щелочным раствором элементов второй группы проводят в абсорбере в присутствии кристаллизатора - твердых частиц карбонатов, а над поверхностью раствора располагают металлизированную шихту, например, медную стружку, при этом на поверхности шихты осаждают капельки барботируемого воздухом щелочного раствора, которым связывают неуспевшую прореагировать в растворе двуокись углерода, после этого обогащенный кислородом воздух осушают и охлаждают. В результате повышается эффективность очистки воздуха в замкнутых объемах объектов коллективной защиты, создаются оптимальные условия для работы людей, находящихся в объектах коллективной защиты без ухудшения физических факторов среды обитания. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ очистки воздуха от двуокиси углерода в обитаемом отсеке объекта коллективной защиты путем абсорбции двуокиси углерода щелочным раствором, охлаждения очищенного воздуха с последующей подачей обогащенного кислородом воздуха в обитаемый отсек объекта, отличающийся тем, что абсорбцию двуокиси углерода проводят щелочным раствором элементов второй группы в присутствии кристаллизатора, представляющего собой твердые частицы карбонатов, при этом над поверхностью раствора располагают металлизированную шихту для осаждения капелек барбатируемого воздухом щелочного раствора, которым связывают неуспевшую прореагировать в растворе двуокись углерода, а перед охлаждением его осушают. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве металлизированной шихты используют медную стружку.