СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКТА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА Российский патент 2011 года по МПК A62D9/00 

Изобретение относится к способам получения продуктов для регенерации воздуха, используемых как в коллективных системах регенерации воздуха, так и в и индивидуальных дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде.

Практически все известные на сегодня продукты для химической регенерации воздуха имеют в качестве основы перекисные соединения щелочных или щелочноземельных металлов. Наиболее часто в качестве основного компонента данных продуктов используется надпероксид калия (КO₂).

Продукты для регенерации воздуха можно получать двумя принципиально отличающимися способами. Первая группа способов заключается в механическом смешении необходимых компонентов и последующем формовании полученной шихты в насадки различной формы (блоки, гранулы, таблетки и др.). Основным недостатком данных способов является высокая трудоемкость и практическая невозможность равномерного распределения исходных компонентов по всему объему продукта (большая массовая разница основы и различных добавок, различный дисперсионный состав и агдезионные свойства компонентов и др.) и, как следствие, невозможность получения продукта со стабильными на протяжении всего времени его эксплуатации характеристиками (выделение необходимого для дыхания кислорода и поглощение выделяемого человеком диоксида углерода).

Вторая группа способов получения продуктов для регенерации воздуха заключается в смешении исходных компонентов в жидкой фазе (в качестве исходных компонентов, как правило, используют растворы пероксида водорода, гидроксиды щелочных или щелочноземельных металлов и различные добавки, оптимизирующие работу регенеративных продуктов в конечном изделии) и ее дальнейшей дегидратации, причем последняя может сопровождаться химическими реакциями. Такой прием позволяет равномерно распределять компоненты по всему объему получаемого продукта фактически на молекулярном уровне. Полученную таким образом в одну стадию шихту затем так же формуют в насадки различной формы.

Известен способ получения продукта для регенерации воздуха, содержащего надпероксид калия, гидроксид калия, воду, карбонат калия и пероксид щелочноземельного металла [патент РФ №2210417, МПК А62D 9/00, 2003 г.], заключающийся в механическом смешении компонентов и дальнейшем прессовании полученной шихты в насадки различной формы. Помимо недостатков, указанных выше для всех продуктов для регенерации воздуха, получаемых механическим смешением исходных компонентов и дальнейшим формованием полученной шихты, можно отметить два основных недостатка предложенного продукта. Во-первых, химическую индифферентность карбоната калия, выступающего в качестве структурообразующей добавки, к диоксиду углерода и другим продуктам жизнедеятельности человеческого организма кислотного характера. Это приводит к снижению стехиометрической емкости данного продукта по кислороду и диоксиду углерода и как следствие этого - увеличение массогабаритных характеристик изделия. Во-вторых, вследствие образования гидратов карбоната калия (особенно при отрицательных температурах) затруднена начальная разработка изделия, снаряженного регенеративным продуктом указанного выше состава.

Известен способ регенерации воздуха, согласно которому смесь надпероксида калия (КО₂) в количестве до 80% весовых и пероксида натрия (Nа₂O₂) в количестве до 20% весовых формуют в виде таблеток, которые помещают в воду [патент США №3502429, НКИ 23-4, 1970 г.]. Выделяющийся при этом кислород используется для дыхания человека, а выдыхаемый углекислый газ поглощается за счет барботажа через образующийся при растворении перекисных соединений щелочной раствор. Однако из практики регенерации воздуха хорошо известно, что раздельная схема регенерации, т.е. когда процессы поглощения диоксида углерода и выделения кислорода осуществляются различными химическими соединениями, приводит к увеличению массогабаритных характеристик изделия примерно на 15%.

Известен способ получения продукта для регенерации воздуха [патент США №2160542, НКИ 23-6, 1933 г.], по которому перекись натрия, измельченную до состояния мельчайшей пудры, смешивают с октагидратом перекиси натрия в четыреххлористом углероде (также можно использовать дихлорэтан, хлористый метилен, треххлористый этилен и др.), который затем удаляют испарением в вакууме. В качестве катализатора рекомендуется использовать оксихлорид меди СuCl₂·3СuO·3Н₂О. Полученную шихту формуют в виде таблеток на теблетмашине.

Однако продукт для регенерации воздуха, полученный по предложенному способу не только сложно производить, но использование в его производстве веществ типа четыреххлористого углерода представляет собой угрозу для здоровья обслуживающего персонала. Кроме того, продукт для регенерации воздуха предложенного состава имеет невысокие стехиометрические емкости по кислороду и диоксиду углерода.

Известен способ получения продукта для регенерации воздуха [патент Франции №2521034, МПК B01J 20/04, 1983 г., патент Франции №2175652, МПК А62D 9/00, 1973 г.], по которому его основу - надпероксид калия получают путем взаимодействия водных растворов пероксида водорода и гидроксида калия. Полученный щелочной раствор пероксида водорода распыляют на поверхность вращающегося металлического барабана при температуре около 160°С, где происходит его дегидратация и диспропорционирование промежуточного аддукта - дипероксогидрата пероксида калия К₂О₂·2Н₂O₂. Образующийся целевой продукт удаляется с помощью скребка. Конечный продукт содержит до 85% КO₂, до 15% КОН и до 5% Н₂О. Полученный продукт смешивают с оксидом кальция в смесителе сыпучих материалов. Полученную шихту формуют в виде пластин, таблеток и др.

Недостатком способа является высокая трудоемкость, обусловленная необходимостью проведения процесса при тщательно контролируемой температуре, и невысокая производительность.

Следует особо отметить, что при работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата регенеративного продукта данного состава за счет экзотермической реакции 1 между оксидом кальция и водой

значительно увеличивается температура газовоздушной смеси, циркулирующей в системе, а плавление продуктов химического взаимодействия приводит к возрастанию аэродинамического сопротивления дыханию человека. Это не только создает существенные трудности для пользователя изолирующих дыхательных аппаратов, но и в случае получения травмы при чрезвычайной ситуации (ушиб грудной клетки и т.д.) может привести к гибели человека.

Наиболее близким к заявляемому способу получения продукта для регенерации воздуха является способ получения продукта для регенерации воздуха [патент РФ №2325205, МПК А62D 9/00, 2008 г.], по которому продукт получают путем взаимодействия растворов пероксида водорода и гидроксида калия с последующей дегидратацией полученного щелочного раствора пероксида водорода распылением в токе сушильного агента при температуре 120-300°С. В качестве сушильного агента используют сухой декарбонизованный газ (например, воздух, азот и др.). При этом используется раствор пероксида водорода концентрацией от 30 до 85% и раствор гидроксида калия с концентрацией 50-60% или твердый КОН. Мольное соотношение Н₂O₂/КОН=1,5÷2,0. Перед дегидратацией полученного путем взаимодействия Н₂O₂ и КОН щелочного раствора пероксида водорода в него вводят в виде суспензии или в твердом виде гидроксид кальция при мольном соотношении Н₂O₂/Са(ОН)₂=1,0÷3,0.

Конечный продукт содержит 50-85% весовых надпероксида калия, 3-20% весовых гидроксида калия, 1-8% весовых воды, 0,5-20% весовых пероксида кальция и 0,5-15% весовых гидроксида кальция.

Полученный описанным способом продукт для регенерации воздуха при его эксплуатации в патроне изолирующего дыхательного аппарата обеспечивает более высокие параметры основных эксплуатационных характеристик, нежели его аналоги.

Однако данный способ получения продукта для регенерации воздуха имеет существенный недостаток - высокие нормы расхода исходного сырья (пероксида водорода) на единицу конечной продукции при его реализации в промышленном масштабе. Это происходит за счет того, что при длительном использовании в реальном производственном цикле (не менее 8 часов) щелочной раствор пероксида водорода меняет свой химический состав из-за гетерогенного разложения Н₂О₂ на стенках реакционных емкостей, трубопроводах и т.д., контактирующих с жидкой фазой, и гомогенного разложения пероксида водорода, катализируемого присутствующими в растворе ионами [У.Шамб, Ч.Сеттерфилд, Р.Вентворс. Перекись водорода. - М.: Иностранная литература. 1958. 578 с.]. Причем основной вклад в гетерогенную составляющую распада пероксида водорода вносит процесс его каталитического распада на довольно развитой поверхности твердой фазы, присутствующей в системе и представляющей смесь не до конца растворенного гидроксида кальция, которого вводят в количестве большем, нежели его может раствориться в жидкой фазе системы, и гидратов пероксида кальция, кристаллизующихся из жидкой фазы рассматриваемой системы в температурном интервале от 0 до 50°С [И.И.Вольнов. Перекисные соединения щелочноземельных металлов. - М.: Наука, 1983. С.62].

Каталитический распад Н₂О₂ приводит к снижению содержания основного компонента (надпероксида калия) в продукте для регенерации воздуха, что, в свою очередь, негативно сказывается на его основных потребительских характеристиках. С целью получения продукта для регенерации воздуха с максимальным содержанием основного компонента необходимо при снижении концентрации пероксида водорода в исходном растворе ниже предельно допустимого значения (индивидуального для каждой системы, но не меньше стехиометрического соотношения основных исходных компонентов - КОН и H₂O₂) довести его концентрацию до первоначального значения. Необходимость данной технологической операции ведет не только к дополнительному расходу исходного сырья (H₂O₂), но и повышает энергозатраты процесса в целом вследствие необходимости удалять на стадии дегидратации большее количество воды (которая вводится в систему как при добавлении растворов пероксида водорода, так и образуется при его разложении).

Следует также отметить, что при распаде пероксида водорода выделяется атомарный кислород - один из наиболее сильных окислителей, что при разложении существенных количеств H_zO₂ создает дополнительную угрозу возникновения «кислородного» пожара, устранить который практически невозможно.

Задачей изобретения является повышение экономичности и безопасности процесса.

Технический результат заключается в снижении затрат исходного сырья (H₂O₂) и энергии на получение единицы конечной продукции.

Дополнительным техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик продукта для регенерации воздуха.

Технический результат достигается тем, что в способе получения продукта для регенерации воздуха, включающем взаимодействие пероксида водорода и гидроксида калия с последующей дегидратацией полученного щелочного раствора пероксида водорода распылением его в токе сушильного агента, в исходный раствор пероксида водорода перед добавлением гидроксида калия последовательно вводят сульфат магния и гидроксид натрия при мольном соотношении пероксида водорода и добавляемого компонента, равном:

пероксид водорода/сульфат магния 492-650; пероксид водорода/гидроксид натрия 8,0-58,0.

Гидроксид калия вводят в раствор пероксида водорода при мольном соотношении (Н₂O₂/КОН)=1,60-1,88.

Последовательное ведение в раствор пероксида водорода сульфата магния и гидроксида натрия перед добавлением гидроксида калия обеспечивают практическое постоянство химического состава исходного щелочного раствора на протяжении до 20 часов и дает возможность использовать для синтеза в качестве исходных компонентов высококонцентрированные растворы пероксида водорода и твердый гидроксид калия. Это позволяет не только снизить расход пероксида водорода на получение единицы целевого продукта и повысить в нем содержание основного вещества (перекисного соединения металла), но и снизить расход энергии, необходимой для перевода воды из жидкой фазы в газообразную при дегидратации исходного щелочного раствора пероксида водорода.

Из практики работы с различными растворами пероксида водорода известно [Г.А.Серышев. Химия и технология перекиси водорода. - Л.: Химия, 1984. С.182], что механизм снижения кинетики распада пероксида водорода в различных растворах неизвестен. Поэтому сложно однозначно оценить влияние того или иного иона или их ассоциатов (а также их концентрационное влияние), содержащихся в многокомпонентном растворе, на поведение системы в целом. Поиск необходимой композиции веществ для снижения кинетики распада пероксида водорода каждой конкретной системы - задача, которая решается только эмпирическим путем. Причем здесь играет важную роль не только качественный и количественный состав присутствующих в системе ионов, но и порядок их введения в раствор. На основании проведенных экспериментов было отмечено, что для снижения кинетики распада исходного щелочного пероксида водорода при синтезе надпероксида калия указанным способом должен соблюдаться следующий порядок введения компонентов. Вначале к исходному пероксиду водорода добавляется в необходимом количестве сульфат магния, после его полного растворения - гидроксид натрия. Гидроксид калия вводят в систему примерно через 30 минут после добавления гидроксида натрия, т.е. когда введенные в жидкую фазу ионы, обеспечивающие снижение кинетики распада пероксида водорода, достаточно равномерно распределятся по всему объему раствора. Добавление всех указанных компонентов проводят при интенсивном механическом перемешивании жидкой фазы.

Кроме того, поскольку получаемый по предлагаемому изобретению продукт в дальнейшем используется в технике регенерации воздуха, желательно уже на стадии приготовления исходных растворов вводить в их состав необходимое количество компонентов, выполняющих роль добавок, способствующих оптимизации их работы. Эту функцию может выполнять образующийся в ходе синтеза пероксид натрия.

Введение в состав продукта пероксида натрия, образующегося в ходе синтеза, увеличивает суммарную стехиометрическую емкость по диоксиду углерода (надпероксид калия - основной компонент регенеративных продуктов - имеет стехиометрическую емкость диоксиду углерода 157 л/кг, а пероксид натрия -287 л/кг соответственно), что приводит к увеличению времени защитного действия изделия в целом при неизменности его массогабаритных характеристик.

Следует отметить, что в заявляемом изобретении все компоненты продукта для регенерации воздуха вводятся в состав жидкой фазы или образуются в ходе синтеза, т.е. равномерно распределены по всему объему практически на молекулярном уровне (чего принципиально невозможно добиться механическим смешением компонентов), что обеспечивает равномерную работу продукта в изделии на протяжении всего времени эксплуатации.

Способ получения продукта для 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, гидроксид натрия и гидроксид калия. Причем гидроксид калия вводят в систему не менее чем через 30 минут после введения гидроксида натрия. Мольное соотношение исходных компонентов должно составлять следующие величины: пероксид водорода/сульфат магния (H₂O₂/MgSO₄)=492-650; пероксид водорода/гидроксид натрия (H₂O₂/NaOH)=8,0-58,0; пероксид водорода/гидроксид калия (H₂O₂/KOH)=1,60-1,88. Для снижения кинетики процесса распада пероксида водорода добавление гидроксидов натрия и калия проводят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. Полученный щелочной раствор пероксида водорода на протяжении всего технологического цикла (8 часов) хранят в темном месте при температуре не выше 25°С и через определенные интервалы времени проводят анализы по определению активного кислорода в жидкой фазе, т.е. определяют потерю системой активного кислорода. Потеря жидкой фазой активного кислорода характеризует распад пероксида водорода, который легко рассчитывается на основании уравнения реакции 2.

При снижении данного показателя более чем на 0,5% массовых в жидкую фазу вводят пероксид водорода в количестве, необходимом для достижения первоначального значения. Далее щелочной раствор пероксида водорода диспергируют форсункой в сушильную камеру в прямотоке предварительно декарбонизированного сушильного агента, где происходит его дегидратация. Используется типовая сушильная камера с форсункой. В качестве сушильного агента используют воздух или любой инертный газ, например азот. Декарбонизация сушильного агента проводится с помощью любого поглотителя диоксида углерода. Для уменьшения расхода сушильного агента его предварительно можно обезвоживать, пропуская через регенерируемые поглотители воды типа цеолита, силикагеля и др. Температуру сушильного агента варьируют в пределах от 120 до 300°С (предпочтительно 180-230°С). По окончании дегидратации твердый продукт отделяют от газовой смеси с помощью обычного батарейного циклона и рукавного фильтра и собирают в специальный контейнер.

В примерах 1-6 и в Таблице 1 приведены данные о получении заявляемым способом продукта для регенерации воздуха в течение 8 часов, т.е. в течение производственной смены. Пример 7 описывает получение продукта для регенерации по патенту РФ №2325205, МПК А62D 9/00, 2008 г. в тождественных производственных условиях.

Пример 1.

К 49,43 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 212 г сульфата магния (H₂O₂/MgSO₄=492), 667 г 90% гидроксида натрия (H₂O₂/NaOH=58). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 31,1 кг твердого 90% гидроксида калия (H₂O₂/KOH=1,74). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 220°С. Расход раствора через форсунку составляет 145 мл/мин. Расход сушильного агента 960 кг/час. Получают 32,9 кг продукта, содержащего 77,0% КO₂, 20,2% КОН, 1,27% Na₂O₂, 0,43% NaOH, 6,0% Н₂О и 0,6% MgSO₄. При этом в процессе синтеза было испарено 44,37 кг воды, на что потребовалось затратить 1,086-10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 334 л.

Пример 2.

К 47,73 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 201 г сульфата магния (H₂O₂/MgSO₄=525), 1,78 кг 90% гидроксида натрия (H₂O₂/NaOH=21). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 31,1 кг твердого 90% гидроксида калия (Н₂O₂/КОН=1,68). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 210°С. Расход раствора через форсунку составляет 145 мл/мин. Расход сушильного агента 860 кг/час. Получают 35,52 кг продукта, содержащего 71,1% KO₂, 18,7% КОН, 3,1% Na₂O₂, 0,7% NaOH, 5,9% H₂O и 0,5% MgSO₄. При этом в процессе синтеза было испарено 43,67 кг воды, на что потребовалось затратить 1,068·10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 329 л.

Пример 3.

К 48,86 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 188 г сульфата магния (H₂O₂/MgSO₄=551), 2,67 кг 90% гидроксида натрия (H₂O₂/NaOH=14,3). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 31,1 кг твердого 90% гидроксида калия (Н₂O₂/КОН=1,72). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 210°С. Расход раствора через форсунку составляет 150 мл/мин. Расход сушильного агента 870 кг/час. Получают 36,3 кг продукта, содержащего 69,76% КO₂, 18,32% КОН, 4,48% Na₂O₂, 1,7% NaOH, 5,25% H₂O и 0,49% MgSO₄. При этом в процессе синтеза было испарено 44,89 кг воды, на что потребовалось затратить 1,098·10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 330 л.

Пример 4.

К 24,23 л водного 85% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 165 г сульфата магния (H₂O₂/MgSO₄=602), 3,56 кг 90% гидроксида натрия (H₂O₂/NaOH=10,34). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 31,1 кг твердого 90% гидроксида калия (Н₂O₂/КОН=1,66). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 210°С. Расход раствора через форсунку составляет 90 мл/мин. Расход сушильного агента 500 кг/час. Получают 37,2 кг продукта, содержащего 72,4% КO₂, 14,3% КОН, 6,6% Na₂O₂, 1,7% NaOH, 4,6% Н₂О и 0,4% MgSO₄. При этом в процессе синтеза было испарено 33,82 кг воды, на что потребовалось затратить 0,8276-10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 258 л.

Пример 5.

К 45,45 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 148 г сульфата магния (H₂O₂/MgSO₄=650), 4,45 кг 90% гидроксида натрия (H₂O₂/NaOH=8,0). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 31,1 кг твердого 90% гидроксида калия (Н₂O₂/КОН=1,60). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 210°С. Расход раствора через форсунку составляет 160 мл/мин. Расход сушильного агента 900 кг/час. Получают 37,7 кг продукта, содержащего 60,85% КO₂, 22,58% КОН, 6,68% Ма202, 3,23% NaOH, 6,3% H₂O и 0,36% MgSO₄. При этом в процессе синтеза было испарено 41,7 кг воды, на что потребовалось затратить 1,0203-10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 315 л.

Пример 6.

К 53,41 л водного 50% раствора пероксида водорода при непрерывном перемешивании добавляют 188 г сульфата магния (H₂O₂/MgSO₄=600), 5,56 кг 90% гидроксида натрия (H₂O₂/NaOH=15,0). Примерно через 30 минут после равномерного распределения всех введенных компонентов по объему жидкой фазы добавляют 31,1 кг твердого 90% гидроксида калия (H₂O₂/KOH=1,88). Добавление КОН производят таким образом, чтобы температура жидкой фазы не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 210°С. Расход раствора через форсунку составляет 160 мл/мин. Расход сушильного агента 950 кг/час. Получают 39,27 кг продукта, содержащего 64,35% КO₂, 16,93% КОН, 9,44% Na₂O₂, 2,42% NaOH, 6,4% Н₂О и 0,46% MgSO₄. При этом в процессе синтеза было испарено 48,26 кг воды, на что потребовалось затратить 1,1809·10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 332 л.

Пример 7 (сравнительный).

Исходный щелочной раствор пероксида водорода для последующей дегидратации готовили, соблюдая технологические операции и мольное соотношение исходных компонентов, изложенные в Примере 4 патента РФ №2325205, МПК А62D 9/00, 2008 г., взяв в 60 раз большее количество исходных реагентов.

В 47,04 л 50% пероксида водорода растворяют 138 г MgSO₄. Полученный раствор смешивают с 22,5 л 50% раствора гидроксида калия. После этого добавляют 11,7 кг твердого гидроксида кальция (мольное соотношение Н₂O₂/КОН=2,0). Приготовление щелочного раствора пероксида водорода производят таким образом, чтобы температура в зоне реакции не превышала 50°С. После этого раствор диспергируют через форсунку в сушильную камеру, в которую подают декарбонизованный обезвоженный воздух, нагретый до температуры 210°С. Расход раствора через форсунку составляет 200 мл/мин. Расход сушильного агента 1150 кг/час.

Через 3 часа после начала процесса мольное отношение H₂O₂/KOH составило 1,48, т.е. меньше стехиометрического соотношения, равного 1,5. Поэтому для достижения начального соотношения исходных компонентов H₂O₂/KOH=2,0 в оставшийся щелочной раствор пероксида водорода было добавлено 7,4 л 50% пероксида водорода. Через 3 часа по аналогичной причине операция была повторена, и в жидкую фазу ввели еще 3,3 л 50% 50% пероксида водорода. Получают 30,1 кг продукта, содержащего 56,1% КО₂, 7,3% КОН, 14,8% СаO₂, 17,4% Са(ОН)2, 3,9% Н₂O и 0,5% MgSO₄.

При этом в процессе синтеза было испарено 68,1 кг воды, на что потребовалось затратить 1,6664·10⁵ кДж энергии. Потеря щелочным раствором пероксида водорода активного кислорода за 8 часов составила 2697 л.

Нормы расхода пероксида водорода и затрачиваемой энергии при получении 1 кг готового продукта, а так же количество выделившегося активного кислорода за 8 часов непрерывного синтеза (рабочая смена) по примерам 1-7 приведены в Таблице 1.

Таблица 1 Расход исходного сырья (Н₂О₂) и количество испаряемой воды при получении 1 кг целевого продукта. Получение продукта для регенерации воздуха Потери щелочным раствором активного кислорода за 8 часов, л (при н.y.) Расход пероксида водорода при получении продукта для регенерации воздуха, кг/кг Количество испаряемой воды при получении продукта для регенерации воздуха, кг/кг Количество затрачиваемой на испарение воды энергии при получении продукта для регенерации воздуха, 10³ кДж/кг По примеру 1 334 0,899 1,318 3,301 По примеру 2 329 0,804 1,230 3,010 По примеру 3 330 0,806 1,237 3,025 По примеру 4 258 0,756 0,909 2,224 По примеру 5 318 0,721 1,106 2,706 По примеру 6 321 0,814 1,229 3,006 По примеру 7 2697 1,148 2,262 5,536

Продукт для регенерации воздуха, полученный по заявляемому способу, испытан в патроне серийного изолирующего дыхательного аппарата СПИ-20 на установке "Искусственные легкие" (ИЛ) при следующих условиях:

легочная вентиляция 30,0±1 л/мин объемная подача диоксида углерода 1,0±0,03 л/мин влажность газовоздушной смеси 96-98% потребление кислорода (отсос из установки) 1,14±0,05 л/мин частота дыхания 20±0,5 мин^-1 температура окружающей среды 20-25°С

Объемы кислорода и диоксида углерода указаны при 10°С и 101,3 кПа, легочная вентиляция - при 37°С и 101,3 кПа. Для сравнения с регенеративными продуктами, полученными заявляемым способом (примеры 1-6), в тех же условиях был испытан регенеративный продукт, изготовленный по методике, описанной в примере 4 патента РФ №2325205 (пример 7). Все регенеративные продукты имели форму гранул одинакового размера и плотности. Время защитного действия определяли как время от начала работы регенеративного продукта до того момента, когда концентрация СО₂ в потоке газовоздушной смеси на линии "вдоха" установки "ИЛ" достигала 3%. Результаты испытаний представлены в Таблице 2.

Таблица 2 Результаты испытаний продуктов для регенерации воздуха на установке "Искусственные легкие". Состав продукта Масса продукта, г Время защитного действия, сек Количество поглощенного СO₂, л Количество выделенного O₂, л Максимальная температура на вдохе, °С Максимальное сопротивление дыханию на линии выдоха, мм вод.ст. По примеру 1 251 1266 21,1 34 43 73 По примеру 2 250 1290 21,5 35 43 74 По примеру 3 252 1278 21,3 37 44 74 По примеру 4 249 1308 21,8 39 43 72 По примеру 5 252 1242 20,7 34 44 74 По примеру 6 252 1248 21,4 36 44 74 По примеру 7 251 1152 19,2 31 45 76

Как видно из представленных в Таблицах 1-2 данных, предложенный способ получения продукта для регенерации воздуха обеспечивает снижение на единицу конечной продукции расхода исходного сырья (пероксида водорода) и энергии, необходимой для испарения воды при дегидратации щелочного раствора пероксида водорода, при его реализации в производственном цикле в течение 8 часов. При этом более чем в 8 раз уменьшается выделение одного из сильнейших окислителей - атомарного кислорода, что существенно повышает безопасность производства.

Кроме того, как видно из представленных в Таблице 2 данных, продукт для регенерации воздуха, полученный по изобретению, обеспечивает за счет более высокой степени отработки при работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата СПИ-20 большее время защитного действия при одинаковых массогабаритных характеристиках индивидуального дыхательного аппарата в сравнении с регенеративным продуктом, изготовленным по патенту РФ №2325205.

Изобретение относится к способам получения продуктов для регенерации воздуха, используемых как в коллективных системах регенерации воздуха, так и в и индивидуальных дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде. Способ получения продукта для регенерации воздуха заключается во взаимодействии раствора пероксида водорода и гидроксида калия с последующей дегидратацией полученного щелочного раствора пероксида водорода распылением его в токе сушильного агента. В исходный раствор пероксида водорода перед добавлением гидроксида калия последовательно вводят необходимое количество сульфата магния и гидроксида натрия. Мольное соотношение исходных компонентов должно составлять следующие величины: H₂O₂/MgSO₄=492-650; H₂O₂/NaOH=8,0-58,0; Н₂O₂/КОН=1,60-1,88. Последовательное ведение в раствор пероксида водорода сульфата магния и гидроксида натрия перед добавлением гидроксида калия обеспечивает практическое постоянство химического состава исходного щелочного раствора на протяжении до 20 часов и дает возможность использовать для синтеза в качестве исходных компонентов высококонцентрированные растворы пероксида водорода и твердый гидроксид калия. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения продукта для регенерации воздуха, включающий взаимодействие раствора пероксида водорода и гидроксида калия с последующей дегидратацией полученного щелочного раствора пероксида водорода распылением его в токе сушильного агента, отличающийся тем, что в исходный раствор пероксида водорода перед добавлением гидроксида калия последовательно вводят сульфат магния и гидроксид натрия при мольном соотношении пероксида водорода и добавляемого компонента, равном:
пероксид водорода/сульфат магния 492-650,
пероксид водорода/гидроксид натрия 8,0-58,0,
а гидроксид калия вводят в раствор пероксида водорода при мольном соотношении пероксид водорода/гидроксид калия, равном 1,60-1,88.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидроксид калия вводят в раствор не менее чем через 30 мин после введения гидроксида натрия.