Регенеративный продукт

 

Изобретение касается состава химических веществ, используемых в изолирующих дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде, и может быть использовано в производстве регенеративных продуктов на основе надпероксида калия. Продукт содержит надпероксид калия, гидроксид калия, воду, карбонат калия и пероксид щелочно-земельного металла при заданном соотношении компонентов. В качестве пероксида щелочно-земельного металла использованы пероксид кальция, бария и магния. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных характеристик регенеративного продукта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к составам химических веществ, используемых в изолирующих дыхательных аппаратах на химически связанном кислороде, и может быть использовано в производстве регенеративных продуктов на основе надпероксида калия.

Использование регенеративных продуктов в патронах изолирующих дыхательных аппаратов основано на выделении ими кислорода при взаимодействии с водой и диоксидом углерода выдыхаемого воздуха. При этом возникающие в процессе реакций условия часто приводят к оплыванию и спеканию продукта, что затрудняет диффузию паров воды и диоксида углерода в объем гранул регенеративного продукта. Это снижает степень использования продукта в патроне до 50-70%. Кроме того, плавление смеси соединений, образующихся при работе регенеративного продукта, резко увеличивает сопротивление дыханию человека. Это приводит к тому, что самоспасателями, работающими на таких регенеративных продуктах, не могут пользоваться дети, люди, страдающие заболеваниями дыхательных путей и др.

Повышение эффективности работы регенеративного продукта и улучшение его эксплуатационных характеристик осуществляется как изменением конструкции регенеративного патрона, так и изменением состава регенеративного продукта. Для исключения оплывания регенеративного продукта в патроне в его состав вводят различные структурирующие добавки.

Из разработанных в настоящее время составов регенеративных продуктов промышленное применение получил продукт, содержащий в качестве основного вещества надпероксид калия, в качестве структурирующей добавки - оксид кальция, в качестве катализатора - оксохлорид меди [1]. Однако введение структурирующей добавки в виде оксида кальция в состав регенеративного продукта снижает процентное содержание активного кислорода на единицу массы регенеративного продукта. Введение же катализатора для интенсификации выделения кислорода необходимо лишь на начальном этапе работы патрона, а в дальнейшем это приводит к избыточному по сравнению с необходимым для дыхания человека выделению кислорода, что не позволяет максимально рационально использовать запас активного кислорода в регенеративном продукте. Кроме того, при работе в реальном патроне изолирующего дыхательного аппарата регенеративного продукта этого состава сильно увеличивается температура регенерированного воздуха, циркулирующего в системе, и возрастает сопротивление дыханию пользователя, что создает определенные трудности для пользователя.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик регенеративного продукта при его работе в патроне изолирующего дыхательного аппарата.

Технический результат заключается в разработке состава регенеративного продукта, имеющего высокую емкость по кислороду и диоксиду углерода, обеспечивающего равномерное поглощение СО₂ и выделение кислорода, снижение сопротивления дыханию и температуры регенерируемого воздуха при работе продукта в патроне дыхательного аппарата.

Технический результат достигается тем, что регенеративный продукт, включающий надпероксид калия, гидрооксид калия и воду, дополнительно содержит карбонат калия и пероксид щелочноземельного металла. В качестве пероксида щелочноземельного металла могут быть использованы пероксиды кальция, бария и магния. Соотношение компонентов в составе следующее, мас. %: Надпероксид калия (КO₂) - 50-85 Гидрооксид калия (КОН) - 1-20 Вода (Н₂О) - 1-4 Карбонат калия (К₂СО₃) - 1-15 Пероксид щелочноземельного металла - 1-20 Карбонат калия и пероксиды щелочноземельных металлов выступают в качестве структурирующей добавки, препятствующей оплыванию гранул регенеративного продукта и полному плавлению смеси веществ, образующихся при работе регенеративного продукта в патроне дыхательного аппарата. Смесь не до конца прореагировавших исходных компонентов, продуктов взаимодействия КО₂ с водой и диоксидом углерода, карбоната калия и пероксидов щелочноземельных металлов образует ряд твердых растворов с эвтектическими точками, лежащими выше температуры, достигаемой в зоне реакции, т.е. на протяжении всего времени работы регенеративного продукта в патроне существуют пористые твердые фазы переменного состава. Это улучшает условия диффузии паров воды и диоксида углерода в объем гранул регенеративного продукта. Коэффициент регенерации (отношение объема выделившегося кислорода к объему поглощенного диоксида углерода) для регенеративного продукта предложенного состава практически не меняется на протяжении всего времени работы регенеративного продукта и имеет значение, близкое к оптимальному. Выделение пероксидами щелочноземельных металлов активного кислорода происходит при достижении температуры в зоне реакции порядка 200^oС, т.е. при условиях, когда основной компонент регенеративного продукта (надпероксид калия) уже практически полностью отработал по кислороду. Это позволяет более эффективно использовать ресурс регенеративного продукта и за счет этого увеличить время защитного действия дыхательного аппарата при неизменности его массогабаритных характеристик. Кроме того, использование в качестве структурирующей добавки смеси карбоната калия и пероксидов щелочноземельных металлов приводит к снижению сопротивления дыханию и температуры регенерируемого воздуха при работе продукта в патроне дыхательного аппарата.

Регенеративный продукт готовят обычным смешиванием компонентов в требуемых соотношениях с последующим формованием полученной шихты в таблетки, гранулы, блоки и др. или их композиции в зависимости от конструкции патрона дыхательного аппарата и условий его эксплуатации.

Примеры составов регенеративного продукта представлены в табл.1. Примеры составов приведены для случаев, когда в качестве структурирующей добавки использовался пероксид кальция. При замене пероксида кальция на пероксиды бария и магния полученный при испытаниях результаты аналогичны представленным в табл. 2 и на чертеже.

Регенеративный продукт предлагаемого состава испытан в патроне серийно выпускаемого изолирующего дыхательного аппарата СПИ-20 по методу МИ - 076 - 05807954 - 99 на установке "Искусственные легкие" при следующих условиях: Легочная вентиляция - 30±1 л/мин Объемная подача диоксида углерода - 1±0,03 л/мин Влажность газовоздушной смеси, % - 96-98
Отсос газовоздушной смеси из дыхательного мешка - 1,14±0,05 л/мин
Частота дыхания - 20±0,5 мин^-1
Температура окружающей среды - 20-25^oС
Объемы кислорода и диоксида углерода указаны при 10^oС и 101,3 кПа, легочная вентиляция - при 37^oС и 101,3 кПа. Для сравнения с регенеративными продуктами различного состава по примерам 1-7 из табл. 1 в тех же условиях брался серийно выпускаемый отечественной промышленностью продукт ОКЧ-3 (аналог по химическому составу продукта по пат. ЕПВ 0086138). Время защитного действия определяли как время от начала работы регенеративного продукта до того момента, когда концентрация СО₂ в потоке газовоздушной смеси, прошедшей через слой продукта, становилась 1,4% или содержание кислорода снижалось до 23%. Коэффициент регенерации определялся как отношение объема выделившегося кислорода к объему поглощенного диоксида углерода в единицу времени. Во всех проведенных испытаниях использовался регенеративный продукт в виде гранул одинаковой плотности и примерно одинакового фракционного состава. Размер гранул находился в пределах от 1 до 6,6 мм. Результаты испытаний представлены в табл. 2 и на чертеже.

На чертеже представлены зависимости сопротивления на вдохе от времени работы в патроне изолирующего дыхательного аппарата СПИ - 20 для продукта ОКЧ - 3 (сравнительный пример) и среднее изменение сопротивления для регенеративных продуктов по примерам 1-6. Поскольку для всех регенеративных продуктов по примерам 1-7 из табл. 1 изменение сопротивления на вдохе при работе в патроне СПИ - 20 не превышает 5%, на чертеже представлено изменение среднего значения этого параметра.

Как видно из представленных табличных и графических данных, регенеративный продукт предложенного состава по таким критериям, как: поглощение диоксида углерода, выделение активного кислорода на единицу массы, стабильность коэффициента регенерации во время работы продукта в патроне превосходит серийный продукт ОКЧ - 3М. Это позволяет увеличить время защитного действия изолирующего дыхательного аппарата при тех же массогабаритных характеристиках. Кроме того, изолирующий дыхательный аппарат, снаряженный предложенным регенеративным продуктом, имеет более низкую температуру циркулирующего воздуха на вдохе и значительно меньшее сопротивление дыханию пользователя. Это обеспечивает более комфортные условия для пользователя и позволяет существенно расширить круг лиц, которые могут пользоваться данными дыхательными аппаратами.

Источники информации
1. Патент Франции 2521034, МПК B 01 J 20/04, 1983 г.

Формула изобретения

1. Регенеративный продукт, включающий надпероксид калия, гидроксид калия и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит карбонат калия и пероксид щелочно-земельного металла при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Надпероксид калия (KO₂) - 50-85
Гидроксид калия (КОН) - 1-20
Вода (H₂O) - 1-4
Карбонат калия (K₂CO₃) - 1-15
Пероксид щелочно-земельного металла - 1-20
2. Регенеративный продукт по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пероксида щелочно-земельного металла могут быть использованы пероксиды кальция, бария и магния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3