автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процесса регенерации воздуха с использованием регенеративного продукта на матрице

На правах рукописи

ХОЛОДИЛИН Николай Юрьевич

КИНЕТИКА И АШМРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПРОДУКТА НА МАТРИЦЕ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов 2006

Работа выполнена в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» и на кафедре «Технологическое оборудование и прогрессивные технологии» Тамбовского государственного технического университета.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Дворецкий Станислав Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Никитаев Сергей Павлович

доктор химических наук, профессор Килимник Александр Борисович

Ведущая организация

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Защита состоится « и » декабря 2006 г. в часов &0_ минут на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 при Тамбовском государственном техническом университете по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ТГТУ, ученому секретарю.

С диссертацией и авторефератом молено ознакомиться в библиотеке университета и на официальном сайте ТГТУ www.tstu.ru.

Автореферат разослан « » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент В.М. Нечаев

£(206 А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. «Основы государственной политики в области обеспечения химической и биологической безопасности Российской Федерации на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» однозначно определили политику и стратегические цели Российской Федерации в области защиты жизни и здоровья человека. Однако реализация отдельных положений этого документа может быть осуществлена только при создании современных аппаратурно-технологических комплексов, направленных на системное обеспечение безопасности государства и человека. Изолирующие средства защиты органов дыхания индивидуального типа (самоспасатели) с химически связанным кислородом предназначены для защиты человека от недостатка кислорода в воздухе, вредных веществ и других загрязнений. Индивидуальные дыхательные аппараты (ИДА) применяются в горнорудной, угольной, химической и других отраслях промышленности, а также для организации и проведения мероприятий гражданской обороны.

В качестве источников кислорода и поглотителей диоксида углерода (С02) в ИДА используются в основном регенеративные продукты на основе надпероксида калия в форме гранул, блоков, таблеток и т.п. Это вещество имеет высокую реакционную способность к С02 и парам воды выдыхаемого воздуха. Однако его использование для регенерации воздуха в ИДА недостаточно эффективно из-за низкого коэффициента отработки продукта, его высокой пожароопасности, повышенных температуры вдыхаемого воздуха и сопротивления дыханию и, как следствие, повышенных габаритов ИДА.

Таким образом, совершенствование аппаратурно-технологического оформления и исследование кинетики процесса регенерации воздуха с использованием регенеративного продукта на матрице является актуальной задачей.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-20Об годы, приоритетное направление «Безопасность и противодействие терроризму», комплексный проект «Разработка технологий, методов и средств обеспечения системы биологической безо^ пасности и противодействия терроризму», часть б, этап «Разработка ком' плекса технологий по созданию средств индивидуальной и коллективно! защиты населения от поражающих факторов при террористических актах, I

3 ^

5 со ё. "ь

............- >:. 5

том числе на базе надпероксидных соединений», 2004-2006 гг., проек § о =

¡з £■ о

— й сч

с «з 'т а>|

32 = О О в

Ъ-

«Разработка кислородного самоспасателя КС-15 для эвакуации гражданско го населения в чрезвычайных ситуациях» (Шифр ОКР БТ-КП.2/001).

Цель работы. Исследование кинетики и аппаратурно-технологи}-, ческое оформление процесса регенерации воздуха с использованием реш§

неративного продукта на основе надпероксвда калия на матрице, разработка новой конструкции самоспасателя с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Научная новизна. Впервые исследована кинетика химического взаимодействия диоксида углерода и паров воды с надпероксидом калия на матрице на пульсирующем потоке.

Подобрано расчетное уравнение динамики процесса сорбции диоксида углерода в регенеративном патроне ИДА, позволяющее определять степень отработки регенеративного продукта и время защитного действия ИДА в зависимости от нагрузки на аппарат.

Определен оптимальный режим функционирования ИДА, при котором достигается максимальное значение степени отработки регенеративного продукта.

Разработана методика проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия.

Практическая ценность. Установлена возможность применения полимерных материалов для изготовления регенеративного патрона ИДА, позволяющих разработать самоспасатель, обладающий улучшенными мас-согабаритными и эксплуатационными характеристиками.

Разработана оригинальная конструкция патрона самоспасателя с использованием регенеративного продукта на матрице, обеспечивающего снижение температуры вдыхаемой газовоздушной смеси на 10 °С и уменьшение гидравлического сопротивления на вдохе и выдохе на 50 %. Получен патент РФ № 2244577 «Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата».

Разработаны рациональная конфигурация регенеративного продукта на матрице, обеспечивающая максимальную степень его отработки, и конструкция самоспасателя, соответствующая по эксплуатационным характеристикам нормам европейского и российского стандартов.

По результатам работы выпущена опытная партия самоспасателей КС-15 и проведены ее государственные испытания.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ» (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» (Москва, 2005), VIII научно-практической конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты» (г. Хотьково Московской обл., 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и получены 2 патента.

Объем п структура работы. Диссертация состоит го введения, четырех глав, выводов, списка цитированной литературы, содержащего 124 источника, и 2 приложений. Содержание диссертации изложено на 174 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков и 15 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Сформулирована цель работы, обоснована ее актуальность, приведена аннотация основных результатов, показана научная новизна и практическая значимость, даны рекомендации по реализации результатов исследований в промышленности и научно-инженерной практике.

1. Современное состояние в области разработки процессов регенерации воздуха и изолирующих дыхательных аппаратов

Основой регенеративного продукта с химически связанным кислородом является надпероксид калия К02, который реагирует с водяным паром и углекислым газом с выделением кислорода и поглощением эквивалентного количества СО2. Благодаря этому свойству он применяется для регенерации воздуха в замкнутом цикле. Реакция поглощения углекислого газа и влаги надпероксидом калия и выделения им кислорода протекает неоднозначно и зависит от условий, в которых находится поглотитель: его температуры, соотношения объемов углекислого газа и влаги в регенерируемом воздухе, от скорости воздушного потока и других факторов. Этот процесс описывается следующими основными химическими реакциями: 2К02 +Н20 = 2К0Н+3/202 +39 кДж/моль; 2КОН + С02 = К2С03 + Н20 + 141 кДж/моль;

В настоящее время надпероксидные регенеративные продукты для ИДА производятся в форме гранул, блоков, таблеток и т.п. и имеют высокую реакционную способность к С02 и парам воды выдыхаемого воздуха. Однако их использование для регенерации воздуха в системах жизнеобеспечения связано с решением ряда проблем:

- при реакции с парами воды и С02 надпероксиды щелочных металлов имеют тенденцшо к образованию расплава на поверхности гранул, что затрудняет диффузию газа к поверхности непрореагировавшего вещества, приводит к снижению эффективности использования регенеративных продуктов и увеличению массогабаритных характеристик ИДА;

- плавление гранул регенеративного продукта способствует спеканию шихты и росту сопротивления дыханию в ИДА;

- в слое гранулированного регенеративного продукта при работе ИДА развивается высокая температура, при которой неметаллические материалы, традиционно применяемые для изготовления деталей и узлов самоспасателей, при контакте с горячим корпусом регенеративного патрона и газовоздушной смесью (ГВС) выделяют вредные для здоровья пользователя вещества, что ухудшает эксплуатационные характеристики ИДА.

В настоящее время разработка новых составов или технологии изготовления регенеративных патронов, обеспечивающих повышение эффективности работы продукта, и конструкций аппаратов в целом, в мире практически не осуществляется, а в большинстве случаев предусматривает использование в нем освоенного промышленностью таблетированного регенеративного продукта на основе надпероксида калия.

Разработка регенеративного продукта на матрице является перспективным направлением в совершенствовании регенеративных продуктов, упрощении технологии их получения и улучшении их сорбционных характеристик. Повышение эффективности работы ИДА может быть достигнуто за счет усовершенствования конструкций тепловлагообменного устройства и регенеративного патрона, путем оснащения регенеративного патрона элементами для извлечения максимального количества кислорода и элементами для герметизации пускового устройства. При этом достигается увеличение времени защитного действия ИДА, уменьшение сопротивление дыханию и габаритных характеристик дыхательных аппаратов.

Определены задачи настоящей работы. Основными из них являются: анализ современного состояния в области разработки перспективных регенеративных продуктов, процессов регенерации воздуха и ИДА; определение конфигурации регенеративного продукта на матрице, обеспечивающей максимальную степень его отработки; экспериментальное исследование кинетики поглощения влажного диоксида углерода в самоспасателе при различных нагрузках с использованием регенеративного продукта на матрице определенной конфигурации; математическое описание процесса регенерации воздуха в самоспасателях с регенеративным продуктом на матрице, осуществляемого на испытательном стенде ИЛ; обоснование выбора полимерных материалов для изготовления традиционно металлических деталей и узлов самоспасателя; разработка новой конструкции самоспасателя с улучшенными по сравнению с серийно выпускаемыми аппаратами эксплуатационными характеристиками; разработка принципов и методики проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия; практические рекомендации по совершенствованию самоспасателей с использованием регенеративного продукта на матрице.

2. Кинетика поглощения влажного диоксида углерода регенеративным продуктом на основе надпероксида калия на матрице в условиях проведения исследований на испытательном стенде «Искусственные легкие».

2.1. Техника и методика проведения экспериментов.

Динамические испытания изолирующих средств защиты органов дыхания проводились на испытательном стенде, имитирующем выделение человеком углекислого газа и потребление им кислорода «Искусственные легкие».

Схема экспериментального стенда приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема испытательного стенда ИЛ: 1 - имитатор легких человека; 2 - вспомогательный имитатор; 3 — клапан линии выдоха; 4 - клапан линии вдоха; 5 - клапан отсоса СО6- обратный клапан; 7 - регулятор подачи диоксида углерода; Я - увлажнитель дыхательного газа; 9 - охлаждающее устройство; 10 - газоанализатор вдыхаемого газа (С02,02); 11- газоанализатор выдыхаемого газа (С02); 12 - присоединительный элемент исследуемого аппарата; 13-термопара

Стенд имитирует выделение потребителем диоксида углерода и потребление им кислорода. Он включает имитатор легких I с регулируемой частотой и амплитудой и узел соединения с испытываемым ИДА, размещенный в климатической камере (на рисунке не показана). Потребление кислорода имитируется с помощью вспомогательного имитатора легких 2, регулятора массового потока для диоксида углерода 7 и клапанов 5 и б. Во время вдоха вспомогательный имитатор 2 отбирает из дыхательного контура объем дыхательной смеси, соответствующий объему потребляемого кислорода через клапан 5. При выдохе поглощенный объем кислорода замещается диоксидом углерода с помощью регулятора массового расхода 7. Перед поступлением в дыхательный аппарат воздух увлажняется в увлажнителе <5 до 95... 100 %. Отбираемый из дыхательного аппарата воздух перед поступлением в имитатор 1 охлаждается посредством охладителя 9 до температуры 36...37 °С. Линии вдоха и выдоха снабжены обратными клапанами 3 и 4 во избежание смешения вдыхаемой и выдыхаемой ГВС. Газоанализаторы 10 и 11 предназначены для замера концентраций диоксида углерода и кислорода в ГВС на входе и выходе из установки «искусственные легкие». К присоединительному элементу 12 экспериментальной установки подключался исследуемый аппарат.

Исследования макетов ИДА (самоспасателей) на установке ИЛ проводили при пяти режимах, соответствующих различным уровням физической нагрузки на пользователя: режим 1 - относительный покой, режимы 2 и 3 - нагрузка средней тяжести, режимы 4 и 5-тяжелая нагрузка. Температура в климатической камере в зависимости от режима исследования устанавливалась равной 0 °С, + 23 °С, + 40 °С и + 60 °С. Показания с газоанализаторов 10, 11 и датчика температуры 13 снимались с интервалом в 1 мин. Эксперимент продолжался до тех пор,, пока любая из контролируе-

мых величин не выходила за рамки допустимых пределов. В процессе исследования контролировались следующие параметры, характеризующие защитные свойства дыхательного аппарата: содержание диоксида углерода во вдыхаемой и выдыхаемой ГВС; концентрация кислорода во вдыхаемой ГВС; сопротивление дыханию; температура вдыхаемой ГВС.

На установке ИЛ исследовались ИДА с различными схемами дыхания: маятниковой и круговой. В аппаратах с круговой схемой дыхания выдыхаемый воздух проходит через слой регенеративного продукта в дыхательный мешок, а на вдохе из дыхательного мешка поступает в маску, снабженную клапанной коробкой. Основным преимуществом таких аппаратов по сравнению с аппаратами с маятниковой схемой является более низкая температура вдыхаемого воздуха и меньшее среднее сопротивление дыханию, что улучшает их эргономические характеристики. В аппаратах с маятниковой схемой движения воздуха, конструктивно более простых, за счет двукратного прохождения воздуха через слой регенеративного вещества за цикл вдоха-выдоха интенсифицируется процесс регенерации. Поэтому маятниковая схема получила большее распространение. Однако это преимущество имеет место только в аппаратах относительно небольшого размера, имеющих время защитного действия до 30 минут.

2.2. Экспериментальные исследования кинетики процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием надпероксида калия на матрице.

Графически накопление диоксида углерода в регенеративном продукте в течение эксперимента показано на рис. 2. Из рисунка видно, что поглощение диоксида углерода регенеративным продуктом происходит равномерно в течение всего эксперимента.

На рис. 3 приведен снимок пластины регенеративного продукта, отработавшей не полный ресурс. Стрелками показано направление вдоха и выдоха. Выделен фронт сорбции. По виду линии раздела отработавшего и не отработавшего продукта, можно сделать предположение, что при маятниковой схеме дыхания отработка продукта по диоксиду углерода идет

0,03 п ч ■

о-----

> 0,02

0,015

0,01

0,005

0

Рис. 2. Накопление диоксида углерода в регенеративном патроне в течение эксперимента при режиме 3

Рис. 3. Неполностью отработавшая пластина регенеративного продукта

обрывным фронтом. При выдохе лобовой слой продукта полностью поглощает диоксид углерода и выделяет кислород, а далее увлажненный поток ГВС, не содержащий диоксид углерода, реагирует с последующими слоями регенеративного продукта и насыщается кислородом. Таким образом, после каждого цикла «вдох-выдох» в аппарате увеличивается объем отработавшего продукта, который не участвует в дальнейшем процессе регенерации ГВС. Этот объем принято называть «мертвым» или «вредным». Нами рассчитана зависимость величины вредного объема от времени работы самоспасателя для различных режимов испытаний аппаратов: относительного покоя, среднего и высокого уровня нагрузки. По виду кривых на рис. 4 можно предположить, что существует некоторый «начальный вредный объем», не зависящий от режима проведения испытаний.

0,001 0,0008 "Ч 0,0006

с.

0,0004 0,0002 -

0 -I-1-1-1-1

0 0,2 0,4 0,6 0,8

т, ч

Рис. 4. Нарастание вредного объема в процессе работы аппарата при различных нагрузках:

1 - 10 дм3/мин (относительный покой); 2-30 дм3/мин (средняя нагрузка);

3-35 дм3/мин (средняя нагрузка); 4-60 дм3/мин (высокая нагрузка);

5-70 дм3/мин (высокая нагрузка)

Полученное значение «начального вредного объема», равное 0,28 ± 0,04 дм3, соответствует непосредственно измеренному начальному вредному объему аппарата, равному 0,30 ± 0,02 дм3. Соответствие измеренного начального вредного объема и рассчитанного для всех режимов дыхания свидетельствует о справедливости сделанного предположения о послойной отработке регенеративного продукта на матрице и об увеличении концентрации диоксида углерода во вдыхаемой ГВС пропорционально возрастанию вредного объема.

Учитывая принятое допущение об обрывном фронте сорбции в аппарате, из закона Вильсона можно выразить равновесную величину адсорбции а0, или практическую емкость регенеративного продукта по диоксиду углерода для реальных условий работы в патроне

ао=(^"1)с°' (1)

где сйгас, и - скорости движения ГВС в аппарате и фронта сорбции по слою регенеративного продукта, м/с; с0 - концентрация диоксида углерода в аппарате, моль/см3.

и с достаточной степенью точности можно принять за постоянную для каждого режима и определить ее как наклон линейного уравнения зависимости высоты отработавшего слоя продукта от времени (рис. 5).

Равновесная величина адсорбции для среднего уровня нагрузки равна

а0 =3,592x10-3 моль/см3. Погрешность рассогласования рассчитанной величины поглощенного продуктом диоксида углерода и экспериментально определенной составляет 4 %. Далее по закону Вильсона рассчитывается скорость движения фронта сорбции I/ аналогично для всех режимов испытаний аппаратов. Рассогласование полученных в результате расчета величин поглощения диоксида углерода регенеративным продуктом и экспериментально определенных составляет не более 10 %, что свидетельствует о правомерности допущений об обрывном фронте сорбции при маятниковой схеме дыхания и о возможности применения данного подхода для исследования кинетики работы регенеративного продукта на матрице при работе в аппарате с маятниковой схемой дыхания.

На рис. б приведены зависимости расчетной высоты отработавшего слоя продукта от времени при различных режимах испытаний. По результатам видно, что на установке ИЛ на всех режимах высота отработавшего слоя не выходит за отметку 11 см в течение требуемого времени защитного действия аппарата. Для описания процесса сорбции диоксида углерода в регенеративном патроне аппарата с маятниковой схемой дыхания можно применить уравнение «сжимающейся сферы»

а = 1-ехр(-Й"), (2)

где а - степень отработки регенеративного продукта, доли ед.; к = 6,24-10"4 см"1 - расчетное значение константы скорости реакции поглощения диоксида углерода регенеративным продуктом на матрице при постоянном потоке ГВС, и = 1,15- экспериментально определенный показатель степени.

На рис. 7 представлена зависимость степени отработки регенеративного продукта по времени по уравнению для аппарата с круговой схемой дыхания.

I. Т

Рис. 5. Высота отработавшего слоя продукта в аппарате при средней нагрузке

Рис. 6. Зависимость расчетной высоты отработавшего слоя продукта от времени при различных режимах испытаний при нагрузках, дм3/мин:

I - легкая (10); 2,3- средняя (30,35); 4,5- тяжелая (60,70)

Рис. 7. Степень отработки регенеративного продукта в аппарате с круговой схемой дыхания: 1 - расчет; 2 - экспериментальные данные

Как видно из рис. 7, степень отработки регенеративного продукта, рассчитанная по уравнению сжимающейся сферы, достаточно хорошо соотносится с экспериментально определенной.

На рис. 8 приведены зависимости концентраций диоксида углерода на вдохе и выдохе ИДА с маятниковой и круговой схемами дыхания при испытании аппаратов на ИЛ при средней нагрузке. Из рис. 8 видно, что при одинаковой нагрузке при круговой схеме дыхания поглощение диоксида углерода регенеративным продуктом эффективнее, чем при маятниковой.

Сссу % об.

0

0,1

0,2

т, ч

0,3

Рис. 8. Зависимости концентраций диоксида углерода ИДА с различными схемами дыхания при средней нагрузке: 1,2- концентрации С02 на вдохе и выдохе при маятниковой схеме дыхания; 3,4- концентрации С02 на вдохе и выдохе при круговой схеме дыхания

3. Аппаратурно-технологическое оформление процесса регенерации воздуха с использованием регенеративного продукта на матрице.

3.1. Разработка конфигурации регенеративного продукта.

Первоначально К02 на матрице получали в виде гладких пластин размером 110-180 мм и толщиной 3...5 мм. Для исследования кинетики работы нового регенеративного продукта была проведена серия экспериментов с различной конфигурацией пластин: пластины, нарезанные на квадратики размером 5x5 мм; гладкие пластины, вырезанные по форме корпуса; гладкие пластины, вырезанные по форме корпуса, проложенные дистанционирующими элементами из этих же пластин.

Во всех экспериментах регенеративным продуктом на матрице исследуемой формы снаряжали корпус серийно выпускаемого изолирующего самоспасателя СПИ-20, а затем испытывали на установке ИЛ. В результате проведенной серии испытаний регенеративного продукта с различной конфигурацией пластин, выявлены следующие отрицательные моменты: неполная отработка продукта; высокое гидравлическое сопротивление слоя продукта; спекание пластин между собой.

Неполная отработка регенеративного продукта является следствием чрезмерно плотного прилегания плоских пластин в пакете друг к другу и, как следствие этого, затрудненным доступом регенерируемой газовой дыхательной смеси к "поверхности регенеративного продукта. Кроме того, малое живое сечение патрона образованное зазорами между плоскими пластинами, дает повышенное гидравлическое сопротивление аппарата. Спекание пластин между собой обусловлено развивающимися в продукте высокими температурами (300...400 °С) и недостаточно интенсивным теплообменом между регенеративным продуктом и регенерируемой средой.

Эти недостатки были устранены после изготовления пластин с массой 10... 13 г и размерами 110x140 мм. Конструкция пластин и схема их расположения в патроне приведены на рис. 9. Последующие испытания показали наиболее полную степень отработки данных регенеративных пластин. Пластины складывались в регенеративный пакет таким образом, чтобы

рифли на смежных пластинах имели различную ориентацию. Регенерируемый воздух, проходя между пластинами, тур-булизировался в разветвленных каналах, что обеспечивало большую степень отработки регенеративного продукта по сравнению с плоскими пластинами.

В зависимости от плотности упаковки пакета обеспечивалось гидравлическое сопротивление, не превышающее 250 Па вод. ст. при вдохе и 400 Па при выдохе при нагрузке средней тяжести;

регенеративных пластин и схема их расположения в пакете

степень отработки продукта достигала 80...90 %; температура вдыхаемого воздуха не превышала 55 °С, а при использовании встроенного холодильного устройства - 48 °С. Масса собранного патрона составила менее 500 г.

3.2. Выбор конструкционных материалов для деталей самоспасателя.

Синтез надпероксида калия на стекловолокнистой матрице позволил

получить регенеративный продукт с высокоразвитой поверхностью. Такой продукт поглощает диоксид углерода не послойно, как гранулированный, а всей поверхностью. Как следствие, регенерация воздуха осуществляется при более низких температурах. Это позволило использовать для изготовления самоспасателя органические полимерные материалы вместо традиционно применяемого металла.

В качестве конструкционных материалов для изготовления самоспасателя использовались: полиимидные, полипропиленовые, полиэтиленовые, фторопластовые пленки (Ф-4 МБ, Ф-4 МБ-ХА); листовые полимерные материалы (АБС-пластик, полипропилен, фторопласт-4); другие органические и неорганические материалы: вспененный полиэтилен, вспененный полипропилен, вспененный никель, стекловолокнистые материалы (стеклобумага БМДф и БМДк, иглопробивная ткань).

Материалы, входящие в состав самоспасателя, не должны выделять в дыхательный объем вредные примеси выше допустимых пределов. Поэтому были проведены эксперименты по оценке выделения материалами органических примесей при нагревании.

Наиболее устойчивыми к нагреванию оказались стекломатериалы (иглопробивная ткань и стеклобумага БМД-Ф), а также материалы из фторопласта (Ф-4МБ и Ф-4МБ-ХА). Наименее устойчивыми из списка исследованных материалов оказались полиимидная пленка и АБС-пластик. Для полиэтилена и полипропилена продуктами термической деструкции являются в основном углеводороды, для которых ПДК во вдыхаемом воздухе гораздо выше полученных величин. То же самое характерно для фторопластов до температуры 200 °С.

3.3. Разработка конструкции ИДА с регенеративным продуктом на матрице.

Существенным недостатком экспериментальной установки ИЛ, является то, что имитация потребления кислорода человеком организована посредством отбора из дыхательного объема всей дыхательной смеси в объеме, равном объему потребляемого кислорода. То есть фактически имитационная установка «занижает» реальное потребление кислорода, завышая тем самым концентрацию кислорода в дыхательной системе.

На рис. 10 представлены кривые изменения концентрации кислорода в системе аппарат - ИЛ при эксперименте и полученные в результате пересчета концентрации кислорода С0, по уравнению

о°

60

20

г -2

---18%

0,1

0,2 Т,Ч 0,3

Рис. 10. Концентрация кислорода на вдохе в самоспасателе:

/ - на установке, имитирующей дыхание человека; 2 - расчет по формуле (3)

где т - скорость выделения кислорода в ИДА, м3/ч, I— объем системы самоспасатель - органы дыхания человека, м3,* S - потребление кислорода организмом человека, м3/ч.

В заштрихованной на рис. 10 области расчетная концентрация кислорода опускается ниже допустимых пределов, представляя собой дефицит кислорода, равный 2,5 дм3. Для его устранения необходимо в начальный период времени обеспечить в системе дополнительно некоторое количество кислорода для дыхания пользователя.

Для решения проблемы дефицита кислорода в начальный период работы аппарата было разработано устройство дополнительной подачи. Оно представляет собой открытую емкость с регенеративным продуктом, установленную под регенеративным патроном. Над регенеративным продуктом расположена эластичная ампула с пусковым раствором. При запуске аппарата пользователь естественным движением расправляет мешок, потянув за ручку, леска разрезает ампулу, раствор из ампулы запускает пусковой брикет, выделяющий начальный кислород.

А-А В настоящей рабо-

те была впервые предпринята попытка изготовления корпуса патрона из полимерного материала, конструкция которого представлена на рис. 11. В аппарате использована маятниковая схема дыхания. Заряд продукта в патроне составил 0,27.. .0,275 кг.

Применение этого патрона в ИДА обеспечило снижение температуры вдыхаемой ГВС с 50 до 40 °С и уменьшение гидравлического сопротивления на вдо-

Рис. 11. Конструкция регенеративного патрона:

1 - оболочка из вспененного полипропилена; 2 - угловой сварной швов; 3 - крышка; 4 ~ патрубок; 5 - опорная решетка; б — фильтр-теплообменник; 7 - пластина регенеративного продукта; 5 - рифли; 9 - фильтрующая оболочка; 10- фиксирующая решетка; 11 — лента

хе и выдохе с 800 до 350 Па. По массогабаритным характеристикам разработанный ИДА сравним с фильтрующими самоспасателями.

4. Практические рекомендации по проектированию ИДА нового поколения.

4.1. Методика проектирования ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице.

Процесс проектирования ИДА осуществляется преимущественно «сверху вниз», то есть имеет нисходящий характер. При этом по мере «проработки» проекта «сверху вниз» увеличиваются подробности описания (детализации) проектируемого ИДА. Цель выполняемых на различных этапах проектирования расчетных и экспериментальных исследований -уточнение параметра и характеристики проектируемого ИДА, принятие наиболее рационального проектно-конструкторского решения. Отсюда следует итерационно-циклический характер процесса проектирования, выражающийся в чередовании процедур синтеза и анализа решений.

Управление разработкой проекта ИДА нового поколения осуществлялось выбором альтернатив, подлежащих проработке, определением «глубины проработки» выбранной альтернативы, структуры и объема проводимых при этом экспертиз, расчетов и экспериментальных исследований.

Структурно-параметрическое описание ИДА включает в себя различные виды конфигурации регенеративного продукта (патрона), характеризуется множеством схем функционирования патрона и режимных переменных, может иметь альтернативные варианты аппаратурного оформления процесса регенерации воздуха (регенеративный патрон, лицевая часть, дыхательный мешок и др.).

Важнейшим показателем эффективности ИДА является время защитного действия тзд. В ходе анализа экспериментальных данных, полученных на испытательной установке ИЛ, была построена матрица коэффициентов причинного влияния технологических параметров на тзд и выявлены наиболее значимые переменные процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице: масса регенеративного продукта тщ„ г, в патроне; расход ГВС (легочная вентиляция) бщс, дм3/мин; подача диоксида углерода 0Со2, дм3/мии; отбор ГВС из дыхательного объема Оо2, дм3/мин, начальная концентрация диоксида углерода ССог, % масс., в окружающей среде и температура в камере 7кам, °С.

Для построения регрессионной модели, описывающей зависимость среднего значения времени защитного действия от выходных переменных процесса регенерации воздуха в ИДА, использовался аппарат искусственных нейронных сетей (ИНС). По результатам проверки адекватности ИНС, обученной на опытных данных, погрешность полученных при исследовании процесса регенерации воздуха в ИДА на экспериментальной установке ИЛ, было установлено: в режиме «относительный покой» (10 дм3/мин)

относительная погрешность составляет 6 %, в режиме средней нагрузки (35 дм3/мин) - 4 %, в режиме высокой нагрузки(70 дм3/мин) - 3 %. Полученные результаты свидетельствуют о том, что погрешности моделирования процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице вполне согласуются с погрешностью измерения опытных данных. В связи с этим построенная регрессионная модель в виде обученной ИНС используется в методике проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия.

4.2. Практические рекомендации по совершенствованию ИДА.

С использованием разработанной выше методики была спроектирована и изготовлена опытная партия самоспасателей с повышенным ресурсом действия. Проведенные испытания опытной партии по нормам Европейского стандарта ЕЫ 13794-2002 подтвердили их преимущество по фи-зиолого-гигиеническим характеристикам по сравнению с серийно выпускаемыми аппаратами того же класса.

В ходе динамических испытаний самоспасателя лучшие результаты были получены с патроном, оболочка которого была изготовлена из вспененного полипропилена.

Дальнейшее совершенствование конструкции ИДА предполагает изготовление корпуса регенеративного патрона в виде гибкого пакета, складывающегося по линиям раздела соединенных между собой камер с регенеративным продуктом. При этом увеличивается продолжительность контакта очищаемого воздуха с поверхностью регенеративного продукта (в среднем в 5-10 раз) и достигается повышение степени отработки регенеративного продукта. За счет увеличения площади открытой поверхности регенеративного продукта обеспечивается более эффективная теплоотдача от регенеративного продукта и достигается большая комфортность дыхания. При этом обеспечивается повышение плотности упаковки ИДА в сложенном состоянии, что обеспечивает удобство его хранения и переноски.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Разработка регенеративного продукта на матрице является принципиально новым направлением в области создания средств защиты органов дыхания с повышенным ресурсом действия.

Разработана конфигурация регенеративного продукта, в виде пластины с рифлями, обеспечивающая степень его отработки - 90...93 %, что на 30 % выше, чем у традиционных регенеративных продуктов.

Определен оптимальный режим функционирования ИДА (температура + 23 °С, расход газовоздушной смеси - 35 дм3/мин), при котором достигаются наилучшие физиолого-гигиенические показатели: сопротивление дыханию 350 Па, максимальная температура вдыхаемого из аппарата воздуха - +45 °С, степень отработки регенеративного продукта а0 = 93 %, время защитного действия -17 мин.

Подобрано расчетное уравнение динамики процесса сорбции диоксида углерода в регенеративном патроне ИДА, позволяющее определять степень отработки регенеративного продукта и время защитного действия ИДА в зависимости от нагрузки на аппарат.

Впервые для изготовления традиционно металлических деталей и узлов самоспасателя применены полимерные материалы: полипропилен и фторопласт.

Разработана конструкция патрона самоспасателя, использующего регенеративный продукт на матрице, обеспечивающего снижение температуры вдыхаемой газовоздушной смеси с 50 до 40 °С и уменьшение гидравлического сопротивления на вдохе и выдохе с 800 до 350 Па, и удовлетворяющего нормам европейского и российского стандартов. Новизна технических решений подтверждена патентом РФ № 2244577 «Патрон изолирующего дыхательного аппарата», 2005 г.

Разработана новая конструкция ИДА с номинальным временем защитного действия 15 минут, обладающего наилучшими эксплуатационными характеристиками: размеры 115x190x210 мм, масса 0,9 кг, комфортные условия дыхания в аппарате.

Разработана методика проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия.

Даны практические рекомендации по дальнейшему развитию изолирующего дыхательного аппарата, использующего регенеративный продукт на матрице.

По результатам работы выпущена опытная партия самоспасателей КС-15 и проведены ее государственные испытания, которые показали, что разработанный аппарат соответствует по эксплуатационным характеристикам нормам европейского и российского стандартов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Гладышев, Н. Ф. К вопросу о выборе стабилизатора щелочного раствора пероксида водорода / Н.Ф. Гладышев, С.И. Дворецкий, Д.В. Жданов, Н,Ю. Холодилин [и др.] // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2003. - Т. 9, № 2. - С. 261-265.

2. Гладышев, Н.Ф. Регенеративный продукт на матрице. Влияние профиля продукта на эксплуатационные характеристики изолирующего дыхательного аппарата / Н.Ф. Гладышев, Т.В. Гладышева, Э.И. Симаненков, НЛО. Холодилин // Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ : материалы IX Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых. - Москва-Клязьма. - 2004. -С. 105.

3. Гладышев, Н.Ф. Регенеративный продукт на матрице. Оценка влияния фактуры стекловолокнистой матрицы на состав регенеративного продукта / Н.Ф. Гладышев, Э.И. Симаненков, Т.В. Гладышева, Н.Ю. Холоди-лин // Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ : материалы IX Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых. - Москва-Клязьма. - 2004. - С. 106.

4. Гладышев, Н.Ф. Регенеративный продукт на матрице. Способ получения. Свойства / Н.Ф. Гладышев, Б.В. Путин, Т.В. Гладышева, Э.И. Симаненков, Н.Ю. Холодилин // Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ : материалы IX Всероссийского симпозиума с участием иностранных ученых. - Москва-Клязьма. - 2004. - С. 107.

5. Пат. 2244577, Российская Федерация, МПК7 А 62 В 19/02. Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата / Путин Б.В., Гладышев Н.Ф., Гладышева Т.В., Симаненков Э.И., Холодилин Н.Ю.; заявитель и патентообладатель ОАО «Корпорация «Росхимзащита». -№ 2004101701/12; заявл. 20.01.2004; опубл. 20.01.2005, Бюл. № 2. - 32 с.: ил.

6. Пат. 2259231 Российская Федерация, МПК7 В 01 J 20/04. Способ получения регенеративного продукта и поглотителей кислых газов и устройство для его осуществления / Путин Б.В., Гладышев Н.Ф., Гладышева Т.В., Симаненков Э.И., Холодилин Н.Ю. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Корпорация «Росхимзащита». -№ 2003120415/15 ; заявл. 03.07.2003 ; опубл. 27.08.2005, Бюл. № 24. -Юс.: ил.

7. Гладышев, Н.Ф. Новый подход к конструированию средств индивидуальной защиты органов дыхания / Н.Ф. Гладышев, Т.В. Гладышева, Р.В. Дорохов, С.Б. Путин, Н.Ю. Холодилин // Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты : матер. VIII междунар. конф. - Хотьково, 2005. - С. 8687.

8. Дворецкий, С.И. Совершенствование процессов тепло- и массообме-на в дыхательных аппаратах с химически связанным кислородом / С.И. Дворецкий, Н.Ф. Гладышев, Т.В. Гладышева, Н.Ю. Холодилин // Современные энергосберегающие тепловые технологии: труды III Международной науч.-практ. конф. - М., 2005. - Т. 2. - С. 253-254.

9. Гладышев, Н.Ф. Конструктивная разработка устройства дополнительной подачи кислорода в самоспасатель / Н.Ф. Гладышев, Т.В. Гладышева, С.И. Дворецкий, Н.Ю. Холодилин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - Тамбов, 2006.-Т. 12, № За.-С. 727-730.

Подписано к печати 17.11.2006 Формат 60 х 84 /16. Гарнитура Times New Roman. Бумага офсетная. Объем 1,0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. С. 646

Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

cWûéÀ

191W

718?

Список обозначений.

Список аббревиатур и сокращений.

Введение.

1. Современное состояние в области разработки процессов регенерации воздуха и изолирующих дыхательных аппаратов.

1.1 Физико-химические основы процесса регенерации воздуха.

1.2 Подходы к математическому описанию процесса регенерации воздуха.

1.3 Материалы для регенерации воздуха и пути их совершенствования.

1.3.1 Регенеративный продукт на матрице.

1.4 Индивидуальные средства защиты с автономным химическим источником кислорода и основные тенденции в разработке.

1.4.1 Требования, предъявляемые к изолирующему дыхательному аппарату.

1.4.2 Изолирующий дыхательный аппарат.

1.4.3 Тенденции в разработке изолирующего дыхательного аппарата с химически связанным кислородом.

1.5 Постановка задач исследования.

2. Кинетика поглощения влажного диоксида углерода регенеративным продуктом на основе надпероксида калия на матрице в условиях проведения исследований на испытательном стенде «Искусственные легкие».

2.1 Техника и методика экспериментов.

2.1.1 Установка для проведения динамических испытаний само- 46 спасателей.

2.1.2 Методика проведения экспериментов.

2.1.3 Исследование кажущейся плотности регенеративного продукта на матрице.

2.2 Экспериментальные исследования кинетики процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием надпероксида калия на матрице.

2.2.1 Исследование динамической активности регенеративного продукта на матрице.

2.2.2 Экспериментальное исследование кинетики сорбции диоксида углерода регенеративным продуктом на матрице в ИДА с маятниковой схемой дыхания на установке ИЛ.

2.2.3 Экспериментальное определение кинетики сорбции диоксида углерода регенеративным продуктом на матрице в ИДА с круговой схемой дыхания.

2.2.4 Сравнение круговой и маятниковой схемы дыхания.

Выводы по главе 2.

3. Усовершенствование аппаратурно-технологического оформления процесса регенерации воздуха.

3.1 Разработка конфигурации регенеративного продукта на матрице

3.2 Выбор конструкционных материалов для самоспасателя.

3.3 Разработка конструкции ИДА с регенеративным продуктом на матрице.

3.3.1 Регенеративный патрон.

3.3.2 Дыхательный мешок.

3.3.3 Устройство подачи кислорода в начальный период времени

3.3.4 Лицевая часть.

3.3.5 Сравнение разработанного самоспасателя с серийно выпускаемыми.

3.4 Испытания опытной партии самоспасателей КС-15.

3.4.1 Время защитного действия КС-15 на установке «Искусственные легкие».

3.4.2 Время защитного действия КС-15 при испытании добровольцами-испытателями.

3.5 Перспективное направление развития конструкции ИДА с регенеративным продуктом на матрице.

Выводы по главе 3.

В современных условиях развития российского общества актуальной является проблема повышения уровня защиты человека от вредных воздействий ядовитых веществ, образующихся в случаях химического заражения, при спасении от ядовитых и вредных газов, пыли и паров, эвакуации из задымленных помещений. Исходя из многообразия возможных ситуаций, очевидно, что для обеспечения безопасности должна быть создана система средств защиты населения. Важным элементом такой системы являются носимые индивидуальные средства, защищающие органы дыхания, глаза и кожу лица от аэрозолей опасных химических и биологически активных веществ, а также паров и газов опасных химических веществ. Они должны обеспечивать человеку возможность самостоятельно покинуть опасную зону и снизить при этом риск отрицательных последствий до некоторых допустимых уровней.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002 - 2006 годы, приоритетное направление «Безопасность и противодействие терроризму», комплексный проект «Разработка технологий, методов и средств обеспечения системы биологической безопасности и противодействия терроризму», часть 6, этап «Разработка комплекса технологий по созданию средств индивидуальной и коллективной защиты населения от поражающих факторов при террористических актах, в том числе на базе надпероксидных соединений», 2004-2006 гг., проект «Разработка кислородного самоспасателя КС-15 для эвакуации гражданского населения в чрезвычайных ситуациях» (Шифр ОКР БТ-КП.2/001).

1 Автор выражает глубокую благодарность к-ту хим. наук, Гладышеву Николаю Федоровичу, и к-ту хим. наук, Гладышевой Тамаре Викторовне, за консультации в области технологии регенеративных продуктов, а также в области разработки изолирующих средств защиты органов дыхания.

По степени защиты дыхания от газового состава окружающей среды индивидуальные дыхательные аппараты разделяются на изолирующие (ИДА) и фильтрующие.

Известны изолирующие самоспасатели с тремя способами обеспечения дыхания человека:

- самоспасатели на сжатом воздухе;

- самоспасатели на сжатом кислороде;

- самоспасатели на химически связанном кислороде.

В качестве источников кислорода и поглотителей диоксида углерода в ИДА с химически связанным кислородом используются в основном регенеративные продукты на основе надпероксида калия (К02) в форме гранул, блоков, таблеток и т.п. Это вещество имеет высокую реакционную способность к СО 2 и парам воды выдыхаемого воздуха. Однако его использование для регенерации воздуха в ИДА недостаточно эффективно из-за низкого коэффициента отработки продукта, его высокой пожароопасности, повышенных температуры вдыхаемого воздуха и сопротивления дыханию и, как следствие, повышенных габаритов ИДА.

Изолирующие дыхательные аппараты, выпускаемые на основе этих регенеративных продуктов, предназначены для использования специально подготовленным персоналом и характеризуются высокими значениями температуры вдыхаемой газовой смеси и сопротивления дыханию. Кроме того, ввиду неполноты отработки регенеративного продукта, аппараты снаряжаются избыточным его количеством для обеспечения требуемого времени защитного действия, что приводит к неоправданному увеличению их массы и габаритов.

Цель работы. Исследование кинетики и аппаратурно-технологическое оформление процесса регенерации воздуха с использованием регенеративного продукта на основе надпероксида калия на матрице, разработка новой конструкции самоспасателя с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Научная новизна. Впервые исследована кинетика химического взаимодействия диоксида углерода и паров воды с надпероксидом калия на матрице в условиях пульсирующего потока газа, имеющего место при дыхании человека.

Подобрано расчетное уравнение динамики процесса сорбции диоксида углерода в регенеративном патроне ИДА, позволяющее рассчитывать степень отработки регенеративного продукта и время защитного действия ИДА в зависимости от нагрузки на аппарат.

Определен оптимальный режим функционирования ИДА, при котором достигается максимальное значение степени отработки регенеративного продукта, и рациональная конфигурация регенеративного продукта на матрице, обеспечивающая максимальную степень его отработки.

Разработаны принципы и методика проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия.

Практическая ценность. Установлена возможность применения полимерных материалов для изготовления регенеративного патрона ИДА, позволяющих разработать самоспасатель, обладающий улучшенными массога-баритными и эксплуатационными характеристиками.

Разработана оригинальная конструкция патрона самоспасателя с использованием регенеративного продукта на матрице, обеспечивающего снижение температуры вдыхаемой газовоздушной смеси на 10 °С и уменьшение гидравлического сопротивления на вдохе и выдохе на 50 %. Получен патент РФ № 2244577 «Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата».

Разработана конструкция самоспасателя, обеспечивающего лучшие эксплуатационные характеристики по сравнению с серийно выпускаемыми аппаратами аналогичного класса.

По результатам работы выпущена опытная партия самоспасателей КС-15 и проведены ее государственные испытания.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Современные проблемы организации пористых структур и адсорбционного разделения веществ» (Москва, 2004); Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» (Москва, 2005), VIII научно-практической конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты» (г. Хотьково Московской обл., 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и получены 2 патента.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, содержащего 124 источника, и 2 приложений. Содержание диссертации изложено на 143 страницах машинописного текста, включая 22 рисунка и 14 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработка регенеративного продукта на матрице является принципиально новым направлением в области создания средств защиты органов дыхания с повышенным ресурсом действия.

2. Разработана конфигурация регенеративного продукта, в виде пластины с рифлями, обеспечивающая степень его отработки -90-93 %, что на 30 % выше, чем у традиционных регенеративных продуктов.

3. Определен оптимальный режим функционирования ИДА (температура + 23 °С, расход газовоздушной смеси - 35 дм3/мин), при котором достигаются его наилучшие физиолого-гигиенические показатели: сопротивление дыханию 350 Па, максимальная температура вдыхаемого из аппарата воздуха - + 45 °С, степень отработки регенеративного продукта а0 = 93%, время защитного действия - 17 минут.

4. Установлено, что кинетика работы аппарата с маятниковой схемой дыхания на установке «Искусственные легкие» удовлетворительно описывается уравнением равновесной изотермической адсорбции. Разработано математическое описание процесса регенерации воздуха в самоспасателях с регенеративным продуктом на матрице, позволяющее рассчитывать степень отработки регенеративного продукта и время защитного действия ИДА в зависимости нагрузки на аппарат.

5. Впервые для изготовления традиционно металлических деталей и узлов самоспасателя применены полимерные материалы: полипропилен и фторопласт.

6. Разработана конструкция патрона самоспасателя, использующего регенеративный продукт на матрице, обеспечивающего снижение температуры вдыхаемой газовоздушной смеси с 50 до 40 °С и уменьшение гидравлического сопротивления на вдохе и выдохе с 800 до 350 Па, и удовлетворяющего нормам европейского и российского стандартов. Новизна технических решений подтверждена патентом РФ № 2244577 «Патрон изолирующего дыхательного аппарата», 2005 г.

7. Разработана принципиально новая конструкция ИДА с номинальным временем защитного действия 15 минут, обладающего наилучшими эксплуатационными характеристиками: размеры 115x190x210 мм, масса 0,9 кг, комфортные условия дыхания в аппарате.

8. Разработана методика проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия.

9. Даны практические рекомендации по дальнейшему развитию изолирующего дыхательного аппарата, использующего регенеративный продукт на матрице.

10. По результатам работы выпущена опытная партия самоспасателей КС-15 и проведены ее государственные испытания, которые показали, что разработанный аппарат обладает существенно лучшими физиолого-гигиеническими характеристиками, чем серийно выпускаемые ИДА аналогичного класса, и удовлетворяет нормам европейского и российского стандартов.

4 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИДА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

4.1 Методика проектирования ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице

Изолирующий дыхательный аппарат, как технологический объект, является достаточно сложной системой, состоящей из большого числа взаимодействующих элементов и характеризующийся их связностью, управляемостью, изменяемостью и иерархичностью, т. е. возможностью расчленения на уровни. Это позволяет применить при проектировании ИДА блочно-иерархический подход, разделяя сложную проблему создания нового изделия на ряд последовательно решаемых задач малой сложности.

В общем случае ИДА имеют следующие основные составные части, которые можно рассматривать как функциональные системы: лицевая часть;

- регенеративный патрон;

- дыхательный мешок с клапаном избыточного давления;

- теплообменник (холодильник);

- соединительные шланги;

- наружный футляр (сумка).

Каждый этап проектирования изолирующего дыхательного аппарата связан с выполнением определенных экспериментальных и теоретических исследований.

Цель экспериментальных исследований при проектировании ИДА -получение достаточно достоверной информации о предмете при помощи измерений и наблюдений в специально создаваемых и точно учитываемых условиях. Экспериментальное исследование процессов функционирования предмета исследований проводят на специальных лабораторных установках, оснащенных приборным оборудованием для замера изучаемых параметров. При разработке ИДА наиболее часто испытания макетов и опытных образцов проводят на установках "Искусственные легкие", позволяющих установить соответствие фактических показателей назначения аппарата проектным (ВЗД, сопротивление дыханию, температура вдыхаемой ГВС и т. п.).

Цель теоретического исследования - изучение общих количественных и качественных закономерностей явления, в частности технологического процесса, протекающего в аппарате. В большинстве случаев теоретическое исследование выполняют в комплексе с экспериментальным, данные последнего используют либо для построения, либо для проверки теоретических решений. В настоящее время при разработке конструкций ИДА теоретические исследования используются в незначительной степени ввиду отсутствия надежных моделей функционирования ИДА.

Структурный синтез дыхательного аппарата - часть процесса проектирования, связанная с выбором варианта схемы аппарата и его устройств. Структурный синтез выполняют по блочно-иерархическому принципу. В соответствии с ним на каждом уровне проектирования синтезируется определенный ранг системы: первоначально - общая схема, затем функциональная схема и конструкции функциональных систем, определяющих работу ИДА, -отдельные функциональные элементы и детали, входящие в сборочные единицы. В настоящее время структурный синтез при разработке ИДА еще недостаточно формализован. В большинстве случаев его выполняют, опираясь преимущественно на эрудицию и интуицию конструктора, знание предыдущих разработок и аналогов и различные справочные пособия.

Параметрический синтез дыхательного аппарата решает задачу определения основных конструкционных параметров аппарата в целом и его отдельных частей. В большинстве случаев параметрический синтез является задачей оптимизационного типа: параметры дыхательного аппарата должны быть определены таким образом, чтобы заданный или выбранный показатель эффективности имел оптимальное значение.

Эффективность и современный технический уровень индивидуальных дыхательных аппаратов определяются десятью группами показателей качества, характеризующими основные свойства оборудования (ГОСТ 22851-77). Показатели качества являются важным элементом, формирующим требования к конструкции дыхательного аппарата, группы этих показателей приведены ниже.

- Показатели назначения характеризуют функциональные свойства аппарата (время защитного действия на различных типах нагрузок, содержание вредных примесей в атмосфере, при которых аппарат должен обеспечивать защиту, диапазоны температур, при которых предполагается использовать аппарат, для каких работ, какого контингента и возраста предназначен аппарат и др.) и определяются назначением дыхательного аппарата.

Эргономические показатели (сопротивление дыханию, температура вдыхаемой ГВС, объемная доля диоксида углерода и кислорода во вдыхаемой ГВС, размеры лица человека, для защиты которого предназначен аппарат, углы обзора, разборчивость речи и др.) характеризуют условия функционирования аппарата в рабочем состоянии при работе в нем пользователя.

- Надежность, т. е. свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-83).

- Экономические показатели (стоимость разработки, подготовки производства и изготовления ИДА).

- Показатели технологичности характеризуют свойства дыхательного аппарата, обусловливающие оптимальное распределение затрат материалов, средств труда и времени при технологической подготовке производства, изготовлении и эксплуатации изделия. К показателям технологичности относятся, например, трудоемкость изготовления изделия, его технологическая себестоимость, удельная стоимость ремонтов и т. д.

- Показатели стандартизации и унификации, например, коэффициенты применяемости, повторяемости, взаимной унификации и др. отражают степень использования стандартных и однотипных узлов и деталей в данном изделии.

- Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность ИДА к транспортированию, не сопровождающемуся использованием изделия по назначению. Такими показателями являются, в частности, устойчивость к механическим воздействиям, средние продолжительность и трудоемкость подготовки оборудования к транспортированию, средняя продолжительность установки изделия на средство транспортирования, коэффициент использования его объема и др.

- Патентно-правовые показатели (показатели патентной защиты, патентной чистоты и др.) характеризуют степень обновления технических решений, использованных во вновь спроектированном дыхательном аппарате, их патентную защиту, а также возможность его беспрепятственной реализации в России и за рубежом.

- Экологические показатели определяют уровень вредных воздействий на окружающую среду при эксплуатации ИДА. К таким показателям относятся, например, содержание вредных примесей, выбрасываемых в окружающую среду, вероятность выброса вредных частиц, газов, излучений при хранении, транспортировании, эксплуатации дыхательного аппарата и т. д.

- Показатели безопасности характеризуют особенности дыхательного аппарата, обусловливающие безопасность обслуживающего персонала при транспортировании, монтаже, эксплуатации, хранении; это, например, вероятность безотказной работы, время срабатывания защитных устройств и ряд других показателей.

- Эстетические показатели изделия (форма, цветовая гамма, стиль и др.) определяют совершенство его художественного облика.

В зависимости от стадии определения различают показатели качества прогнозируемые, т. е. указанные в техническом задании на проектирование дыхательного аппарата, проектные (найденные в результате проведения расчетно-конструкторских работ), производственные (полученные при контрольных испытаниях аппаратов) и эксплуатационные (соответствующие условиям эксплуатации дыхательных аппаратов).

Помимо указанных показателей качества, при конструировании должны учитываться основные тенденции развития отрасли и ситуация на рынке.

К таким тенденциям относятся:

- снижение массы и габаритов ИДА (при заданном ВЗД);

- улучшение физиолого-гигиенических характеристик ИДА (снижение сопротивления дыханию, температуры вдыхаемой ГВС и т.д.); повышение надежности ИДА; повышение экономической эффективности разработки и производства ИДА (тщательное экономическое обоснование необходимости создания новых элементов и нового оборудования на всех стадиях разработки и внедрения, обеспечение минимальных материало- и энергозатарат производства при заданной производительности);.

- повышение удобства при эксплуатации ИДА.

Новое изделие, как правило, должно по своим технико-экономическим показателям превосходить аналогичные существующие лучшие образцы.

Легко обнаружить, что перечисленные требования взаимосвязаны, причем в одних случаях их воздействия на определенные показатели качества проектируемого ИДА совпадают, в других - нет. Например, требования функциональной эффективности, технологичности, экономической эффективности однозначно связаны с рядом показателей качества; это относится также к соотношению требований надежности и прочности. В конкурирующем соотношении по влиянию на экономическую эффективность находятся, например, требования прочности, жесткости, устойчивости с одной стороны, и минимальной материалоемкости, экономической эффективности, с другой. Повышение прочности, жесткости ведет к увеличению материалоемкости и, поскольку стоимость ИДА в значительной мере зависит от стоимости материалов, пошедших на его изготовление, к увеличению капитальных затрат и, при прочих равных условиях, к снижению экономической эффективности. Использование при конструировании принципа равнопрочности, т. е. соблюдение требования, в соответствии с которым нагружаемые элементы имеют одинаковый запас надежности по отношению к действующим на них нагрузкам, позволяет уменьшить их материалоемкость. Однако при этом необходимо учитывать возможность уменьшения жесткости деталей, а в ряде случаев усложнение их формы, что может затруднять технологию их изготовления.

Противоречивость требований, предъявляемых к конструкциям дыхательных аппаратов, выдвигает задачу поиска оптимального решения, при котором соотношение отдельных требований обеспечивает наибольшую эффективность ИДА. Следовательно, их проектирование является задачей оптимизационного типа, и соответствующий процесс ее решения называется оптимизационным проектированием изолирующего дыхательного аппарата.

Задача при конструировании ИДА - это создание изделия, отвечающего потребностям человека, дающего наибольший экономический эффект и обладающего наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Главными показателями при разработке ИДА являются:

- обеспечение функциональных характеристик и показателей назначения дыхательных аппаратов в соответствии с требованиями ТЗ;

- прочность, надежность, малая масса и металлоемкость, габариты, объем, расходы на оплату труда, высокие технические характеристики, простота и безопасность обслуживания, удобство сборки.

- обеспечение удобства изготовления ИДА с минимальным количеством трудовых и материальных затрат в условиях серийного производства;

- соблюдение требований технической эстетики: в первую очередь красивый внешний вид, сочетание по цветовой гамме составных частей ИДА и в конечном итоге - высокий экономический эффект от оптимизации вышеперечисленных показателей.

Значимость каждого из перечисленных факторов зависит от функционального назначения изделия. Необходимые показатели при создании ИДА -компактность, удобство, простота и безопасность использования, надежность, стабильность работы. Необходимо учитывать эксплуатационные характеристики, область применения, условия эксплуатации, характер использования изделий (многоразовое или одноразовое его применение).

Несмотря на различие задач, решаемых на отдельных этапах конструирования индивидуального дыхательного аппарата и любого другого изделия, начиная с синтеза его общей структуры при разработке технического предложения и кончая изготовлением рабочих чертежей отдельных деталей, имеются общие методы их решения. К таким методам относятся конструктивная преемственность, трансформация и инверсия, эвристика. Эти методы тесно связаны между собой; обычно их используют одновременно на всех стадиях проектирования, применяя ко всем функциональным системам изделия.

Конструктивная преемственность при проектировании выражается в использовании всего ранее накопленного опыта. Такой подход оправдан тем, что каждая сборочная единица - как правило, результат творчества нескольких поколений конструкторов, причем в новых конструкциях используют наиболее удачные и прогрессивные решения. По этой причине, например, при выборе общей схемы аппарата техническое задание обычно ориентирует конструктора на определенный отечественный или зарубежный прототип (аналог), технические показатели которого находятся на высоком уровне. Конструктивная преемственность предусматривает критический подход проектанта, как к техническому заданию, так и к аппаратам-аналогам, рекомендованным в качестве прототипа.

Конструктивная преемственность не является простым или масштабированным переносом той или иной системы конструкции, так как учитывает возможность использования в разрабатываемой конструкции новых, более совершенных технических средств. В большинстве случаев при этом выполняют весь комплекс проектных и поверочных расчетов, определяющих параметры системы, т. е. выполняют параметрический синтез.

На начальных стадиях проектирования особое внимание необходимо уделять выбору структуры и основных параметров проектируемого изделия. Это обусловлено тем, что принятые на стадии проектирования решения в дальнейшем практически определяют все основные свойства изделия. Параметрический синтез должен обеспечивать получение оптимальных параметров создаваемого оборудования.

Конструктивная преемственность - это использование при проектировании предшествующего опыта, всего полезного, что есть в существующих конструкциях ИДА. Изначально важно изучение исходных материалов при разработке новой конструкции. Основная задача заключается в правильном выборе параметров аппарата. Частные конструктивные ошибки исправимы в процессе изготовления и доводки изделия. Ошибки же в параметрах и в основном замысле не поддаются исправлению и ведут к провалу конструкции. На этом этапе не следует щадить ни времени, ни усилий на изыскания. Необходимо изучить опыт выполненных зарубежных и отечественных образцов, провести сравнительный анализ их достоинств и недостатков, выбрать правильный аналог и прототип, выяснить тенденции развития в подобных изделиях. Важным условием правильного проектирования является наличие фонда справочного конструктивного материала, а также обязательно систематическое углубленное изучение отечественной и зарубежной литературы и патентов. Все это можно резюмировать одной формулой: при создании нового конструктор должен «смотреть вперед, оглядываться назад и озираться по сторонам». Направление конструктивной преемственности не означает ограничения творческой инициативы, только не следует изобретать уже изобретенное и помнить правило, сформулированное ещё в начале XX века Гюльд-нером: «меньше изобретать, больше конструировать». Конструктор всегда должен работать над собой, пополнять запас конструктивных решений. Опытный конструктор всегда подметит и мысленно сфотографирует интересные конструктивные решения даже на чужих по профилю аппаратах, на любых попадающих в поле зрения механизмах.

Начальный процесс разработки начинается с компоновки аппарата и зависит от опыта, навыков и способностей конструктора. Основные закономерности: выяснение на первых этапах только основных элементов и игнорирование подробностей; рассмотрение нескольких вариантов и выбор наилучшего на основе сопоставления конструктивной, технологической и эксплуатационной целесообразности; параллельные с проектированием ориентировочные расчеты на прочность, жесткость, долговечность; придание технологичности разработки, последовательное проведение унификации и стандартизации; рассмотрение всех элементов на эксплуатационную надежность.

Метод конструкторской преемственности целесообразно использовать вместе с методами трансформации и инверсии, предполагающими преобразование или обращение функций системы или ее элементов.

Эвристика - метод генерации идей, в частности основанный на использовании определенной системы наводящих вопросов. При конструировании эти вопросы могут быть отнесены, например, к обсуждению свойств прототипа создаваемого нового аппарата, его отдельных функциональных систем или элементов и относятся ко всем показателям качества - от показателей назначения, надежности и т. д. до показателей безопасности. Цель такого подхода - побуждение творческой активности конструктора, его эффективное и целенаправленное включение в поиск новых решений. Предполагают, что при использовании этого метода проектант хорошо знаком с техническим заданием на дыхательный аппарат, принципом его действия, конструкцией, расчетной схемой, технической литературой, эксплуатационными данными и пр.

Обсуждают недостатки конструкции прототипа по основным показателям качества и устанавливают пути их улучшения, например, интенсификацией, модификацией, унификацией и т. д. По отношению к изделию в целом и его каждой функциональной системе и элементу исследуют вопрос: каково должно быть воздействие, чтобы улучшился показатель качества проектируемого изделия? К эвристическому методу поиска новых идей относится так называемая мозговая атака. Цель мозговой атаки при конструировании - стимулировать быстрое генерирование большого числа новых решений. С этой целью отбирают группу компетентных лиц, перед которым ставят определенную задачу, причем оговаривают, что для решения принимают любые идеи, критика которых запрещается. При проведении сеанса мозговой атаки (длительность около 0,5 ч) идеи высказывают вслух и фиксируют; при этом происходят комбинация, усовершенствование и обогащение высказываемых предположений. Предпочтительно записывать идеи на отдельных карточках, которые впоследствии, классифицируют по направлениям, а предложения оцениваются специалистами.

Метод эвристик удобно применять при создании принципиально нового дыхательного аппарата. Здесь выполняют разработку, перебор и оценку ряда вариантов, в которых используют найденные решения. Если число предлагаемых новых решений (факторов решения) значительно, причем они относятся к различным уровням проектируемого объекта (например, несколько вариантов систем поглощения диоксида углерода, систем кондиционирования подготовленной смеси), то общее число вариантов конструкции становится очень большим и для отбора рациональных вариантов следует использовать упорядоченный поиск. Сущность такого поиска близка по сути к задачам дискретной целочисленной оптимизации, как правило многокритериальной.

Упорядоченный поиск, проведенный в полном объеме, позволяет найти оптимальное решение; обычно в этом случае используют ЭВМ. В простых случаях, при сравнительно малом числе факторов решения, ограничиваются более простыми методами выбора вариантов сочетания новых решений, например, интуитивным или построением дерева решений. В последнем случае, представляющем собой упрощенный способ упорядоченного поиска, указывают варианты объектов выбора по уровням или функциональным группам, дают их сравнительную оценку в баллах и формируют путь через объекты, обеспечивающий наивысшую суммарную оценку. Факторы решения, входящие в этот путь, образуют искомый вариант конструкции.

Компоновку отдельных элементов и систем в корпус аппарата выполняют с использованием блочно-иерархического принципа с переходом от общего к частному. Первоначально, на этапе эскизного проектирования, компонуют основную схему, общую конструкцию аппарата. Разрабатывают несколько компоновочных вариантов, т. е. выбирают и вычерчивают схемное решение дыхательного аппарата, определяют взаимное положение рабочих органов и подсистем, оценивают схему их температурного и механического нагружения, правильность размещения и форм основных элементов системы. Одновременно выполняют основные технологические, тепловые, механические и другие расчеты, которые связаны с выбором форм и размеров компонуемых элементов аппарата.

На этапе технического (рабочего) проектирования уточняют конструкцию каждого элемента системы, полностью разрабатывая варианты с учетом всех требований технического задания. При компоновке и конструировании элементов следует придерживаться предпочтительного ряда унификации нормальных элементов, уделять внимание вопросам удобства сборки-разборки системы, ее элементов и обслуживания, осмотра и регулирования. При этом окончательно решают вопросы выбора конструкционных материалов для основных деталей, продумывают способы повышения их долговечности.

При конструировании аппарата следует предусмотреть возможность последующей модернизации его конструкции, повышения эффективности процесса регенерации и т. п.

При разработке ИДА нового поколения основным источником информации о требованиях к аппарату является требования ТЗ. На начальном этапе разработки определяется конфигурация регенеративного продукта, при которой результаты испытания условного регенеративного патрона будут удовлетворять физиолого-гигиеническим требованиям (ФГТ), предъявляемым техническим заданием. К ним относятся: температура вдыхаемого из аппарата воздуха, гидравлическое сопротивление дыханию, концентрации диоксида углерода и кислорода и состав примесей во вдыхаемой ГВС. При удовлетворении этим требованиям рассчитывается схема циркуляции воздуха в воздуховодной системе ИДА. В зависимости от того, какая схема будет выбрана для разработки, масса регенеративного продукта может рассчитываться: для маятниковой схемы - на основании применения разработанной регрессионной модели в виде искусственной нейронной сети, либо косвенно - из уравнения Вильсона; для круговой схемы масса регенеративного продукта может косвенно рассчитываться из «уравнения сжимающейся сферы». После расчета количества регенеративного продукта выбирается материал для изготовления регенеративного патрона и проверяется совместно с продуктом на термостойкость и выделение вредных примесей. Дальнейшее конструирование аппарата заключается в разбивке его на составляющие элементы, отдельной их разработке, а затем - сборке в единое целое и испытании на установке «Искусственные легкие» или добровольцами-испытателями. Результаты испытаний должны удовлетворять требованиям ТЗ по физиолого-гигиеническим, эксплуатационным и другим предъявляемым параметрам. Если результаты испытаний не удовлетворяют требованиям ТЗ, то необходимо заново разрабатывать конструкцию ИДА, начиная с патрона. При удовлетворении результатов испытаний требованиям ТЗ, конструкцию можно передавать на изготовление опытной партии и ее испытание. Если испытания опытной партии прошли успешно, то есть, удовлетворены все требования технического задания, то можно рекомендовать данную конструкцию к внедрению в производство. При неудовлетворительных испытаниях опытной партии производится идентификация отказа, и дорабатывается тот элемент, который явился причиной отказа. Затем производятся повторные испытания опытной партии.

Схема методики процесса разработки ИДА нового поколения показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1 Методика разработки ИДА нового поколения

Важнейшим показателем эффективности ИДА является время защитного действия т3д. В ходе анализа экспериментальных данных, полученных на испытательной установке ИЛ (Приложение П 1), была построена матрица коэффициентов причинного влияния технологических параметров на т3д и выявлены наиболее значимые переменные процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице: масса регенеративного продукта тт, г, в патроне; расход ГВС (легочная вентиляция) GrBC, дм /мин; подача диоксида углерода Gco2, дм /мин; отбор ГВС из дыхательного объема G01, дм /мин, начальная концентрация диоксида углерода Сс02, % масс., в окружающей среде и температура в камере ГКАМ, °С.

Для построения регрессионной модели, описывающей зависимость среднего значения времени защитного действия от выходных переменных процесса регенерации воздуха в ИДА, использовался аппарат искусственных

Рис. 4.2 Схема нейронной сети На рис. 4.2 представлена схема трехслойной нейронной сети прямого распространения, составленной и обученной с использованием алгоритма обратного распространения ошибки по данным испытаний, проведенных на установке ИЛ. Данная сеть позволяет рассчитывать время защитного действия аппарата т3д, мин, в зависимости от условий испытания аппарата. Погрешность расчета составляет не более 0,2 по абсолютному значению.

По результатам проверки адекватности ИНС, обученной на опытных данных, погрешность полученных при исследовании процесса регенерации воздуха в ИДА на экспериментальной установке ИЛ, было установлено: в режиме «относительный покой» (10 дм /мин) относительная погрешность составляет 6 %, в режиме средней нагрузки (35 дм /мин) - 4 %, в режиме высокой нагрузки (70 дм /мин) - 8 %. Полученные результаты свидетельствуют о том, что погрешности моделирования процесса регенерации воздуха в ИДА с использованием регенеративного продукта на матрице вполне согласуются с погрешностью измерения опытных данных. В связи с этим построенная регрессионная модель в виде обученной ИНС используется в методике проектирования ИДА с повышенным ресурсом действия.

В таблице 4.1 представлены значения весов и смещений для обученной нейронной сети.

1. Вольнов, И.И. Перекиси, надперекиси и озониды щелочных и щелочноземельных металлов / И.И. Вольнов // М. : Наука, 1964. 121 с.

2. Вольнов, И.И. Перекисные соединения щелочных металлов / И.И. Вольнов // М. : Наука, 1980. 160 с.

3. Steinert, Н. Sauerstoffabgebende Massen vom Тур Allcaliperoxyd im Dinste des Atemschutzes / H. Steinert // Atemschutz Informationen, Leipzig, 1963. Nu. 2. - S. 36-39

4. Bovard, R.M. Aerospace Med. / R.M. Bovard, 1960. Vol. 31. - P. 407

5. Мельников, A.X. Исследование взаимодействия надперекиси калия с водяным паром и углекислым газом / А.Х. Мельников, Т.П. Фирсова, А.Н. Молодина // ЖНХ, 1962. Т. 7, № 6. - С. 1228-1236

6. Мельников, А.Х. Получение чистых препаратов пероксодикарбона-та калия и изучение некоторых его свойств / А.Х. Мельников, Т.П. Фирсова, А.Н Молодина // ЖНХ, 1962. Т. 7, № 6. - С. 1237

7. Мельников, А.Х. Мельников А.Х., Фирсова Т. П. Взаимодействие парообразной перекиси водорода с гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов. //Журн. неорган, хим. 1963. Т. 8. Вып. 3. С. 560.

8. Мельников, А.Х. Исследование взаимодействия надперекисей калия и натрия с водяным паром и углекислым газом и синтез пероксокарбонатов / А.Х. Мельников, Т.П. Фирсова, A.M. Молодкина // Химия перекисных соединений. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С. 128-139

9. Kraus, Ch. J. Amer. Chem. Soc. / Ch. Kraus, E. Parmenter- 1934. -Vol. 56.-P. 2385

10. Harcourt, A.B. J. Chem. Soc. / A.B. Harcourt, 1862. Vol. 14. - P. 267

11. Рогожкин, P.Jl. Исследование взаимодействия продукта ОКЧ-3 с углекислым газом и водяным паром при температуре 85 °С / Р.Л. Рогожкин, А.А. Кримштейн, О.Д. Гребенникова // Отчет ТНИХИ, 1966. С. 60

12. Романков, П.Г. Массообменные процессы химической технологии / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов Л. : Химия, 1990. - 384 с.

13. Лыков А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков М.: Высшая школа, 1967. - 600 с.

14. Исаченко, В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. -М.: Энергоиздат, 1981.-416 с.

15. Рудобашта, С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой / С.П. Рудобашта М.: Химия, 1980. - 248 с.

16. Crank, J. The mathematics of diffusion / J. Crank Oxford, 1956.414 pp.

17. Рудобашта, С.П. Диффузия в химико-технологических процессах /

18. C.П. Рудобашта, Э.М. Карташов. -М.: Химия, 1993. 208 с.

19. Боресков, Т.К. Проблемы кинетики и катализа / Г.К. Боресков VI. Гетерогенный катализ. М.: Йзд-во АН СССР, 1949. - 404 с.

20. Боресков, Г.К. Роль процессов внутреннего переноса в гетерогенном катализе. / Г.К. Боресков // Сборник докладов на III симпозиуме IV международного конгресса по катализу. Новосибирск : Наука, 1970. - С. 5-15

21. Ruthven, D.M. Principles of adsorption and adsorption processes /

22. D.M. Ruthven. -N.Y.: Willy, 1984.-433 pp.

23. Протодьяконов, И.О. Механика процесса адсорбции в системах газ твердое тело / И.О. Протодьяконов, С.В. Сипаров. - Л. : Наука, 1985. - 298 с.

24. А .Я. Розовский. Кинетика и катализ, 1963, 3, 894. 24.1. Langmuir-J. Amer. Chem. Soc., 1916, 38, 2221.

25. J.V. Macdonald, C.W. Hinshelwood. J.Chem.Soc., 1925, 127, 2764.

26. А.В. Раевский, Г.Б. Манелис. ДАН СССР, 1963, 151, 886.

27. В.И. Архаров. В кн.: Механизм взаимодействия металлов с газами. М.: Наука, 1964, с.24,93.

28. П. Джейкобе, Ф. Томпкинс. В кн.: Химия твердого состояния. М.: ИЛ, 1961, с.245.

29. Д. Янг. Кинетика разложения твердых веществ. М.: 1969.

30. S.W. Izmailov. -Phys. Z. Sowjet., 1933, 4, 835/

31. Ch.S. Bagdasarjan. Acta physico-chim. URSS, 1945, 20,441.

32. W. Thomas, F. Tompkins. -Proc.Roy.Soc., 1951, A210, 111.

33. M.M. Павлюченко. -ЖФХ, 1949,23, 800.

34. А.Я. Розовский. Кинетика топохимических реакций. М.: Химия,1974.

35. С.З. Рогинский, Е.И. Шульц. -Укр.хим.ж., 1928, 3, 177.

36. Рачинский, В.В. Введение в общую теорию динамики сорбции и хроматографии / В.В. Рачинский. -М.: Наука, 1964. 135 с.

37. Пшежецкий, С .Я. / С .Я. Пшежецкий // Ж. физ. хим, 1947. Т. 21. -С.1019

38. Wagner, О. // Z. Phys. Chem. 1943, 1. А193

39. Ройтер, В.А. Кинетика процессов химического взаимодействия газов о твердыми телами / В.А. Ройтер, В.А. Радченко // Ж. физ. хим, 1939. Т. 7. - С. 896-900

40. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д.А. Франк-Каменецкий. М.: Наука, 1987. - 492 с.

41. Франк-Каменецкий, Д.А. К диффузионной теории гетерогенных реакций / Д.А. Франк-Каменецкий // Ж. физ. хим, 1939. Т. 13, № 6. - С. 756-758

42. Киперман, С.Л. Введение в кинетику гетерогенных каталитических реакций / С.Л. Киперман. М.: Наука, 1961. - 607 с.

43. Киперман, С.Л. Основы химической кинетики в гетерогенном катализе С.Л. Киперман. М.: Химия, 1979. - 352 с.

44. Osicik, J. Adsorption / Osicik, J. N.Y.: Halsted Press - 1982. - 178pp.

45. Рогинский, С.З. Проблемы кинетики и катализа. III. Адсорбция газов и паров твердыми телами / С.З. Рогинский. JI. : ОНТИ, 1937. - 356 с.

46. Елович, С.Ю. Проблемы кинетики и катализа. III. Адсорбция газов и паров / С.Ю. Елович, Ф.Ф. Харахорин. Л.: ОНТИ, 1937. - 222 с.

47. Кримштейн, А.А. Решение задачи изотермической динамики сорбции при произвольных граничных и начальных условиях / Кримштейн А.А. // Труды 1 научно-технической конференции ТНИХИ «Динамика сорбции и ее практическое положение». Тамбов, 1974. - С. 3-8

48. Бернман, Ю.А. О диффузионном массообмене в неподвижном слое зернистого материала / Ю.А. Бернман, Р.Ф. Нагаев // Прикл. матем. и мех. 1969. - Т. 33, № 2. - С. 224-231

49. Колин, В.Л. / В.Л. Колин, И.Н. Таганов, И.Н. Ермолаенко и др. // Изв. АН СССР. сер. хим. 1978, № 4. - С. 51-55

50. Жукова, Н.А. Динамика изотермической сорбции при резковыпук-лой изотерме / Н.А. Жукова, А.А. Кримштейн, В.Л. Колин, И.Н. Таганов. Л, 1976. - 14 С. - Деп. в ЛТИ им. Ленсовета, № 500-76

51. Плотникова С.В. Кинетика и математическое моделирование процессов массо- и теплопереноса в изолирующих дыхательных аппаратах : дис. канд. техн. наук : 05.17.08. Тамбов, 1994. - 137 с.

52. Flanders, D.A. / D.A. Flanders, Н. Fricke // J. Ghem. Phys. 1958, № 28.-p. 1126

53. Гребенников С.Ф. / дис. . канд. хим. наук. Тамбов, 1969 г.

54. Колин, В.Л. Синтез и исследование математических моделей типовых химико-технологических процессов / В.Л. Колин, А.В. Колбанцев, И.Н. Таганов. Л. : ЛТИ им. Ленсовета, 1980. - 94 с.

55. Закгейм, А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов / А.Ю. Закгейм, А.Ю. М. : Химия, 1982. - 288 с.

56. Кутепов, A.M. Общая химическая технология / A.M. Кутепов, Т.И. Бондарева, Т.И. Беренгартен. М. : Высшая школа, 1990. - 520 с.

57. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники / Н.В. Кельцев. -М.: Химия, 1984.-591 с.

58. Воронин, Г.И. / Г.И. Воронин, A.M. Генин, А.Г. Фомин // В сб. «Проблемы космической биологии» . 1967. - Т. 8. - М. : Наука. - 88 с.

59. Мельников, А.Х. Средство защиты от OB / А.Х. Мельников. JI. : Оборонгиз. - 1939. - 246 с.

60. Пат. 2405580 США. Method for producing alkali metal oxides /Jackson С. В. НКИ 23-184. 1964.

61. Пат. 1460714 Франция, МПК A 62 D 9/00. Procede de preparation d'un hyperoxyde alkalin / Georges С. заявл. 29.09.65; опубл. 24.10.1966. - 6 с. (ru.espacenet.com).

62. Жданов, Д.В. Кинетика и аппаратурное оформление ресурсосберегающего технологического процесса получения надпероксида калия. Авто-реф. дисс. канд. техн. наук. Тамбов, 2003. - 16 с.

63. Ферапонтов Ю.А. Разработка новой технологии получения супероксида калия Автореф. дис. канд. техн. наук. С.-Пб, 2002. -19 с.

64. С.В Jackson., R.C.Werner. Hangling and Uses of the alkali Metals. Adivances in Chemestry Series, №19, 1957. Washington.

65. Пат. 1546513 ФРГ, МПК A 62 D 9/00. Vertahren zur Herstellung sauersteffabgebender Austauschmassen / Beyer J. заявл. 13.05.1966; опубл. 06.05.1970. - 9 с. (ru.espacenet.com)

66. Пат. 2547267 США, МПК А 62 D 9/00. Oxygen liberating compositions / С. Jackson; заявитель и патентообладатель: Mine Safety Appliances corp. -заявл. 24.08.44; опубл. 03.04.51.-4 с. (www.uspto.gov)

67. Пат. 28034/78 Япония, МПК С 01 В 13/02. Способ получения кислорода и применяемое для этого устройство / заявитель и патентообладатель Санко кагаку когё К.К. заявл. 20.06.73; опубл. 11.06.78. - 12 с. (ru.espacenet.com)

68. Пат. 131806/85 Япония, МПК С 01 В 13/02. Генератор кислорода / Ниппонпайоникусу. -заявл. 19.02.83; опубл. 13.07.85. -10 с. (ru.espacenet.com)

69. Пат. 3639146 ФРГ, МПК С 01В 13/02. Kaliumsuperoxide-Fomikorper / W.Eckssein. заявл. 15.11.1986; опубл. 24.09.87.-23 с. (ru.espacenet.com)

70. Пат. 2116657 Франция, МПК С 01 В 15/00. Compositions a base de superoxyde de potassium et leurs applications dans les appareils respiratoires / M. Rio. заявл. 12.08.71; опубл. 06.10.72. - 12 с. (ru.espacenet.com)

71. F. Gaillard. Applications du superoxide de potassium a la regeneration sous-marine. Centre de Recherches Appliquees. L'Air Liquide.

72. Пат. 1287934 ФРГ, НКИ 61 В l/02.Verfahren zur Herstellung sawerstoffabgender Austauschmassen auf der Basis von Alkalyhyperoxiden fur Atempatronen, insbesodere fur Rettungsgerate / W. Brosius. заявл. 13.04.67; опубл. 26.02.69.

73. Пат. 3446744, США. МПК С 01 В 15/00. Low melting K02-Na02 eutectic compositions / F. Tepper. опубл. 27.05.69. - 4 с. (www.uspto.gov)

74. Пат. 1546512 ФРГ, НПК А 62 В 19/00. Verfahren zur Herstellung einer Austauschmasse zum Einsatz in Atempatronen, vorzugsweise fur Rettungsgerate / E. Pieper. заявл. 13.05.66; опубл. 06.05.70. - 5 с. (ru.espacenet.com)

75. Пат. 402083.3 США, МПК А 62 D 9/00. Oxygen source for human respiration requirements / H. Rind. заявл. 21.06.76; опубл. 03.05.77. - 10 с. (www.uspto.gov)

76. Пат. 0086138 ЕПВ, МПК С 01 В 15/02. Compositions a base de superoxyde de potassium et leurs applications / J. Malafosse. заявл. 27.01.83; опубл. 17.08.83. - 22 с. (ru.espacenet.com).

77. Peter C.Wood. Departament of Chemistry San Jose Stabe University. San Jose, California. Theodore Wydeven Ames Research Center, Moffett Field, California, S.and Techn. A.R.STAR, v.2.№ 20, p.3515, 23.05.85.

78. Пат. 2075319 РФ, МПК А 62 D 9/00. Регенеративный продукт / Путин Б. В., Симаненков С.И. и др.; заявитель и патентообладатель: ОАО «Корпорация «Росхимзащита».-заявл. 01.07.93; опубл. 20.03.97. -19 с. (www.fips.ru).

79. Гладышева Т.В. Пероксидные соединения кальция. Дисс. . канд. хим. наук. М.: ИОНХ РАН, 1994. 180 с.

80. Пат. 2209647 РФ, МПК А 62 D 9/00. Регенеративный продукт / Гладышева Т.В., Гладышев Н.Ф. и др. заявитель и патентообладатель: ОАО «Корпорация «Росхимзащита». заявл. 09.04.01; опубл. 10.08.03. - 15 с. (www.fips.ru).

81. Пат. 5690099 США, МПК А 62 В 7/08. Method and apparatus for revitalizing exhaled air / V. Abramov. заявл. 22.07.96; опубл. 25.11.97. - 35 с. (www.uspto.gov)

82. Пат. 4113646 США, А 62 D 9/00. Air revitalization composition / P. Gustafson. заявл. 25.04.77; опубл. 12.09.78. - 8 с. (www.uspto.gov).

83. Пат. № 2401484 США, НКИ 252-184.Compositions for purification of air and a process of making same / C. Jackson. заявл. 03.08.40; опубл. 04.06.46. - 5 с. (www.uspto.gov)

84. Пат. 2405566 США, НКИ 252-186. Method of preparing an oxygen liberating composition. (MSA) / D. Feigley. заявл. 03.04.42; опубл. 13.08.46. -4 с. (www.uspto.gov)

85. Пат. 2120643 США, НКИ 252-184. Method of preparing an oxygenliberation composition/К. Gerson. заявл. 29.06.34; опубл. 14.06.38.-4 с. (www.uspto.gov)

86. Пат. № 2160542 США, НКИ 23-6.0xygen Liberating compositions / Kurt A. Gerson.-1939. заявл. 29.06.34; опубл. 30.05.39. - 4 с. (www.uspto.gov)

87. Пат. 2389309 США, НКИ 23-4. Process for regenerating exhaled air / N. Herzmark. заявл. 02.02.42; опубл. 20.11.45. - 4 с. (www.uspto.gov)

88. Пат. 3920803 США, МПК С 01 В 13/02. Oxygen-generating granules / D. Boryta. заявл. 20.10.72; опубл. 18.11.75. - 14 с. (www.uspto.gov).

89. Пат. 4867902 США, А 62 D 9/00. Microencapsulated oxygen generators / D. Russel. заявл. 23.03.88; опубл. 19.09.89. - 27 с. (www.uspto.gov).

90. Пат. 2225241 РФ, МПК А 62 D 9/00. Регенеративный продукт и способ его получения / Гладышева Т.В., Гладышев Н.Ф. и др. заявитель и патентообладатель ОАО «Корпорация «Росхимзащита»; заявл. 12.05.02; опубл. 10.03.04. - 12 с. (www.fips.ru)

91. Ходот, В.В. Рудничные респираторы / В.В. Ходот. -М.: Углетех-издат.- 1948.

92. Основы создания кислородного самоспасателя SSR 16В, фирмы «Аиег», перевод, инв. № 796, ТамбовНИХИ, 1981. 5 с.

93. Разработать малогабаритный самоспасатель на химически связанном кислороде со сроком защитного действия 10 мин (ШСМ). Отчет по НИР, ВНИИГД, Донецк, 1985. 184с.

94. Варнке Е. Создание новых кислородных самоспасателей фирмы «Drager» OXY-SR6O, в журнале Dragerheft, 1997, 309, с. 1-8.

95. Kuriazi N. Laboratory Testing of the CSE SR-100 Self-Contained Self-Rescuer for Ruggedness and Reliability. Rept. Invest. Bur. Mines US Dep. Inter. 1970.

96. Watson R.W. Evolution of the Safety of the CSE SR-100 Self-Contained Self-Rescuer. Rept. Invest. Bur. Mines US Dep. Inter. 1971.

97. Kovac I.G. Am Mann getragene. Umgebungsunabhangige atemschutzgerate fur den americanischenKohlenbergbau. Glukauf, 1991,127, №15-16, с 682-684

98. Пат. 3815592 США, МПК А 62 В 7/00. Closed circuit breathing apparatus / С. Staub. заявл. 07.05.73; опубл. 11.06.74. - 9 с. (www.uspto.gov)

99. Пат. 3639146 ФРГ, МПК С 01В 13/02. Kaliumsuperoxide-Fomikorper / W.Eckssein. заявл. 15.11.86; опубл. 24.09.87. - 5 с. (ru.espacenet.com)

100. Пат. 3655346 США, МПК А 62 В 7/00. Emergency breathing apparatus / H.Cotabish. заявл. 19.02.70; опубл. 11.04.72. - 7 с. (www.uspto.gov)

101. Пат. 893156 ФРГ, МПК А 62 В 19/02. Aktiengesellschaft Mit Al-kalisuperoxyd gefullte luftreiningungspatronne / заявитель и патентообладатель

102. Auergesellschaft GmbH. -заявл. 18.05.40; опубл. 12.10.53. 6 с. (ru. espacenet. com)

103. Пат. 2913317 США, НКИ 23-281. Oxyden Producing Canister / R. Bovard. заявл. 21.05.57; опубл. 17.11.59. - 10 с. (www.uspto.gov)

104. Пат. 1270955 ФРГ, МПК А 62 В 19/02. Zufreinigungspatrone for Atemschutzgerate / W. Lemcke . заявл. 22.09.64; опубл. 23.01.69. - 7 с. (ru.espacenet.com)

105. Пат. 3942524 США, МПК А 62 В 7/08. Emergency breathing apparatus/Е. Perry. заявл. 08.11.74; опубл. 09.03.76. - 7 с. (www.uspto.gov)

106. Пат. 2642890 ФРГ, МПК А 62 В 19/00. Chemikalpatrone fur Atemschtuzgerate / Заявитель и патентообладатель Auergessellschaft Gmbh. -заявл. 21.09.76; опубл. 23.03.78. 6 с.

107. А.с. 1106518 СССР, МПК А 62В 19/02. Регенеративный патрон изолирующего дыхательного аппарата / Н.М. Худосовцев. заявл. 17.01.83; опубл. 07.08.84.-Юс.

108. Пат. 3442882 ФРГ, А 62В 7/08. Респиратор с регенерацией воздуха для дыхания / заявитель и патентообладатель Dragerwerk AG. заявл. 24.11.84; опубл. 28.05.86. - 7 с. (ru.espacenet.com)

109. Пат. № 2558087 ФРГ, МПК А 62В 1 l/00.Verfahren zum Regenerieren der Luft in einem Raum. Kreislaufatmung / M. Werner. заявл. 19.12.75; опубл. 07.07.77. - 6 с. (ru.espacenet.com)

110. Пат. 3700458 ФРГ. МПК А 62В 7/08. Atemschutzgerate mit mehreren regeneration der Atemluft / E. Wolfgang, заявл. 09.01.87; опубл. 21.07.88. - 6 с. (ru.espacenet.com)

111. Диденко, Н.С. Регенеративные респираторы для горноспасательных работ / Н.С. Диденко. М.: Недра, 1986 г. - 167 с.

112. Пат. 1259207 ФРГ, МПК А 62 В 7/08. Atemschutzgeraet mit Pendelat-mung / W. Lemcke. заявл. 08.07.66; опубл. 18.01.68. - 3 с. (ru.espacenet.com)

113. Пат. 3514345 ФРГ, МПК А 62В 7/08. Atembeutel / К. Dahzendorf. -заявл. 18.04.85; опубл. 30.10.86.-4 с. (ru.espacenet.com)

114. Пат. 3537488 ФРГ, МПК А 62В 7/08.Atembeutel / К. Dahzendorf. -заявл. 22.10.85; опубл. 23.04.87. -4 с. (ru.espacenet.com).

115. Гладышев, Н.Ф. К вопросу о выборе стабилизатора щелочного раствора пероксида водорода / Н.Ф. Гладышев, С.И. Дворецкий, Н.Ю. Холодилин и др. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2003. - Т. 9, № 2. - С. 261-265.

116. EN 13794:2002 Respiratory protective devices Self-contained closed-circuit breathing apparatus for escape — Requirements, testing, marking // http://www.cenorm.be