密闭空间内空气调节装置的研究.docx

密闭空间内空气调节装置的研究探索最优的O2制取通过实验明确低浓度CO2的去除采用模拟舱监控系统实时测定舱内CO2浓度并绘制曲线找出最高浓度值结合工业常见的CO去除方法和实验舱内实际情况确定合适的实验方案。1.选题背景煤矿事故的频繁发生事故死亡率高的现状已经成了制约我国煤矿行业发展的一个重要影响因素。当煤矿事故发生后井下缺少可供呼吸的氧气充斥着各种有毒有害气体由于现有自救器无法提供有效的、长时间的防护因此目前煤矿事故的死亡率极高。提供一个有效的避难空间对于减少煤矿事故伤亡有着十分重要的意义。在南非矿山可移动式救生舱应用的SurvivAir-E型生氧过滤器是一种具有生氧与过滤CO2双重功效的装置曾在国际矿业展览会上获得金奖。空气调节系统将氧气供给和二氧化碳去除一体化在密闭空间的环境里可以满足人体的正常呼吸需求同时不至于产生各种有毒有害气体为灾后创造一个良好的生存环境。此系统应用于密闭空间内可有效地提高氧气的使用率。在矿井下、深海里等各种极端、恶劣的密闭环境里可有效地保护人员的生命安全将产生深远的社会效益。而目前随着人民生活水平的提高对于氧舱疗养的兴趣日益增大其产生的经济效益也不可估量。2.方案论证2.1氧气生成选用过（超）氧化物作为供氧剂并且根据井下不同劳动情形下的呼吸空气量和氧气消耗量来计算供氧剂的理论用量：在井下救生舱中工人是不需要劳动的可认为是处于休息状态那么每人一天需要氧气的量为288L～576L约12.9mol～25.8mol(0.41kg～0.83kg)地面上成年人每天需氧量约为0.9kg。如果采用过氧化氢溶液制取氧气假设舱内容纳5个人（5个人对氧气的需求状况基本相同）则每天需过氧化氢的量为4.4kg～8.8kg。如果采用过(超）氧化物制取氧气如超氧化钾则每天需超氧化钾的量为6.1kg～12.2kg同时也可以吸收部分二氧化碳气体。最后在制氧技术方面我们还联想到目前各国使用的压风自救系统如果将其与井下救生舱相连便可在矿井发生灾变时及时向舱内输送新鲜空气。压风自救系统作为一种新型的自救措施现在已经普遍使用。由于单独使用该系统会有许多缺陷我们考虑如果将其与矿用可移动式救生舱相连接会产生很好的效果。不过对于矿井发生煤尘与瓦斯爆炸后的气体管道是否会受到损坏这一问题还具有不确定性。而且这个系统在中国还无法实现救人的目的但这个思路确实很有前途。2.2二氧化碳的吸收我们首先想另辟蹊径不首先使用普遍的化学吸收方法而是采用生物吸收法：1仙人掌：现代科学发现仙人掌的光合作用和普通植物不同。仙人掌一般白天是吸收氧气放出CO2到夜晚才吸收CO2吐出O2正好能弥补夜晚居室的O2不足。实验方案：制作小环境测量仙人掌一天CO2的吸收量然后计算舱内所需栽培的数量。2.水绵：可大量繁殖为河道污染物在蓝紫光和红橙光照射情况下光合作用明显。优点：藻类植物生命力极强繁殖快且抑制其生长方便好控制；缺点：无法去除藻腥味对人体舒适度有影响。实验方案：可用鱼缸作为容器空气循环装置选用鱼缸内的造气装置进行室内循环。这种生物吸收法可以说是一种很大胆的尝试但不可以作为主流方法也不可以大量使用否则会对人体正常生理状况造成不良影响。经反复讨论最终决定仍采用化学吸收法吸收剂选用钠石灰该试剂具有吸收效果好廉价等优点并且可以直接在模拟救生舱内进行实验。2.3一氧化碳的吸收目前关于工业产生的一氧化碳气体的吸收有许多种方法。结合实验室的特点一氧化碳低温催化氧化在实际生活中已经得到广泛应用方法也比较简单。所选用的催化剂主要分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂、以分子筛为载体的催化剂等。选用不同催化剂吸收一氧化碳的实验条件不同吸收效率也不同本实验选用最简单的铜催化剂：Cu催化剂Huang等认为氧化铜物种的催化活性可以根据相变和转移晶格氧的能力来阐述。Cu2O有改变化学价态的倾向并具备夺取或释放表面晶格氧的能力催化活性比Cu或CuO高。还原过程中生成非化学计量比Cu物种具有优良的转移表面晶格氧的能力催化活性高于CuO。该方案在常温下便可正常进行具有一定的可行性。3.研究方法3.1氧气生成确定氧气最佳制取方法结合井下密闭空间实际情况确定最佳供氧方案。3.2二氧化碳的吸收方案设计如下：本实验在矿用模拟救生舱进行吸收剂选用钠石灰。实验前先记录实验初始数据如风机参数、舱内二氧化碳浓度、舱内温度等。模拟舱内安装有气体传感器可以实时测定舱内各种气体的体积分数如O2、CO、CO2、H2S等如右图所示：然后在舱内铺好药