раздел 2)
позволяет исследовать комплекс явлений, происходящих при фильтрации воздуха
через сорбент, и на этой основе вскрыть резервы и пути совершенствования
изолирующих дыхательных аппаратов [135,144,145], систем жизнеобеспечения,
установок по улавливанию выбросов вредных газов и т.п..
Упомянутая модель дополнена методикой (пункт 3.2.1), следуя которой определим
обезразмеренные длины конкретных патронов, а также числовые значения параметров
b и g, характеризующих скорость и ресурс реакции в данном режиме дыхания.
Измерения проводились на стенде-имитаторе дыхания, описанном в ОСТе [141]. В
эксперименте использованы четыре последовательно соединенных нестандартных
патрона объемами 0.407, 0.419, 0.471 и 0.678 литра, содержащих соответственно
360, 375, 400 и 630 граммов кислородсодержащего продукта. На вход первого
патрона по открытой схеме подавалось 28 литров воздуха в минуту с 4-х
процентным содержанием CO2 при температуре 190 0 С и давлении 741 мм рт.ст. В
течение 3-х часов отслеживалась эволюция проскока CO2 за каждым из патронов.
Измерения осуществлялись с помощью газового анализатора ГИАМ-5. Для приближения
к обычному тепловому режиму патроны все вместе уложены в металлический ранец
шахтного респиратора.
Результаты контроля CO2 на входе в продукт подвергнуты полиномиальной
регрессии, после чего вычислены приведенные значения проскока w,
соответствующие всем экспериментальным точкам (рис.3.3).
Обезразмеренную длину патрона h легко найти, измерив проскок углекислого газа в
самом начале установившегося режима, когда обезразмеренное время . [4 Согласно
изложенному в пункте 2.1.2. - время протекания первого выдоха через патрон. ]
Согласно формулам (3.30),(3.40) в этот момент концентрация CO2 с ростом
обезразмеренной координаты x спадает в патроне по закону
, (3.41)
то есть
, (3.42)
где - концентрация CO2 на входе в патрон, а w =W/W0 - приведенное значение W.
Трудность, однако, заключается в том, что время установления режима значительно
больше , т.к. скорость хемосорбции в начале работы патрона растет по мере его
разогрева внутренними источниками тепла экзотермического происхождения. Дальше
эта скорость медленно падает в связи с исчерпанием ресурса реакции.
Конкуренцией указанных факторов обусловлен минимум проскока через 1-й патрон
примерно на 5-й минуте эксперимента. К этому моменту целесообразно привязать
начало отсчета времени для сопоставления процесса регенерации с его матмоделью.
Следует, однако, иметь в виду, что совершенные до этого первые выдохи частично
"загрязнили" пусть даже и холодный сорбент. Это обстоятельство может внести
существенную погрешность в определение обезразмеренной длины патрона. Причина
заключена в том, что производная проскока по времени максимальна в лобовых
слоях продукта и в самом начале их работы. При этом сам проскок мал, т.е.
небольшой прирост t, обусловленный неправильным выбором начала отсчета времени,
может создать относительную погрешность порядка 100% при определении проскока в
начале установившегося режима. Чтобы выйти из создавшегося положения, заметим,
что "загрязненность" патрона как функция координаты определяется лишь
количеством связанных молекул CO2 [135]. Проинтегрируем по времени долю CO2 ,
поглощенного холодным продуктом. Затем интерполируем экспериментальную кривую,
не учитывая точек слева от минимума, и потребуем, чтобы интеграл с переменным
нижним пределом от полученной таким образом функции давал количество CO2 ,
поглощенного холодным продуктом
, (3.43)
где - обезразмеренная длина первого патрона, - экспериментальное значение
проскока, а - результат его интерполяции без учета двух первых точек.
Очевидно фигурирующее в (3.43) является исправленным началом отсчета времени.
Даже если считать, что равно 0,22 - своему максимальному значению, а - своему
минимальному (см. рис.3.3 1), то, согласно (3.43), справедлива оценка
, (3.44)
или . В действительности , т.е. при перепаде w на входе порядка 0,1 (рис 3.3)
корректно положить и при построении экспериментальных зависимостей просто не
учитывать точки слева от минимума w. Результат полиномиальной регрессии
проскока как функции времени представлен на рис.3.4 (кривая 1). Подставив в
(3.42) вместо значение , получим .
Чтобы от реального времени перейти к обезразмеренному, решим уравнение
, (3.45)
где справа - приведенное значение проскока через 1-й патрон при t = 20 мин, а -
теоретическая зависимость, определяемая, например, формулой (2.32). Вычисления,
выполненные с помощью пакета MathCAD, показывают, что (3.45) удовлетворяется t
= 1,45. В области Генри (на прямом участке графика) проскок пропорционален
времени, т.е. . Построенный в таком масштабе график представлен на рис.3.4
(кривая 2). Видно, что при больших t экспериментальная кривая проходит ниже
теоретической. Причина заключена в увеличении скорости реакции по мере
нагревания патрона. Проскок при этом уменьшается, т.е. патрон как бы
удлиняется. Такие особенности формула (2.32) не учитывает. Чтобы усредненно
адекватно описать процесс регенерации, следует несколько увеличить h и
подставить в (3.45) значение w, не принадлежащее области Генри. Вторая кривая
на рис.3.3 построена при h = 2,4 и , если t мерить в минутах или
, (3.46)
если t мерить в секундах.
Согласно формуле (3.7), при одинаковом режиме работы (постоянном расходе
воздуха Q) h в различных патронах с одинаковым видом сорбента (b,g = const)
пропорциональны их объемам (массам продукта). Изложенное позволяет определить h
остальных патронов: , где 360 и 375 - массы продукта первого и второго патронов
в граммах, аналогично , . Соответственно первой экспериментальн
- Київ+380960830922