ХПИ представляет собой зернистый продукт белого или светло-серого цвета. Гранулы имеют цилиндрическую форму диаметром около 4 мм.
В состав ХПИ входят (в %):
Гидроксид натрия - 4
Вода - 16-21
Углекислый кальций+натрий - не более 4
Гидроксид кальция - остальное
Размеры зерен по фракциям (в %):
от 5,5 до 6,5 мм - не более 5
от 2,8 до 5,5 мм - не менее 90
от 1 до 2,8 мм - не более 5
менее 1 мм (пыль) - не более 6
Насыпная масса 1 литра ХПИ - 0,85-0,95 кг
Основная реакция:
Ca(OH)
2 + CO
2 -> CaCO
3 + H
2O + Q
Кратенько расскажу, почему именно гидроксид кальция - основной компонент поглотителей углекислого газа. Веществами, легко связывающими углекислый газ являются оксиды (для примера К
2О), пероксиды (К
2О
2), надпероксиды (К
2О
4), озониды (К
2О
6) и гидроксиды щелочных, а также щелочноземельных металлов. Оксиды, и тем более озониды мы рассматривать не будем по причине их весьма бурной реакции с водой. А вот гидроксиды в силу их куда меньшей агрессивности рассмотрим.
Наиболее распространеными являются гидроксиды лития, калия, натрия и кальция. Молярные массы гидроксидов, г/моль:
LiOH - 24
NaOH - 40
KOH - 56
CaOH
2 - 74
Реакции поглощения и связывания углекислого газа:
2LiOH + CO
2 -> Li
2CO
3 + H
2O + Q
2NaOH + CO
2 -> Na
2CO
3 + H
2O + Q
2KOH + CO
2 -> K
2CO
3 + H
2O + Q
Ca(OH)
2 + CO
2 -> CaCO
3 + H
2O + Q
Побочным продуктом всех этих реакций являются вода H2O и энергия Q. Да-да, реакция поглощения углекислого газа гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов идет с выделением энергии в виде тепла - поглотитель подогревает и увлажняет проходящий через него газ. Из уравнений реакции очевидно, что для поглощения 1 молекулы углекислого газа требуется по 2 молекулы гидроксидов лития, калия и натрия, но одна молекула гидроксида кальция. Как нам от молекул перейти к граммам и килограммам? А вот так - через число Авогадро и химическую единицу измерения количества вещества - "моль".
Число Авогадро - количество специфированных структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов или любых других частиц), в 1 моле вещества. Определяется как количество атомов в 12 г чистого углерода-12. Число Авогадро NA = 6,02214179*10^23 моль ^ -1
Моль - количество вещества, которое содержит столько же структурных элементов, сколько атомов содержится в 12 г чистого углерода-12, причем структурными элементами обычно являются атомы, молекулы, ионы и др. Масса 1 моль вещества, выраженная в граммах, численно равна его молекулярной массе.
Есть еще один полезный момент - т.н. Закон Авогадро. Его можно сформулировать так: один моль любого газа при одинаковых температуре и давлении занимает один и тот же объем, при стандартных температуре и давлении (0° С, 1,01*10^5 Па) равный 22,41383 л. Эта величина известна как молярный объем газа.
Ну вот, я вас всех успешно запутал, теперь вернемся к нашим баранам. Из уравнений реакции получается что для поглощения 22,4 л СО
2, весящего 44г (1 моль при нормальных условиях - Н.У., они же стандартные условия) требуется:
48г гидроксида лития (2 моль),
80г гидроксида калия (2 моль),
112 гидроксида натрия (2моль) и
74г гидроксида кальция (1 моль).
Абсолютно очевидно что наибольшей массовой эффективностью обладает гидроксид лития, но он очень дорог по причине дороговизны всех солей лития. Следующий за ним - наоборот весьма дешевый и несложный в получении гидроксид кальция. Недалеко от него ушел так же недешевый, как и все гидроксиды щелочных металлов, гидроксид калия, и в хвосте остался гидроксид натрия. На самом деле есть ещё более низкоэффективные гидроксиды бария и стронция, причём первый проклятые буржуины использовали в медицинских дыхательных аппаратах в годах в 60-х, что является полным идиотизмом из-за их токсичности (барий относится к той же группе, что и свинец - т.н. тяжелые металлы, весьма вредные с точки зрения общей биохимии).
Итак теоретически мы получаем что 1кг гидроксида лития способен поглотить 466л СО
2, 1кг гидроксида кальция способен поглотить 302л СО
2, 1кг гидроксида калия способен поглотить 280л СО
2 и 1кг гидроксида натрия способен поглотить 200л СО
2. Но учтите, что эти расчеты принимают, что реагирует чистое вещество и 100% его вступают в реакцию. Реально же для этого поглотитель должен быть сильно пористым. А еще не все вещество поглотителя вступает в реакцию. Поэтому, кстати, и принимают для ХПИ (т.е. фактически для гидроксида кальция) величину поглощения 80 л/кг: 302 л/кг абсолютной поглотительной способности надо поделить минимум на 2 для поправки на пористость - выйдет 150 л/кг, и еще грубо на 2 - поправка на неполноту реакции. Вот и вышли у нас 75 л/кг веса ХПИ, что близко к расчетной величине. Кстати, при поглощении этих самых 80л СО2 в толще ХПИ образуется (80/22.4)*18=64.3 грамма воды, часть из которых уносится потоком газа в контур. Так что четверть стакана конденсата в контуре ИДА-71 и ИДА-59 - это не негерметичность контура, а именно конденсат.
Кстати про заявленные 120 л/кг для Divesorb'а и Solfnolime'а. Если брать веществом гидроксид лития по грубому рассчету получается 116л/кг (466/4=116,5). Отсюда и ценник в 30 евриков за канистру 4кг.
Ну милок, каков итог?
Почему именно гидроксид кальция - основной компонент поглотителей углекислого газа. А дешево потому что. Гидроксид кальция получают "гася" водой негашеную известь - оксид кальция CaO, который в свою очередь получают термическим разложением мела CaCO
3 - попросту говоря в печке его греют. Не в пример гидроксидам лития, натрия и калия, которые получают элекролизом растворов хлоридов. Жутко неэкономично по электроэнергии и аппаратурному оформлению процесса. Кроме того гидроксиды щелочных металлов при взаимодействии с парами воды (которые практически всегда присутствуют в атмосфере) превращаются в кашу, поскольку очень хорошо растворимы в воде, как и продукты реакции связывания СО
2 - соответствующие карбонаты. Исключение составляет карбонат кальция - хорошо всем известный мел
Вот поэтому и добавляют при производстве крутого литиевого поглотителя оксид кальция, который связывает воду. Для космоса это подходит, а для земли-воды лучше взять на 30-40% больше дешевого поглотителя.
Регенеративные вещества мы с вами рассмотрим в следующий раз.
ГОСТ на ХПИ
Вложение:
ГОСТ 6755-88.pdf [954.09 КБ]
Скачиваний: 2191