Химический генератор кислорода

Химический генератор кислорода — это устройство, которое выделяет кислород посредством химической реакции . Источником кислорода обычно является неорганический супероксид . ^{[ 1 ]} хлорат или перхлорат . Озониды также являются перспективной группой источников кислорода. Генераторы обычно воспламеняются от ударника , а химическая реакция обычно экзотермическая , что делает генератор потенциально опасным для возгорания . Супероксид калия использовался в качестве источника кислорода в первых пилотируемых миссиях советской космической программы , на подводных лодках для использования в чрезвычайных ситуациях, для пожарных и для горноспасательных операций .

В коммерческих авиалайнерах

Коммерческие самолеты обеспечивают пассажиров аварийным кислородом , чтобы защитить их в случае потери давления в салоне. Химические генераторы кислорода не используются для экипажа в кабине, который обычно снабжается баллонами со сжатым кислородом, также известными как кислородные баллоны. В узкофюзеляжных авиалайнерах для каждого ряда сидений имелись верхние кислородные маски и кислородные генераторы. В некоторых широкофюзеляжных авиалайнерах, таких как DC-10 и Ил-96 , баллоны и кислородные маски крепятся в верхней части спинок сидений, поскольку потолок над пассажирами слишком высок. Если произошла декомпрессия, панели открывались либо автоматическим переключателем давления, либо ручным переключателем, и маски освобождались. Когда пассажиры натянули маску, они удалили удерживающие штифты и включили выработку кислорода.

Ядро окислителя представляет собой натрия ) , (NaClO3 хлорат ₅ который смешан с менее чем процентов пероксида бария ( Ba O ₂ ) и менее 1 процента перхлората калия ( K Cl O ₄ ). Взрывчатое вещество в капсюле представляет собой взрывчатую смесь стифната свинца и тетразена . Химическая реакция является экзотермической, и внешняя температура канистры достигнет 260 °C (500 °F). Он будет производить кислород в течение 12–22 минут. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Генератор с двумя масками имеет диаметр примерно 63 мм (2,5 дюйма) и длину 223 мм (8,8 дюйма). Генератор с тремя масками имеет диаметр около 70 мм (2,8 дюйма) и длину 250 мм (9,8 дюйма).

11 мая 1996 года случайное включение неправильно доставленных генераторов с истекшим сроком годности, ошибочно обозначенных как пустые, привело к крушению рейса 592 авиакомпании ValuJet Airlines , в результате чего погибли все находившиеся на борту. ^{[ 4 ]} Самолет ATA DC-10, рейс 131, также был уничтожен во время стоянки в аэропорту О'Хара 10 августа 1986 года. Причиной стала случайная активация кислородного баллона, находившегося в задней части сломанного сиденья DC-10. отправлен в грузовом отсеке на ремонтную станцию. Погибших и пострадавших нет, поскольку в момент возникновения пожара в самолете не было пассажиров. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Кислородная свеча

Хлоратная свеча, или кислородная свеча , представляет собой цилиндрический химический генератор кислорода, содержащий смесь хлората натрия и железного порошка, которая при воспламенении тлеет при температуре около 600 °C (1100 °F), образуя хлорид натрия , оксид железа и фиксированная норма около 6,5 человеко-часов кислорода на килограмм смеси. Смесь имеет бессрочный срок годности при правильном хранении: свечи хранятся 20 лет без снижения выхода кислорода. При термическом разложении выделяется кислород. Горящее железо дает тепло. Свечу необходимо обернуть теплоизоляцией для поддержания температуры реакции и защиты окружающего оборудования. Ключевая реакция: ^{[ 7 ]}

2 NaClO ₃ → 2 NaCl + 3 O ₂

Хлорат калия и лития , а также натрия , калия и перхлораты лития также можно использовать в кислородных свечах.

21 марта 2007 года в результате взрыва одной из этих свечей HMS Tireless (S88) . в Арктике погибли два моряка Королевского флота на атомной подводной лодке ^{[ 8 ]} Свеча была загрязнена гидравлическим маслом, из-за чего смесь скорее взорвалась, чем загорелась. ^{[ 9 ]}^{[ не удалось пройти проверку ]}

В генераторе кислорода «Вика», используемом на некоторых космических кораблях, является перхлорат лития источником кислорода . При температуре 400 °C (750 °F) он выделяет 60% своего веса в виде кислорода : ^{[ 10 ]}

LiClO ₄ → LiCl + 2 O ₂

Генераторы кислорода с адсорбцией при переменном давлении (PSA)

Достижения в области технологий позволили использовать промышленные системы генераторов кислорода там, где доступен воздух и желательна более высокая концентрация кислорода. Адсорбция при переменном давлении (PSA) включает в себя материал, называемый молекулярным ситом, для разделения газов. В случае генерации кислорода сито на основе цеолита обеспечивает преимущественную адсорбцию азота. ^{[ нужна ссылка ]} Чистый сухой воздух проходит через сито генератора кислорода, производя газ, обогащенный кислородом. мембранное оборудование для отделения азота Также используется .

Использование

Химические генераторы кислорода применяются в самолетах , дыхательных аппаратах пожарных и горноспасателей, на подводных лодках и везде, где необходим компактный аварийный генератор кислорода с длительным сроком хранения. Обычно они содержат устройство для поглощения углекислого газа , иногда фильтр, наполненный гидроксидом лития ; килограмм LiOH поглощает около полукилограмма CO ₂ .

Автономные генераторы кислорода (SCOG) используются на подводных лодках.
Автономные самоспасательные устройства (САСП) используются для облегчения эвакуации из мин .
На Международной космической станции в качестве резервного источника используются химические генераторы кислорода. Каждая канистра может производить достаточно кислорода для одного члена экипажа в течение одних суток. ^{[ 11 ]}

См. также

Ссылки

^ Хайян М., Хашим М.А., АльНашеф И.М., Супероксид-ион: образование и химические последствия, Chem. Ред., 2016, 116 (5), стр. 3029–3085. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00407.
^ Юньчан Чжан; Гириш Кширсагар; Джеймс К. Кэннон (1993). «Функции пероксида бария в химическом кислороде хлората натрия». Индийский англ. хим. Рез . 32 (5): 966–969. дои : 10.1021/ie00017a028 .
^ Уильям Х. Шехтер; Р. Р. Миллер; Роберт М. Бовард; CB Джексон; Джон Р. Паппенхаймер (1950). «Хлоратные свечи как источник кислорода». Промышленная и инженерная химия . 42 (11): 2348–2353. дои : 10.1021/ie50491a045 .
^ «Огонь в трюме». Первое мая . Сезон 12. Эпизод 2. 10 августа 2012 г.
^ «ОТ Макдоннелл Дуглас DC-10-40 N184AT» . Сеть авиационной безопасности . Архивировано из оригинала 21 июня 2024 года.
^ Airliners.net, Фотография, Дэйв Кэмпбелл.
^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
^ Джонсон, К.В. «Ухудшенные режимы и« культура преодоления трудностей »в военных операциях: анализ фатального инцидента на борту HMS Tireless, произошедшего 20/21 марта 2007 г.» (PDF) .
^ Пейдж, Льюис (22 марта 2007 г.). « Кислородная свеча вызвала взрыв» . Регистр . Проверено 4 сентября 2013 г.
^ М.М. Марковиц; Д.А. Борита; Харви Стюарт младший (1964). «Кислородная свеча из перхлората лития. Пирохимический источник чистого кислорода». Индийский англ. хим. Прод. Рез. Дев . 3 (4): 321–330. дои : 10.1021/i360012a016 .
^ Барри, Патрик (2000). «Дышать легко на космической станции» . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Архивировано из оригинала 11 марта 2019 года . Проверено 9 сентября 2012 года .

[1] Хайян М., Хашим М.А., АльНашеф И.М., Супероксид-ион: образование и химические последствия, Chem. Ред., 2016, 116 (5), стр. 3029–3085. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00407.

[2] Юньчан Чжан; Гириш Кширсагар; Джеймс К. Кэннон (1993). «Функции пероксида бария в химическом кислороде хлората натрия». Индийский англ. хим. Рез . 32 (5): 966–969. дои : 10.1021/ie00017a028 .

[3] Уильям Х. Шехтер; Р. Р. Миллер; Роберт М. Бовард; CB Джексон; Джон Р. Паппенхаймер (1950). «Хлоратные свечи как источник кислорода». Промышленная и инженерная химия . 42 (11): 2348–2353. дои : 10.1021/ie50491a045 .

[4] «Огонь в трюме». Первое мая . Сезон 12. Эпизод 2. 10 августа 2012 г.

[5] «ОТ Макдоннелл Дуглас DC-10-40 N184AT» . Сеть авиационной безопасности . Архивировано из оригинала 21 июня 2024 года.

[6] Airliners.net, Фотография, Дэйв Кэмпбелл.

[G&E-7] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .

[8] Джонсон, К.В. «Ухудшенные режимы и« культура преодоления трудностей »в военных операциях: анализ фатального инцидента на борту HMS Tireless, произошедшего 20/21 марта 2007 г.» (PDF) .

[9] Пейдж, Льюис (22 марта 2007 г.). « Кислородная свеча вызвала взрыв» . Регистр . Проверено 4 сентября 2013 г.

[10] М.М. Марковиц; Д.А. Борита; Харви Стюарт младший (1964). «Кислородная свеча из перхлората лития. Пирохимический источник чистого кислорода». Индийский англ. хим. Прод. Рез. Дев . 3 (4): 321–330. дои : 10.1021/i360012a016 .

[11] Барри, Патрик (2000). «Дышать легко на космической станции» . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Архивировано из оригинала 11 марта 2019 года . Проверено 9 сентября 2012 года .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]