Med-books.by - Библиотека медицинской литературы. Книги, справочники, лекции, аудиокниги по медицине. Банк рефератов. Медицинские рефераты. Всё для студента-медика.
Скачать бесплатно без регистрации или купить электронные и печатные бумажные медицинские книги (DJVU, PDF, DOC, CHM, FB2, TXT), истории болезней, рефераты, монографии, лекции, презентации по медицине.


=> Книги / Медицинская литература: Акупунктура | Акушерство | Аллергология и иммунология | Анатомия человека | Английский язык | Анестезиология и реаниматология | Антропология | БиоХимия | Валеология | Ветеринария | Внутренние болезни (Терапия) | Военная медицина | Гастроэнтерология | Гематология | Генетика | География | Геронтология и гериатрия | Гигиена | Гинекология | Гистология, Цитология, Эмбриология | Гомеопатия | ДерматоВенерология | Диагностика / Методы исследования | Диетология | Инфекционные болезни | История медицины | Йога | Кардиология | Книги о здоровье | Косметология | Латинский язык | Логопедия | Массаж | Математика | Медицина Экстремальных Ситуаций | Медицинская биология | Медицинская информатика | Медицинская статистика | Медицинская этика | Медицинские приборы и аппараты | Медицинское материаловедение | Микробиология | Наркология | Неврология и нейрохирургия | Нефрология | Нормальная физиология | Общий уход | О достижении успеха в жизни | ОЗЗ | Онкология | Оториноларингология | Офтальмология | Паллиативная медицина | Паразитология | Патологическая анатомия | Патологическая физиология | Педиатрия | Поликлиническая терапия | Пропедевтика внутренних болезней | Профессиональные болезни | Психиатрия-Психология | Пульмонология | Ревматология | Сестринское дело | Социальная медицина | Спортивная медицина | Стоматология | Судебная медицина | Тибетская медицина | Топографическая анатомия и оперативная хирургия | Травматология и ортопедия | Ультразвуковая диагностика (УЗИ) | Урология | Фармакология | Физика | Физиотерапия | Физическая культура | Философия | Фтизиатрия | Химия | Хирургия | Экологическая медицина | Экономическая теория | Эндокринология | Эпидемиология | Ядерная медицина

=> Истории болезней: Акушерство | Аллергология и иммунология | Ангиология | Внутренние болезни (Терапия) | Гастроэнтерология | Гематология | Гинекология | ДерматоВенерология | Инфекционные болезни | Кардиология | Наркология | Неврология | Нефрология | Онкология | Оториноларингология | Офтальмология | Педиатрия | Профессиональные болезни | Психиатрия | Пульмонология | Ревматология | Стоматология | Судебная медицина | Травматология и ортопедия | Урология | Фтизиатрия | Хирургия | Эндокринология

=> Рефераты / Лекции: Акушерство | Аллергология и иммунология | Анатомия человека | Анестезиология и реаниматология | Биология | Биохимия | Валеология | Ветеринария | Внутренние болезни (Терапия) | Гастроэнтерология | Генетика | Гигиена | Гинекология | Гистология, Цитология, Эмбриология | Диагностика | ДерматоВенерология | Инфекционные болезни | История медицины | Лечебная физкультура / Физическая культура | Кардиология | Массаж | Медицинская реабилитация | Микробиология | Наркология | Неврология | Нефрология | Нормальная физиология | Общий уход / Сестринское дело | Озз | Онкология | Оториноларингология | Офтальмология | Патологическая анатомия | Педиатрия | ПатоФизиология | Профессиональные болезни | Психиатрия-Психология | Пульмонология | Ревматология | Скорая и неотложная медицинская помощь | Стоматология | Судебная медицина | Токсикология | Травматология и ортопедия | Урология | Фармакогнозия | Фармакология | Фармация | Физиотерапия | Фтизиатрия | Химия | Хирургия | Эндокринология | Эпидемиология | Этика и деонтология

=> Другие разделы: Авторы | Видео | Клинические протоколы / Нормативная документация РБ | Красота и здоровье | Медицинские журналы | Медицинские статьи | Наука и техника | Новости сайта | Практические навыки | Презентации | Шпаргалки



Med-books.by - Библиотека медицинской литературы » Рефераты: Анестезиология и реаниматология » Реферат: Конструкции кислородных концентраторов

Реферат: Конструкции кислородных концентраторов

0

Скачать бесплатно реферат:
«Конструкции кислородных концентраторов»


Введение

Открытие кислорода Джозефом Пристли 1 августа 1774 года, разложением оксида ртути дало начало развитию новых областей наук.
Как известно - кислород это самый широко распространённый элемент на нашей планете, он составляет примерно 47% от массы земной коры. Морская вода содержит 88% кислорода, а атмосфера 21%. Кислород окружает нас повсюду, и содержится в каждом живом элементе на Земле. Большинство живых существ дышат кислородом из воздуха и являются аэробами.
Кислород в чистом виде применяется во многих областях науки. Медицина, сварка, энергетика, машиностроение и судостроение, резка металла, химическая и радиоэлектронная промышленность.
В промышленных масштабах кислород получают из воздуха, путем криогенного разделения. Однако, последнее время также широкое распространение получили методы мембранного разделения воздуха.
Температуры кипения кислорода и азота входящих в состав воздуха отличаются, поэтому жидкий воздух можно разделять в специальных ректификационных колоннах. Но на этом этапе перед нами встает проблема, а именно - охлаждение воздуха до температуры -196°C.
Для получения температур такого порядка необходимы специальные охладительные машины под названием детандеры. В частности, советский физик П.Л. Капица предложил использовать так называемые турбодетандеры, способные охлаждать воздух при рабочем давлении всего в несколько атмосфер. Далее жидкий воздух закачивают в сосуды Дьюара - баллоны с вакуумированным пространством между стенками.
Жидкий кислород кипит при температуре -183°C, в то время как азот при температуре -196°C. Следовательно когда температура жидкости медленно повышается от -200°C, до -180°C, сначала перегоняют азот, а лишь затем кислород. Многократное повторение данных циклов перегонки может дать отличный результат, который будет отражен в чистоте полученных газов.
Однако использование кислорода такой концентрации в медицине совершено не нужно и во многих случаях даже может навредить больному. В качестве примера можно привести разрушающее действие чистого кислорода на сурфактант лёгких. Поэтому использование воздуха обогащенного кислородом на 80-95% вполне соответствует требованиям предъявляемым современной медициной.
В настоящее время крупные больницы и госпитали используют кислород полученный вне больницы, на оборудовании подобном тому что описано выше. Голубые баллоны с кислородом под высоким давлением (150атм) в больших количествах закупаются больницами и подключаются к кислородным станциям, которые необходимо располагать вне помещений лечебного учреждения. Далее кислород посредством газификаторов переводят из жидкой в газообразную стадию и распределяют по отделениям и палатам посредством сложной системы трубопроводов. Кроме того, данные системы снабжения требуют постоянное квалифицированное обслуживание вне числа медицинского персонала больницы. Отдельная сложность-это период технического обслуживания системы.
Наиболее лучшим выходом из сложившейся ситуации является получение кислорода непосредственно на месте его использования, а именно - применение технологии разделения воздуха на молекулярных ситах в условиях низкого давления. Установки основанные на этой технологии часто называют кислородными генераторами, однако такое название не совсем корректно. Более подходящее название для данных устройств - кислородный концентратор.
Необходимо так же отметить, что общими тенденциями развития воздухоразделительных установок являются: снижение затрат на производство продуктов разделения, энергетических затрат, повышение надёжности установок, увеличение продолжительности рабочих циклов, автоматизация процессов управления воздухоразделительными установками.
Основной целью данной работы является тщательная проработка конструкции кислородных концентраторов использующихся в медицине как для индивидуального использования, так и для комплексного оснащения палат медицинских учреждений высококачественным кислородом с заданными выходными характеристиками газа.
К задачам можно отнести: теоретическую обработку информации на основе имеющихся данных, создание установки для разделения газов и проведение ряда экспериментов с ее использованием, а так же разработка концепта компактного кислородного концентратора для индивидуального использования.

1. Медицинская часть

.1 Дыхание

Дыхание - это совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выведение углекислого газа.
В организме человека запасы кислорода ограничены, поэтому организм нуждается в непрерывном поступлении кислорода из окружающей среды. Так же постоянно и непрерывно из организма должен удаляться углекислый газ, который всегда образуется в процессе обмена веществ.
Дыхание человека включает следующие процессы:
) вентиляция легких - обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом;
) обмен газов в легких (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения);
) транспорт газов кровью - кислорода от легких к тканям; углекислого газа - от клеток к легким;
) обмен газов в тканях (между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей);
) биологическое окисление в митохондриях клеток.
Первая и вторая стадии вместе называются легочным, или внешним, дыханием. Четвертая и пятая - тканевым, или внутренним, дыханием.

.2 Газообмен в легких

Непременным условием нормального газообмена является нормальный процесс диффузии кислорода из альвеол в кровь легочных капилляров через альвеолокапиллярные мембраны, а углекислого газа в обратном направлении.

Рисунок 1 - Альвеолярный газообмен

Процесс диффузии кислорода возможен в результате разности РО2 в альвеолах и в крови легочных капилляров. В норме РО2 в альвеолярном воздухе составляет 100-110 мм рт. ст., а в венозной крови легочных капилляров - 40 мм рт. ст. Диффузионная способность легких в отношении кислорода определяется количеством кислорода, которое переходит за 1 минуту из альвеол в кровь легочных капилляров на каждый мм рт. ст. разности РО2 по обе стороны альвеолокапиллярной мембраны. При нормальной диффузионной способности легких из альвеол в кровь могут диффундировать в 1 минуту 6 л кислорода, в то время как необходимое поглощение кислорода в покое составляет около 300 мл/мин.
Диффузионная способность углекислого газа приблизительно в 25 раз больше, чем кислорода, поэтому недостаточности диффузии углекислого газа практически не бывает.
Газообмен, также, зависит не только от абсолютной величины альвеолярной вентиляции, но и от соотношения между вентиляцией и легочным кровотоком (VA/Q).
У здорового взрослого человека отношение вентиляция/кровоток составляет 4/5, т.к. альвеолярная вентиляция равна приблизительно 4 л/мин, а легочный кровоток - 5 л/мин. Даже у здорового человека при спонтанном дыхании сотни миллионов альвеол, составляющих легкое, вентилируются неравномерно: в любой момент одни группы альвеол и целые участки легкого вентилируются меньше, а другие - больше.

Рисунок 2 - Структура газообмена

Неравномерность распределения относится и к легочному кровотоку. Было установлено, что в любой момент времени кровь поступает только в часть легочных капилляров. У здорового взрослого человека в состоянии покоя объем крови в легких и кровоток распределяются не равномерно, а под действием силы тяжести. Таким образом, в различных положениях тела больший объем кровотока поступает в соответствующие нижележащие участки легких. Однако также распределяется и дыхательный объем, поэтому в состоянии покоя и в положении стоя вентиляция и кровоток соответствуют друг другу в определенных частях легких.

1.3 Циклы дыхания

Вдыхание воздуха осуществляется в результате периодических изменений объема грудной полости. Увеличение объема грудной клетки обеспечивает вдох, уменьшение - выдох. Фазы вдоха и выдоха составляют дыхательный цикл. Во время вдоха атмосферный воздух через воздухоносные пути поступает в легкие, при выдохе часть воздуха покидает их.

Рисунок 3 - Спирограмма дыхания

Вдох и выдох обеспечиваются дыхательными движениями грудной клетки и диафрагмы. Изменение объема грудной клетки происходит благодаря сокращению межреберных мышц, движению ребер и уплощению диафрагмы.
При вдохе легкие пассивно следуют за увеличивающейся в размерах грудной клеткой. Дыхательная поверхность легких увеличивается, давление в них понижается и становится на 0,26 кПа (2 мм рт. ст.) ниже атмосферного. Это способствует поступлению воздуха через воздухоносные пути в легкие.
Выдох осуществляется в результате расслабления наружных межреберных мышц и поднятия купола диафрагмы. При этом грудная клетка возвращается в исходное положение и дыхательная поверхность легких уменьшается. В начале фазы выдоха давление в легких становится на 0,40 - 0,53 кПа (3 - 4 мм рт. ст.) выше атмосферного, что обеспечивает выдох воздуха из них в окружающую среду.
Воздух переходит из внешней среды в альвеолы вследствие разницы давления и всегда перемещается из области с более высоким давлением в область с более низким.
И при спонтанном дыхании, и при искусственном вдохе перемещению наружного воздуха в альвеолы противодействуют эластическое и неэластическое сопротивления, которые определяют в итоге силы (давления), необходимые для введения в альвеолы данного объема газа.
Перемещению газа между атмосферой и альвеолами противодействуют эластическое и неэластическое сопротивления. Чтобы преодолеть эти сопротивления и обеспечить вентиляцию легких, дыхательные мышцы при спонтанном дыхании производят определенную работу (W), равную произведению силы (F), действующей в направлении движения, и пути (L):

(1)

Силу, необходимую для преодоления суммы сопротивлений дыханию, обычно выражают в единицах давления, а расстояние есть объем вентиляции, поэтому в общем виде:

(2)

Работу обычно выражают в килограммометрах и рассчитывают ее либо на один дыхательный цикл, либо на 1 мин, либо на 1 л вентиляции.
Работу нередко выражают косвенно, как количество кислорода, поглощаемого дыхательными мышцами. У здорового взрослого человека это количество составляет весьма малую долю (3 - 4%) от общего потребления кислорода.
Из множества комбинаций частоты и дыхательного объема организм «выбирает» ту, при которой необходимый объем альвеолярной вентиляции обеспечивает минимальная работа дыхания. Для взрослого человека без патологических изменений растяжимости и аэродинамического сопротивления работа дыхания будет минимальной при дыхательном объеме около 0,5 л и частоте дыхания 14 - 16 мин-1.

.4 Эластическое сопротивление

Эластичность - это свойство сохранять и восстанавливать исходную форму вопреки деформации, вызываемой воздействием внешней силы. Ткани легких и грудной клетки эластичны, поэтому для растяжения легких и грудной клетки при спонтанном вдохе необходимо приложить мышечную силу. Величина этой силы соответствует давлению, которое необходимо для искусственного вдувания в легкие того же объема газа. Величина этого давления зависит от эластических свойств легкого и грудной клетки, называемых растяжимостью, или податливостью («compliance» английских авторов) системы легкие - грудная клетка. Термин «растяжимость» выражает зависимость между объемом и давлением газа, введенного в альвеолы. Растяжимость определяется как способность к изменению объема на единицу изменения давления:

(3)

и выражается в литрах на см водяного столба.
Общая растяжимость системы грудная клетка - легкие состоит из двух компонентов - растяжимости грудной клетки и растяжимости легких: 1/общая растяжимость = 1/растяжимость легких + 1 /растяжимость грудной клетки, из чего следует, что у одного и того же человека растяжимость легких или грудной клетки по отдельности выше, чем общая растяжимость. Растяжимость легких можно измерить как в динамических, так и в статических условиях, т.е. когда отсутствует перемещение газа в легких. Употребляя термин «растяжимость» без соответствующей оговорки, имеют в виду величину, измеренную в статических условиях.
Для сравнительной оценки растяжимости легких у людей с различными величинами легочных объемов используют отношение величины растяжимости к величине функциональной остаточной емкости легких. В норме это отношение, называемое удельной растяжимостью, или модулем податливости, составляет 0,05 - 0,07 см вод.ст.-1 (0,5 - 0,7 кПа-1).
Основные факторы, определяющие общую растяжимость:
) эластичность легкого и грудной клетки;
) объем крови, находящейся в данный момент в сосудах легкого;
) тонус грудных и брюшных мышц;
) объем легочной ткани, участвующей в данный момент в дыхании;
) бронхиальный тонус.
Воздушные пространства альвеол коллабируются при длительном равномерном и неглубоком дыхании, и в таком состоянии податливость легких значительно уменьшается. Это явление объясняется прогрессирующим разрушением поверхностно-активных

.5 Неэластическое сопротивление

Выше была рассмотрена связь давления и объема газа при статических условиях без учета тока газов. При движении смеси газов по дыхательным путям возникает дополнительное сопротивление, называемое обычно неэластическим. Оно зависит главным образом от сопротивления току газов вследствие трения воздушной струи о стенки дыхательных путей - так называемого аэродинамического сопротивления, которое в норме составляет около 80% неэластического сопротивления.
Около 10 - 20% приходится на тканевое (вязкостное, деформационное) сопротивление, связанное с перемещением неэластических тканей легких и грудной клетки при дыхании. Доля этого сопротивления может заметно возрастать при значительном увеличении дыхательного объема. Наконец, незначительную долю составляет инерционное сопротивление, оказываемое массой легочных тканей и газа при возникающих ускорениях и замедлениях скорости дыхания. Пренебрежимо малое в обычных условиях, это сопротивление может стать главным при ИВЛ с высокой частотой дыхательных циклов.
Неэластическое сопротивление, или просто «сопротивление», определяется величиной давления, которое необходимо приложить для проведения по дыхательным путям единицы газового объема в единицу времени. Иначе говоря, сопротивление выражает отношение разности давлений в начале дыхательных путей (например, при вдохе - «во рту») и в их конце (при вдохе - в альвеолах) к объемной скорости, с которой газы протекают по дыхательным путям:

(4)

Обычная единица измерения сопротивления - см.вод.ст./ л/с [(кПа с)/л].
Сопротивление дыхательных путей у здорового человека составляет в среднем 2 см вод.ст./л/с [(0,2 кПа-с)/л.
На величину сопротивления влияют:
а) диаметр и длина бронхов и бронхиол;
б) плотность и вязкость вдыхаемой смеси газов;
в) поверхностное натяжение слипшихся бронхов;
г) скорость и характер тока газов.

1.6 Дыхательные циклы

Частота дыхания (ЧД) это число циклов в минуту из расчетов вдох-выдох-пауза.
Контрольная пауза (КП) (по К.П. Бутейко) - это величина комфортной задержки дыхания после привычного выдоха в спокойном состоянии.
Минутный объем дыхания (МОД) измеряется в литрах в минуту
Доктор Константин Павлович Бутейко разработал таблицу состояния здоровья человека в зависимости от дыхания и его параметров

Таблица 1 - Параметры дыхания в зависимости от состояния здоровья
Состояние организма МОД, л/мин Содержание CO2, % ЧСС, уд./мин ЧД, ц./мин АП, с КП, с
Сверхвыносливое Менее 3,9 7,6 Особые состояния 180
7,5 48 3 16 150
7,3 50 4 12 120
7,1 52 5 9 100
55 6 7 80
Норма 3,9 6,5 60 8 4 60
Болезнь глубокого дыхания 4,3 6,0 65 10 3 50
5,05 5,5 70 12 2 40
6,0 5,0 75 15 1 30
7,45 4,5 80 20 - 20
9,8 4,0 90 26 - 10
2- углекислый газ, ЧСС - частота пульса, АП - самопроизвольная (автоматическая) пауза после выдоха
Дыхание по своей сути это череда циклов состоящих из выдохов и вдохов между которыми могут иметься паузы. На рисунке 1 изображен дыхательный цикл человека в состоянии покоя, этот цикл состоящий из фаз вдох, выдох, пауза, и его продолжительность 4 с (соответствует частоте дыхания 15 ц./ мин). Величина паузы примерно 1 с.
Минутный объем дыхания около 6 л/мин. Содержание углекислого газа в крови снижено, сосуды сжаты и сердце бьётся немного чаще нормы. Однако циклы различных людей могут очень сильно отличаться.

Рисунок 4 - Цикл дыхания в покое

.7 Показания к применению кислородных концентраторов

Лечение кислородом наиболее актуально при таких заболеваниях как: болезни легких, бронхиты, эмфизема легких, артериальная гипоксемия, пневмония, гипоксия, хроническая дыхательная недостаточность.
Основные показатели гипоксемии - снижение парциального напряжения кислорода в артериальной крови (РаО2) и снижение насыщения кислородом артериальной крови (SаО2) - являются важными маркерами неблагоприятного прогноза больных с хронической дыхательной недостаточностью (ХДН). Среди больных хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) с РаО2 < 40 мм рт.ст. 2-х летняя выживаемость практически равна нулю.
Использование кислорода у больных с хронической гипоксемией должно быть постоянным, длительным и, как правило, проводиться в домашних условиях, поэтому такая форма терапии называется длительной кислородотерапией (ДКТ).
Главным физиологическим эффектом ДКТ является улучшение транспорта кислорода, который является продуктом сердечного выброса и содержания ксилорода в аретриальной крови.
Перед назначением больным ДКТ необходимо также убедиться, что возможности медикаментозной терапии исчерпаны и максимально возможная терапия не приводит к повышению О2 выше пограничных значений. Показания к длительной кислородотерапии представлены в таблице 2.

Таблица 1 - Показания к длительной кислородотерапии
Показания PaO2 (мм рт.ст.) SaO2 (%) Особые условия
Абсолютные 90 Десатураия при нагрузке Десатурация во время сна Болезнь легких с тяжелым диспное, уменьшающимся на фоне O2

Большинству больных хронической дыхательной недостаточностью достаточно потока О2 порядка 1-2 литров в минуту, хотя, конечно у наиболее тяжелых больных поток может быть увеличен и до 4-5 л/мин. Рекомендуется проведение длительной кислородотерапии не менее 15 часов сутки. Максимальные перерывы между сеансами О2-терапии не должны превышать 2-х часов подряд. Для больных с хронической дыхательной недостаточностью в ночное время рекомендовано повышение потока О2на 1 л/мин, по сравнению с потоком в дневное время.
Для проведения ДКТ в домашних условиях необходимы автономные и портативные источники кислорода: концентраторы кислорода, баллоны с сжатым газом и резервуары с жидким кислородом. Положительные и отрицательные стороны использование методов приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Источники кислорода и их положительные и отрицательные стороны
Система Преимущества Недостатки
Концентраторы Умеренная стоимость Удобство использования в домашних условиях Широкая доступность Безопасность Плохая портативность Потребность в электрической сети Снижение процента О2 при повышении потока Риск механической поломки Необходимость технического обслуживания Шум и вибрация при работе
Балоны с газом Широкая доступность Содержат чистый (100%) О2 Не требуется электричество Надежность Простое обслуживание Низкая стоимость Любые размеры Нет шума при работе Неудобны для домашнего использования Сложности заправки Потребность в частых заправках Содержат малый объем О2
Резервуары с жидким кислородом Удобны для домашнего использования Удобны для амбулаторного использования (прогулок) Содержат чистый (100%) О2 Портативность Простота заправки Содержат большой объем О2 Не требуется электричество Надежность Высокая стоимость Не всегда широкая доступность Потребность в заправках Спонтанное испарение О2 из резервуаров Шум (при испарении) Несовместимость частей аппаратов различных производителей

Существует несколько систем для доставки кислорода в дыхательные пути пациента. В домашних условиях чаще всего используются носовые канюли. Они довольно удобные, недорогие и хорошо воспринимаются большинством больных. Канюли позволяют создавать кислородно-воздушную смесь с содержанием кислорода (FiO2) до 24- 40 % при потоке О2 до 5 литров в минуту (FiO2, % = 20 + 4 x (поток О2, л/мин)). Однако, реальная фракция вдыхаемого кислорода зависит кроме потока О2 от многих факторов: геометрии носоглотки, ротового дыхания, минутной вентиляции, дыхательного паттерна.
Уменьшение дыхательного объема и минутной вентиляции приводит к повышению FiO2. Однако доставка кислорода в альвеолы происходит только во время ранней фазы вдоха (примерно 1/6 часть дыхательного цикла), в то время как остальной О2расходуется «вхолостую». Для осуществления более эффективной доставки О2предложено несколько типов кислородосберегающих устройств: резервуарные канюли, пульсирующие устройства доставки кислорода и транстрахеальные катетеры; при их использовании достигается экономия О2 в 2-4 раза, т.е. возможно снижение потока О2 на такую величину, и, следовательно, увеличить время использования источников О2, что особенно важно для портативных систем.

2. Анализ процессов происходящих при воздухоразделении

.1 Физико-химические свойства воздуха и входящих в него компонентов

Воздух, которым насыщена наша атмосфера представляет из себя смесь азота, кислорода, углекислого газа, аргона и других газов. А так же, в воздухе содержится некоторое количество водяных паров.
Молекулярная масса сухого воздуха составляет 28,96 г/л плотность равна 1,2928 г/л, растворимость в воде - 29,18 см3/л при О °С и 18,68 см3/л при +20 °С, температура кипения -193 °С.
Воздух имеет физические свойства, характерные для других газов. Газ состоит из молекул, имеющих ничтожные размеры по сравнению с объемом, занимаемым газом, поэтому расстояние между молекулами значительно превышает собственные размеры молекул. Воздух и такие газы, как азот, кислород и гелий, приближаются к поведению идеальных газов, особенно при малых давлениях и высоких температурах.
Газы обладают малым удельным весом. Они имеют большую сжимаемость, поскольку при сжатии газа уменьшается лишь расстояние между молекулами, а сами молекулы при этом не сдавливают друг друга, что характерно для жидкостей. Давление газа (его упругость) является следствием совокупности ударов частиц газа о стенку сосуда. Среднее давление на единицу площади сосуда во времени практически не изменяется, поскольку, несмотря на хаотичность ударов молекул о стенки сосудов, число ударов исключительно велико, а сила единичных ударов очень мал.

Таблица 4 - Содержание веществ в воздухе
Вещество Обозначение По объему,% По массе, %
Азот N2 78,084 75,50
Кислород O2 20,9476 23,15
Аргон Ar 0,934 1,292
Углекислый газ CO2 0,0314 0,046
Неон Ne 0,001818 0,0014
Метан CH4 0,0002 0,000084
Гелий He 0,000524 0,000073
Криптон Kr 0,000114 0,003
Водород H2 0,00005 0,00008
Ксено Xe 0,0000087 0,00004

Азот - химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. Азот широко распространен в природе. В космосе он занимает 4-е место после водорода, гелия и кислорода. Живые организмы содержат около 0,3 % азота в соединениях. Азот состоит из двухатомных молекул (N2) с молекулярной массой 28,016. Представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Плотность равна 1,2506 г/л, плотность по отношению к воздуху 0,9673. Температура плавления -210,02 °С, температура кипения -195,81 °С. Коэффициент растворимости атмосферного азота (вместе с аргоном и другими инертными газами) в воде при 20 °С составляет 0,016665, а при 38 °С он равен 0,0139. Растворимость азота в крови при 38 °С составляет 0,01253. Азот растворяется в воде вдвое хуже кислорода (при 20 °С в 1 л воды растворяется 15,4 мл азота и 31 мл кислорода), что определяет отношение кислорода к азоту в воде 1 : 2, а не 1: 4, как в воздухе. Природный азот состоит из двух стабильных изотопов: 14N (99,635 %) и 15N (0,365 %).
Кислород - химический элемент IV группы, атомный номер 8, атомная масса 15,9994. Самый распространенный на Земле элемент (49 % массы всех элементов в природе), который в виде соединений входит в массу земной коры, состав воды (88,81 % по массе) и многих тканей живых организмов (около 70 % по массе). Повсеместно распространен в природе. В свободном виде встречается в двух модификациях: О2 («обычный» кислород) и О3 (озон). О2 - бесцветный газ не имеющий вкуса и запаха с молекулярной массой 32,000. Плотность равна 1,42895 г/л, плотность по отношению к воздуху 1,033. Температура кипения составляет -182,97 °С. Коэффициент растворимости в воде при 20 °С равен 0,03329, а в плазме крови при 37 °С - 0,022. Природный кислород состоит из трех стабильных изотопов: 16О (99,76 %), 17О (0,048 %) и 18О (0,20 %).
Химически самый активный (после фтора) неметалл. В условиях обычной или высокой температуры кислород поддерживает горение горючих веществ, непосредственно взаимодействует при окислении, горении, тлении и т.д. с большинством элементов (почти со всеми веществами, кроме инертных газов, хлора, брома, йода, некоторых благородных металлов), как правило, с выделением энергии. При повышении температуры скорость окисления возрастает и может начаться горение. Животные и растения получают необходимую для жизни энергию за счет биологического окисления различных веществ кислородом, поступающим в организм при дыхании. Свободный кислород атмосферы сохраняется благодаря фотосинтезу растений.

.2 Основные виды адсорбентов

Активные угли - это пористые адсорбенты углеродного типа. Получают их в основном из различных видов органического сырья - торфа, бурого и каменного угля, антрацита, древесного материала, промышленных отходов, веществ животного происхождения, скорлупы орехов, в том числе кокосовых.
Следующий тип адсорбентов - силикагели. Этот вид сорбентов очень распространен в промышленности, благодаря хорошей пористости. По виду силикагель представляет из себя твердые зерна: матовые или прозрачные, бесцветные или светло-коричневые. Выпускают их в виде шариков, таблеток или кусочков неправильной формы, с зернами размером от 0,1 до 7 мм.
Рекомендации по применению силикагеля:
,1 - 0,25 мм для процессов с кипящим слоем адсорбента;
,5 - 2,0 мм для жидкофазных процессов и процессов с движущимся слоем адсорбента;
,0 - 7,0 мм - для процессов в газовой фазе со стационарны слоем адсорбента.
Получают силикагели на основе двуокиси кремния. Силикагель - один из самых первых минеральных синтетических адсорбентов, нашедших широкое применение в промышленной практике.
Основные преимущества силикагелей:
Низкая температура, требуемая для регенерации (110 - 200°С) и, как следствие более низкие энергозатраты, чем при регенерации других промышленных минеральных сорбентов (окись алюминия, цеолиты);
Возможность синтеза силикагелей в широком интервале заданных структурных характеристик при использовании достаточно простых технологических приемов;
Низкая себестоимость при крупно монтажном промышленном производстве;
Высокая механическая прочность.
Другой тип адсорбентов - это активная окись алюминия и алюмогели. Рост потребности в активной окиси алюминия обусловлены развитием таких процессов, как риформинг, гидроочистка, гидрокрекинг (в которых используются катализаторы, содержащие 80-99% окиси алюминия), а также широким применением ее в процессе адсорбции. Достоинства окиси алюминия (термодинамическая стабильность, легкость получения, доступность сырья и др.) обеспечивают возможность широкого применения ее. Окись алюминия получается путем прокаливания гидроокиси алюминия. Структура окиси алюминия зависит от типа гидроокиси, остаточного содержания воды, наличия окислов щелочных и щелочноземельных металлов, а также от условий термической обработки.

2.3 Цеолиты. Их виды и свойства

Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе окислы щелочных и щелочноземельных металлов, отличающиеся строго регулярной структурой пор, которые в обычных температурных условиях заполнены молекулами воды. Эта вода, названная цеолитной, при нагреве выделяется. В природе в качестве катионов обычно в состав цеолитов входят натрий, калий, кальций, реже барий, стронций и магний. Кристаллическая структура цеолитов образована тетраэдрами SiO4 и АlO4.
Если из цеолита удалить воду, поры могут быть заполнены снова водой или другим веществом, что и предопределяет их использование в процессах осушки, и разделения веществ. Поглощение вещества происходит в основном в адсорбционных полостях цеолита. Однако не все вещества могут проникать в адсорбционные полости цеолитов и поглощаться в них. Это объясняется тем, что адсорбционные полости соединяются друг с другом входами - окнами строго определенного размера. Проникнуть через окно могут только те молекулы, критический диаметр которых меньше диаметра входного окна. Под критическим диаметром понимают диаметр по наименьшей оси молекулы.
Цеолиты по своему происхождению могут быть как природные так и синтетические. Первые попытки получить цеолиты синтетическим путем были сделаны более 100 лет назад. В 1862 г. Сент-Клер Девиль в результате нагревания в запаянной стеклянной трубке смеси силиката и алюмината калия при 200 °С получил синтетический калиевый филлипсит. В близких условиях, при нагреве силиката калия и алюмината натрия до 170 °С был получен синтетический шабазит. Проведенные затем многочисленные опыты, преследовавшие целью синтез аналогов природных цеолитов, проводились в условиях высоких температур (250-450 °С) и давлении до 3• 108 Па (3000 кгс/см2).
Большая заслуга в деле развития проблемы синтеза цеолитов принадлежит английскому физико-химику профессору Барреру. Им в 1948 г. были начаты систематические поиски путей синтеза, которые увенчались крупными достижениями. В лаборатории Баррера был осуществлен синтез многих цеолитов. Работами Баррера и его сотрудников были намечены пути синтеза в условиях пониженных температур (100 °С) при нормальном давлении.
Следуя этим путем, Брек и другие исследователи американской компании Линде нашли условия получения основных цеолитов общего назначения типа NaA и NaX, широко используемых в промышленности.
На рисунке 2 представлены структуры цеолитов типа A и X. А на рисунке 5 строение их адсорбционных областей.

Рисунок 5 - Синтетические цеолиты типа A и X.

Цеолиты типа X имеют в дегидратированном виде состав Na2O•A12O3•xSiO2. Мольное отношение SiO2 : А12O3 может изменяться от 2,2 до 3,3. Каждая большая полость имеет четыре входа, образованных 12-членными кислородными кольцами диаметром 8-9Å. Вследствие этого структура цеолитов такого типа более открыта и доступна для поглощаемых молекул.
Объем большой адсорбционной полости цеолита NaX лишь незначительно отличается от соответствующей полости в цеолите NaA и равен 822 Å3. Малые полости имеют тот же объем, т. е. 150 Å3. Комплексы больших и малых полостей составляют элементарные ячейки. В каждой элементарной ячейке цеолита NaX содержится по 8 больших и 8 малых полостей. Элементарная ячейка содержит 192 иона алюминия и кремния, а также 384 иона кислорода; ее объем равен 7776 А3. Она вмещает 256 молекул воды. Малые полости цеолитов типа X доступны для молекул азота и других газов. Поэтому предельный адсорбционный объем кристаллита типа X, вычисленный из адсорбционных измерений, близок к рассчитанному на основе геометрических размеров элементарных ячеек, т. е. 0,356 (NaX) или 0,362 (СаХ) см3/г. Этим объясняется большая адсорбционная способность цеолитов типа X по сравнению с цеолитами типа А, достигаемая при относительно высоких степенях заполнения.
В результате исследования состояния катионов Na и Са в гидратированном фожазите установлено, что из 43 катионов, приходящихся на элементарную ячейку этого цеолита, лишь 17 находятся в локализованном положении. Остальные катионы характеризуются большой мобильностью, постоянно мигрируют в полостях цеолитов, и такая система может рассматриваться как электролит.
Похожие материалы:
    Реферат: Гигиеническое значение, состав, свойства атмосферного воздуха Реферат: Гигиеническое значение, состав, свойства атмосферного воздуха
    Скачать бесплатно реферат: «Гигиеническое значение, состав, свойства атмосферного воздуха»

    Физиология дыхания. Основы - Уэст Дж. - 1998 год - 202 с. Физиология дыхания. Основы - Уэст Дж. - 1998 год - 202 с.
    Описание: Джон Б. Уэст - крупнейший специалист в области физиологии дыхания - широко известен как основоположник современной теории о роли вентиляции легких и легочного кровотока в формировании адекватного газообмена организма человека с внешней средой.

    Реферат: Физиологические механизмы газотранспортной системы крови при физич ... Реферат: Физиологические механизмы газотранспортной системы крови при физич ...
    Кровь представляет собой внутреннюю среду организма, обеспечивающую определенное постоянство основных физиологических и биохимических параметров и осуществляющую гуморальную связь между органами. Кровь состоит из форменных элементов (42-46 % ) –

    Реферат: Жизненная емкость легких Реферат: Жизненная емкость легких
    При выборе темы для курсовой работы наиболее актуальным вопросом для меня стал воздействие физических нагрузок на организм. Как они могут влиять на него, каким изменениям он подвергается, как меняются физиологические показатели. На данный момент более

    Реферат: Внешнее дыхание и функции легких Реферат: Внешнее дыхание и функции легких
    Основная функция легких – обмен кислорода и углекислоты между внешней средой и организмом – достигается сочетанием вентиляции, легочного кровообращения и диффузии газов. Острые нарушения одного, двух или всех указанных механизмов ведут к острым

    Реферат: Анатомо-физиологические основы жизненно важных функций организма Реферат: Анатомо-физиологические основы жизненно важных функций организма
    Диапазон заболеваний, при которых могут возникнуть неотложные состояния, весьма велик, однако при всем многообразии этиологических факторов их патогенез неизменно включает такие патофизиологические сдвиги, как гипоксия, расстройства гемодинамики и

    Механическая вентиляция легких - Сатишур О.Е. - 2007 год - 352 с. Механическая вентиляция легких - Сатишур О.Е. - 2007 год - 352 с.
    В монографии представлены современные принципы применения механической вентиляции легких в практике интенсивной терапии. Изложены основные сведения о видах и патогенезе острой дыхательной недостаточности, требующей искусственной вентиляции легких.

    Дыхательная недостаточность - Адроге Г.Дж., Тобин М. Дж. - 2003 год - 514 с ... Дыхательная недостаточность - Адроге Г.Дж., Тобин М. Дж. - 2003 год - 514 с ...
    Описание: В руководстве, составленном в виде детальных ответов на 990 конкретных вопросов, даны основные сведения об анатомии и физиологии системы дыхания, транспорте газов кровью и кислотно-основном состоянии, подробно описаны этиопатогенез, клинические

    Реферат: ОСТРАЯ ДЫХАТЕЛЬНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ Реферат: ОСТРАЯ ДЫХАТЕЛЬНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ
    Под острой дыхательной недостаточностью в настоящее время понимают синдром, при котором максимальное напряжение всех компенсаторных систем организма неспособно обеспечить его адекватное насыщение кислородом и выведение углекислого газа [А. П. Зильбер,

    Реферат: Регуляция регионального кровообращения Реферат: Регуляция регионального кровообращения
    Приспособление местного кровотока к функциональным потребностям органов осуществляется главным образом путем изменения сопротивления току крови, т.е. путем регуляции гидродинамического сопротивления. Поскольку сопротивление обратно пропорционально


Добавление комментария

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:

Код:
Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код
Введите код: