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空间站中分子筛清除二氧化碳技术研究

作　者: 杜大庆
导　师: 马沛生；杨晓东
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 二氧化碳分子筛吸附微波
分类号: V476.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大气中低浓度二氧化碳清除技术是载人航天器、潜水艇、深井作业等领域所必备的生命维持技术。分子筛二氧化碳清除技术由于有着性能稳定、安全可靠的优势而更适用于载人航天器上的应用。本文对不同类型分子筛对二氧化碳的吸附性能进行了研究,并以性能最佳的13X分子筛为样本测定了分子筛用于低浓度二氧化碳清除的工艺参数,即吸附空速2000h-1,有效吸附时间18min,提出了优化的再生工艺条件,即脱附温度130℃,脱附时间18min,最佳加热功率0.15kW/L,吹冷时间8~9min,并进行了可应用于空间站的实用型分子筛二氧化碳清除装置的概念设计。本文所设计的空间站用分子筛二氧化碳清除装置由5个分子筛填料床层轮流吸附,吸附饱和的床层采用微波加热真空脱附的方法再生,循环工作来实现二氧化碳的连续清除。装置最多可支持空间站内20名宇航员同时工作,并可控制舱室CO2浓度在0.3%,体积约为1600mm×900mm×1000mm,能耗约为30kW。本设计对于分子筛技术应用于空间站二氧化碳清除提供了技术依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章引言  7-8
第二章文献综述  8-23
  2.1 大气中低浓度二氧化碳清除技术简介  8
  2.2 二氧化碳清除与回收技术概述  8-11
    2.2.1 不可再生式二氧化碳清除技术  9
    2.2.2 物理化学再生式二氧化碳清除技术  9-11
    2.2.3 受控生态再生式二氧化碳清除技术  11
  2.3 目前的研究进展  11-12
  2.4 吸附-分离技术的原理  12-18
    2.4.1 吸附作用简介  12-14
    2.4.2 吸附理论  14-18
  2.5 常用吸附剂简介  18-23
    2.5.1 分子筛.  18-20
    2.5.2 活性炭  20-21
    2.5.3 硅胶  21
    2.5.4 吸附剂的选择  21-23
第三章实验方法  23-33
  3.1 实验准备工作  23-26
    3.1.1 分子筛变温变压清除二氧化碳性能实验流程（电阻丝加热再生）  23-24
    3.1.2 性能实验流程吸附床设计  24
    3.1.3 分子筛变温变压清除二氧化碳工艺实验流程（微波加热再生  24-25
    3.1.4 工艺实验流程吸附床设计  25
    3.1.5 实验用仪器  25
    3.1.6 实验用吸附剂的预处理  25-26
  3.2 实验方法  26-33
    3.2.1 分子筛性能试验  26-30
    3.2.2 分子筛工艺试验  30-33
第四章实验结果与讨论  33-39
  4.1 分子筛性能实验  33-37
    4.1.1 有效吸附时间实验  33-34
    4.1.2 吸附空速实验  34
    4.1.3 脱附温度实验  34-35
    4.1.4 脱附时间实验  35-36
    4.1.5 吸附湿度实验  36-37
  4.2 分子筛工艺实验  37-38
    4.2.1 加热功率实验  37
    4.2.2 吹冷实验  37-38
  4.3 分子筛性能参数  38-39
第五章实用型分子筛二氧化碳清除装置的概念设计  39-43
  5.1 设计指标  39
  5.2 脱附工艺的选择  39
  5.3 系统设计  39-41
  5.4 工艺设计  41-42
  5.5 装置的技术参数  42-43
第六章结论  43-44
参考文献  44-46
附录分子筛有效吸附时间实验数据记录表(部分)  46-52
发表论文和科研情况说明  52-53
致谢  53

空间站中分子筛清除二氧化碳技术研究

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