научная статья по теме ТЕПЛОВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ХЕМОСОРБЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ПРОДУКТОВ Метрология

Текст научной статьи на тему «ТЕПЛОВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ХЕМОСОРБЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ПРОДУКТОВ»

Медицинские и биологические измерения

ний количественных признаков, полученных в результате автоматизированной обработки изображений. Далее формируется заключение, основанное на оценке вероятности принадлежности рассматриваемой клетки к перечню возможных типов клеток крови.

Разработка требований к СППР для диагностики острых лейкозов. Приведенные выше факторы необходимо учитывать при разработке требований к проведению измерений с применением СППР. Предлагаемая структура требований представлена на рис. 3. Можно выделить четыре основные группы: общие требования к системе, требования к объектной среде, эксплуатационные и пользовательские требования. Общие требования учитывают факторы, обусловленные физическими процессами в используемой аппаратуре, а также методические факторы. Для снижения воздействия внешних условий на точность результатов измерений разработаны эксплуатационные требования к проведению измерений, настройке аппаратуры и т. д. Чтобы уменьшить влияние субъективного фактора, связанного с ошибками при подготовке образца, выборе поля препарата для исследования, позиционировании объекта в поле наблюдения и т. д., руководствуются требованиями к объектной среде. Для качественного контроля выполнения требований определяют класс измерительных приборов, которые будут его обеспечивать.

Выводы. В результате проведенного исследования, определены наиболее важные аспекты проектирования систем распознавания образов для диагностики острых лейкозов. Предложены пути по уменьшению факторов, искажающих результаты измерения признаков, используемых при распознавании бластных клеток: включение в состав системы поддержки принятия решений при диагностике острых лейкозов подсистемы оценки качества препарата и изобра-

жений клеток крови; разработка методик выполнения многократных измерений и обработки их результатов при работе с системой; проверка достоверности описания эталонных изображений несколькими врачами-экспертами в области гематологии.

Л и т е р а т у р а

1. Руководство по гематологии: В 3 т. Т. 1 / Под ред. А. И. Воробьева. М.: Ньюдиамед, 2002.

2. Никитаев В. Г. и др. Стратегия построения высокотехнологичных комплексов компьютерной микроскопии: опыт разработки и внедрения в атомную промышленность и медицину // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2011. № 10. С. 1—4.

3. Козинец Г. И. и др. Клетки крови и костного мозга: Атлас / Под ред. Г. И. Козинца. М.: Мед. информ. агентство, 2004.

4. Луговская С. А. и др. Лабораторная гематология. Тверь: Триада, 2006.

5. Никитаев В. Г. и др. Компьютерные системы гематологической диагностики. Введение: Учебн. пособие. М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2006.

6. Nikitaev V. G., Pronichev A. N., Chistov K. S. Method of computerized image analysis of blast cells at diagnostics of acute leukoses // Proc. XII Intern. work-shop «Medicine of XXI century». (Low Tatras) Slovakia, 2004. Р. 27—28.

7. Власов В. А. и др. Построение статистических тестов для испытания автоматизированных медицинских систем анализа микроскопических изображений // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2008. № 4. С. 46—48.

Дата принятия 08.12.2011 г.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

681.2.082

Тепловой метод измерения хемосорбционных характеристик регенеративных продуктов

П. В. БАЛАБАНОВ

Тамбовский государственный технический университет, Тамбов, Россия,

e-mail: pav-balabanov@yandex.ru

Рассмотрен метод измерения хемосорбционных характеристик регенеративных продуктов. Приведены конструкция измерительной ячейки и результаты экспериментальных исследований.

Ключевые слова: коэффициент массообмена, емкость по диоксиду углерода, регенеративный продукт.

The method of regenerative products chemisorption characteristics measurement is considered. The design of measuring cell and the experimental study results are presented.

Key words: mass exchange coefficient, capacity for carbon dioxide, regenerative product.

Химические продукты на основе супероксидов щелочных металлов широко применяют в составе коллективных и индивидуальных средств защиты органов дыхания человека с

целью очистки воздуха от диоксида углерода и обогащения его кислородом. Время защитного действия регенеративного аппарата зависит как от параметров очищаемого воздуха

(температуры, влажности, концентрации диоксида углерода), так и от свойств регенеративных продуктов (РП), используемых в составе аппарата. К числу важнейших характеристик РП относят динамическую емкость — максимальный объем диоксида углерода, который может быть поглощен единицей объема хемосорбента, и коэффициент массооб-мена, характеризующий скорость взаимодействия этих продуктов с диоксидом углерода и парами воды. Указанные характеристики требуются при сертификации РП и их приемке отделом технического контроля. Традиционный подход к определению хемосорбционных характеристик предполагает проведение нескольких опытов [1], в каждом из которых через слой РП толщиной в одно зерно продувают с заданным расходом газовоздушную смесь (ГВС) в течение заданного промежутка времени. Причем в каждом последующем опыте время продувки увеличивают. После продувки исследуемое вещество подвергают химическому анализу на изменение содержания ф поглощенного диоксида углерода в образцах в зависимости от времени опыта (рис. 1). Динамическая емкость РП по диоксиду углерода ф0 и коэффициент массообмена р определяют аппроксимацией экспериментальной зависимости ф(т) уравнением вида

ф = Фо(1 - ехр (-РСоТ/Фо)),

(1)

полученным из уравнения кинетики дф/дт = РС0(1 - ф/ф0), которое широко распространено при описании процессов поглощения диоксида углерода веществами на основе супероксидов калия и натрия [2, 3]. Уравнение кинетики записано с учетом того, что в слое хемосорбента толщиной в одно зерно концентрация диоксида углерода постоянна по толщине слоя и равна начальной концентрации С0.

Известный метод определения ф0 и р обладает рядом недостатков. Для нахождения текущего поглощения ф диоксида углерода необходимо осуществлять лабораторный химический анализ проб вещества. Получение зависимости ф(т) предполагает проведение нескольких опытов, каждый раз с новой пробой хемосорбента, так как предыдущая подвергалась химическому анализу. Например, для построения кривой 3 на рис. 1 по шести точкам было выполнено шесть опытов, длительность активных стадий которых составила 5, 12, 20, 40, 60, 90 мин, соответственно. Таким образом, при исследовании хемосорбционных характеристик РП известным методом необходимо затратить значительные временные и материальные ресурсы. Предлагаемый тепловой метод может быть автоматизирован и является более оперативным.

При продувке ГВС через слой хемосорбента диоксид углерода и пары воды вступают в химическую реакцию с регенеративным веществом по основному механизму (Ме = №, К) [4 — 6]:

2Ме02 + Н20 ^ 2МеОН + (3/2)02; 2МеОН + С02 ^ Ме2С03 + Н20; 2Ме02 + С02 ^ Ме2С03 + (3/2)02.

(2)

(3)

(4)

Реакции (2), (3) при температурах до 200 °С практически не разделены во времени и пространстве, и процесс описывается валовой экзотермической реакцией (4). Рассмотрим слой хемосорбента толщиной h (рис. 2), через который про-

Рис. 1. Графики изменения поглощения диоксида углерода во времени при концентрации 1, 2, 4 % на входе — кривые 1, 2, 3, соответственно

дувается ГВС. При этом с потоком газа подводится количество теплоты Qвх, в слое действуют внутренние источники теплоты, обусловленные протекающей экзотермической реакцией, объемная мощность яу которых изменяется во времени. С потоком газа уносится Qвых теплоты. Мощность внутренних источников теплоты естественным образом связана со скоростью поглощения диоксида углерода

Яу (т) = НЕдф(т)/дт,

(5)

где — суммарный тепловой эффект реакций образования МеОН из Ме02, Ме2С03 из МеОН, а также поглощения паров воды.

Следует отметить, что метод применим при температурах до 200—250 °С, так как при более высоких температурах в процессе регенерации могут появиться дополнительные источники и места истечения теплоты, обусловленные взаимодействием продуктов реакции, например, эндотермическое взаимодействие Са(ОН)2 и К02, которое не учитывается уравнениями (2)—(4) [5]. Дифференциальное уравнение теплопереноса для слоя хемосорбента имеет вид

Яу (т) = Сшд7"ш(т)/дт + 1жсг д7"г(т)/дх,

(6)

где сш, сг — объемные теплоемкости шихты хемосорбента и газа при температуре опыта; 7ш, 7г — средние по объему температуры шихты и газа; м — скорость газа; х — продольная координата, х = 0 ... h.

Уравнение (6) записано с учетом приведенных ниже допущений. Потери теплоты с торцевых сторон слоя пренебрежимо малы. Теплоемкость шихты постоянная при условии,

Рис. 2. Тепловая схема измерительной ячейки

Рис. 3. Конструкция измерительной ячейки: 1 — 6, 15 — термопары; 7, 8 — сетки из нержавеющей стали, закрепленные на торцевых поверхностях трубок, соответственно, 9, 13; 10, 14 — патрубки; 11 — стеклянное кольцо; 12 — дефлектор; ПСД — плата сбора данных; КХС — коробка холодных спаев;

Д — датчик

что в ходе эксперимента температура изменяется незначительно (на практике — в пределах 20—40 °С). Скорость ГВС постоянная, так как объем выделившегося кислорода за все время опыта значительно меньше суммарного объема продуваемой ГВС. Температура в любой точке шихты одинакова и равна 7"ш(т). Перенос теплоты конвективным потоком ГВС много больше переноса теплоты вследствие теплопроводности.

Перейдя от частных производных к конечным приращениям, преобразуем выражение (6) к виду, удобному для практического вычисления мощности внутренних источников теплоты в момент времени т, :

Яу (т,) = С

Тш(т,+1) - Тш(т,_ 1) т,+1 - т/ -1

1ЛСГ

ТГвых (т,) _ тВх (т,) h '

(7)

где ТВых, ТвГх — температура ГВС на выходе и входе в слой.

Для слоя круглого сечения диаметром D скорость ГВС определяют по измеренному расходу G как

\ = 4G/(пD2).

Таким образом, измерив температуру шихты, а также температуру ГВС на входе и выходе из слоя, можно по (7) вычислить мощность внутренних источников теплоты. С использованием (5) находят скорость поглощения диоксида углерода и паров воды в любой момент

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком