2024年5月12日发(作者：z8500相当于骁龙多少)
二氧化碳的吸收
背景：
载人航天器密封舱，航天员在其中生活会不断产生CO2，其对人体的伤害尤为显著，其中最主要的危害
就是刺激人的呼吸中枢，致使呼吸急促，进一步导致烟气吸入量的增加，并且还会引起头痛、神志不清等
症状。我们知道，人在流动的空气中总会感觉神清气爽，不会有不适感觉，那是因为新鲜空气中CO2所占
的比例约为0.03%，但是如果处在空气流动不畅的室内，就会消耗一部分空气中的氧气，进而产生大量二
氧化碳，从而导致处于这种环境中的人员显现出程度各异的中毒症状，严重的时候可能致人死亡。 因此航
天器座舱内的CO2浓度必须低于一定的数值才能保证航天员的正常生存。故载人舱内必须有CO2去除装置
除去多余的CO2。而在我们小组设计的处理CO2的系统中，我们认为CO2时时刻刻都在产生，但当其含量
较少时，不会对人体造成大的伤害，即处理CO2的系统没有必要时刻进行反应，故在反应之前，应先对其
进行吸附浓缩，当浓度传感器测得吸收系统的CO2浓度达到预设值时，开始启动后续系统，以保证反应的
高效性。
方法：
采用用固态胺吸附CO2，在解吸并将CO2聚集。再生固态胺的方法是一种较为折衷的方案，简便易行。
原理：
固态胺树脂为球形多孔介质，内部有许多微孔，比表面积很大。树脂中的微孔使得它有很强的吸附能
力，能够吸附空气中的各种成份。但因为CO2能够和固态胺产生反应，所以吸附CO2的能力强于空气中的
其它成分；而水蒸气的饱和压力比较低，容易在树脂的微孔中冷凝，也容易被吸附。因此只考虑树脂对这
两种成份的吸附。吸附二氧化碳的固态胺是引人胺基的树脂，属弱碱性阴离子交换树脂。吸附原理是固态
胺与水反应生成胺的水合物，再与二氧化碳反应生成碳酸氢盐。
综合反应：
CO
2
R
2
NHH
2
OR
2
NH
2
HCO
3
在没有水的条件下也可以发生反应，但吸附量要少。固态胺与CO2的反应是可逆的，正向反应放热，逆向
反应吸热。一般吸附温度应控制在20～30℃。树脂湿含量对反应有明显的影响。在常温常压下固态胺树脂
床含水量为25%～ 30%时吸收CO2能力最强，如湿度太大，当固态胺表面形成水膜影响空气流向树脂微孔
的扩散时，则会使固态胺吸收CO2的能力和速率大大降低，而脱吸是吸热反应，吸收了CO2的固态胺被加
热后将会把CO2释放出来。常压下床层温度达60℃以上时固态胺将开始解吸，当温度达85℃以上时解吸速
率加快,温度越高解吸越快越彻底，但温度太高将给装置结构和工艺带来难度。通常控制床层温度达90～
100℃为宜。故在反应平衡状态，如果加入热量则使反应逆向移动，CO2被排出，即可实现收集过程。
过程：固态胺清除CO2的过程，从一个床单元看是间歇式作业，即每一个床层都经过吸收，脱吸，吹冷
的三段往复循环过程。将多个床按一定时间间隔配布可组成一个不断清除CO2的连续作业系统。固态胺清
除CO2装置的工艺流程原理框图如下图所示。含有CO2的舱室空气经风机进入固态胺床，CO2被固态胺吸
收，洁净空气经通风管道返回送风系统再利用。吸收阶段结束后转入脱吸阶段，利用吸收过程产生的热量
输入蒸汽发生器中，使得水槽中的水变成水蒸汽，并以一定速率通入固态胺床，加热固态胺进行再生，CO2
脱吸出来后随同蒸气进入冷凝器，水蒸气被冷凝下来至水槽，泵入蒸气发生器循环使用，CO2气体冷却后
进入CO2气囊，当气囊收集的二氧化碳浓度达到预设值时开始进行下一步。
供气系统
热量
座舱空气
吸附床
解吸床
蒸汽发生器
冷却床
冷凝器
气囊
水槽
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