基于可再生吸附的核生化过滤技术分析

基于可再生吸附的核生化过滤技术分析

郭福松

广东国华人防科技有限公司

摘要：随着科学技术和军事技术的不断发展，物理武器已经逐渐被化学武器、生物武器和核武器所替代，其破坏力和突然性也进一步增加。作为核生化武器，大型水面编队和舰船是其主要打击目标，杀伤性和威胁性都空前增加，因此，必须建立科学有效的核生化防护体系来保证舰船作战性和舰员安全。以可再生吸附为基础的核生化过滤技术可以有效解决滤毒通风装置的防护时间短和定期更换等问题，在提升系统防护能力的同时可以有效减少运行成本。本文中，笔者就分析了基于可再生吸附的核生化过滤技术的具体相关技术和过滤装置，以供参考。

关键词：可再生吸附；核生化；过滤技术

在舰船核生化防护体系中，集体防护是主要形式，而集体防护系统的重要设备之一就是滤毒通风装置，该装置的运行时机和防护能力直接关系到整体防护效果。传统的滤毒通风装置主要应用了活性炭过滤技术，属于不可再生型过滤器，由于每隔一段时间，滤毒通风装置的吸附量就会饱和，因此必须定期更换，加之其防护毒剂的时间非常有限，对后期保障工作造成很大麻烦。近几年，基于可再生吸附的核生化过滤装置逐渐开始被应用，这种方式不仅可以保证运行的长时间，还有助于保持核生化污染物防护工作的连续性。

一、基于可再生吸附的核生化过滤技术的相关技术分析

（一）高效预过滤技术

预处理染毒空气是吸附分离的前置环节，其目的主要在于滤除各种颗粒类污染物，包括生物毒剂、化学毒剂以及放射性灰尘等。目前在滤除过程中主要结合使用了高效、中效和粗效过滤器，但这种方法需要在吸附饱和后更换过滤器，成本相对较高，因此可以改用膜分离器来过滤核生化颗粒类污染物，不仅处理能力长期有效，而且具备很强的自清洗能力，免除维护麻烦。

在膜分离器的介质选择方面，主要以陶瓷膜为主，这种材料的优点主要体现在以下几个方面：一是具备较强的耐高温性和热稳定性；二是对微生物、有机溶剂以及酸碱物质的耐侵蚀性相对较强；三是非常耐磨，具备很高的机械强度，即便高压状态下也不会出现变形；四是可再生并且易清洗，具备较长的使用寿命，同时更换次数非常少，生产成本相对较低。

我们可以运用氧化铝基体材料来制造用于核生化处理的陶瓷膜材料，并且配套使用核生化错流陶瓷膜分离器来吸附净化处理和预处理，从而做到连续防护核生化战况污染物，并对生物气溶胶和微小微粒进行截留。

（二）优化床层和吸附材料改性技术

所谓军用吸附分离技术，其工作原理主要是利用吸附剂材料优先吸附毒剂蒸气的方式来脱除有毒物质，进而对空气做出净化。通常情况下，只有吸附剂孔径大于毒性物质的分子直径，才能达到吸附和脱除有毒物质的目的，因此，必须保证吸附剂在常温常压下较强的脱附能力和孔径分布的适当性与合理性。

当前工业范围内主要使用活性氧化铝、硅胶、活性炭以及沸石分子筛作为常用吸附剂，这些吸附剂虽然在各自的领域和防护范围中作用较大，但都存在局限性，必须复合使用才能满足更宽的防护范围。

我们可以在沸石分子筛的基础上，将功能离子引入，并通过改性来克服水的竞争性吸附，从而提升吸附剂吸附化学战剂和生物战剂广谱性的能力，通过多次合成测试和优化，来研制最佳的吸附材料。在床层结构方面，可以设计复合型，并对吸附器内部功能结构层进行优化，从而提升床层的吸附能力，此外，还可以结合粘结剂和吸附剂颗粒，让其固定化，这样可以一方面防止高速气流环境下出现液态化，另一方面也可以避免由于装置震动和摇晃造成的颗粒磨损与摩擦。

（三）优化吸附过滤工艺的运行参数

吸附过滤的基本原理和依据是平衡吸附分离理论与动力学吸附分离理论，主要方法是模拟计算计算机数值，通过数值的方式来模拟变温变压吸附过程中的过程性能和各种操作参数（主要包括再生温度、吸附温度、回流比、清洗比、吸附时间、进气流量、压力等）之间的关系，进而一方面对吸附净化过程的选型与设计进行指导，另一方面进一步优化吸附净化过程。

我们可以以吸附分离过程为依据，构建对应的变压变温吸附分离模型，并将组分、温度、流速以及流体压力等参数输入模型，由此获取吸附后的组分、温度、流速以及流体压力等参数，这些输出会随着再生温度、回流比、清洗比以及吸附时间等操作参数的变化而变化，并且可以完成验证和设定参数。在滤毒通风装置运行的过程中，我们可以依据监控软件记录的实际运行数据来对后续分离过程进行进一步的指导和优化。

（四）加速脱附技术

吸附分离过程中，目标组分能否分离的关键取决于吸附材料的吸附性能，但是系统处理的数量和精度则主要取决于其脱附性能。因此，我们既要注意在脱附过程中单元滤除精度的保证，又要注意系统资源消耗的控制和装置体积的缩小。

所谓变温吸附，其原理实际上就是流体易吸附组在常温和高温条件下分别进行吸附和脱附而实现的，其适用条件有两个：一是吸附量变化相对较大，二是温度变化相对不大。

我们可以将高温加速脱附过程引入到滤毒通风装置再生过程中，也就是在脱附时将加热器开启，并加热气体至特定温度，从而提升吸附剂解吸能力，保证再生吸附剂的彻底性。当然，应当在脱附完成之前关闭加热器，并在吸附塔中继续逆流引入清洁空气进行置换和吹冷，从而降低脱附床层温度，直至接近常温。

二、基于可再生吸附的核生化过滤技术的过滤装置

基于可再生吸附的核生化过滤技术的过滤装置在净化处理不同成分的污染物时，主要是采取了三级处理方式，分别是预过滤处理过程、换热冷却过程和吸附净化过程。

首先是预过滤处理过程，也就是使用粗效过滤器来过滤染毒空气中的大粒径颗粒和异物，在使用陶瓷膜过滤器来过滤其中的生物气溶剂和小粒径微粒；

然后是换热冷却处理过程，也就是运用换热器来降低气体温度和空气中毒剂分子的饱和蒸气压，同时通过降低温度来冷凝高沸点毒剂，降低其浓度，此外，温度在很大程度上影响着吸附材料的吸附力和吸附质，通常情况下，分子动能会随着温度的降低而减小，从而便于吸附材料的吸附。

最后是吸附净化处理过程，也就是有机结合变温吸附和变压吸附。所谓变压吸附，主要是运用吸附剂在吸附各种气体时在吸附推动力、速度以及数量方面的区别，加之压力变化时吸附剂吸附容量会随之变化，这样可以通过加压来吸附分离混合气体，通过降压来再生吸附剂，进而完成循环使用吸附剂来分离气体。所谓变温吸附，就是通过控制温度的方式来实现常温吸附和高温脱附的过程。

我们所说的再生式核生化过滤装置，其组成模块主要包括监控模块、预过滤模块、吸附净化模块以及动力模块四大部分，其工作流如图一所示：

图一再生式核生化过滤装置的工作流程

在这里我们着重介绍一下监控模块，其功能主要体现在可以实时采样显示阀位运行状态、工艺流程、传感器以及各个仪表数据，从而可以集中控制工艺运行参数，再通过操作安全连锁和故障报警点的设置来提升监控效果。

结语：

综上所述，基于可再生吸附的核生化过滤装置可以连续长时间运行，既有助于连续防护核生化污染物，也能避免过滤器的频繁更换，从而节省维护和运行成本。

参考文献：

[1]杜红霞，王俊新.基于可再生吸附的核生化过滤技术[J].船海工程，2016，（2）：4-7.

[2]专用（核生化）过滤吸收器[J].军民两用技术与产品，2016，（9）：27-27.

[3]罗雯军，邵飞，林芃.高效舱室空气净化可再生介微孔吸附材料[J].装备环境工程，2017，（9）：80-84.