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大学生创新性实验计划项目申报书项目名称:便携式制氧机的结构设计及研制负责人:郑道元所在院系:化工学院指导教师:王同华申请时间:2010年9月大连理工大学教务处制表1项目名称便携式制氧机的结构设计及研制申请经费10000元起止时间2010年9月至2011年10月负责人姓名院(系)专业班级学号联系电话郑道元化工学院应用化学化091020094429815104090717参加成员徐一鸣化工学院化工与制药化091020094423215242607367指导教师姓名王同华职称教授学位博士单位化工学院材料化工系联系方式39893968项目背景及研究意义(同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等)制氧机广泛适用于氧疗和氧保健的人群,中老年人、孕妇、长期从事脑力劳动的学生、公司职员、机关干部;长期从事井下或密闭空间作业的人群、过度运动劳累氧供济不足的人群等均属于易患缺氧的人群。患有呼吸系统疾病的患者,如哮喘、气管炎、支气管炎等,每天定量吸氧,可以清洁呼吸系统环境,缓解病情,患有动脉硬化、肝、肺功能障碍症以及冠心病、脑中风的患者,定期吸氧可以降低发病频率,改善内脏功能,增强免疫能力。适当补氧能够维护身心健康,提高工作效率和精神状态,缓解工作压力。充足的氧气能够促进女性皮肤血液循环,使皮肤组织的代谢活动更加活跃,同时加快毒素和废物的排出和水分的补充,使皮肤更加年轻,富有弹性,达到美容养的功效。可见,制氧机有着很大的应用前景。(便携式制氧机采用先进的过滤技术,可去除了空气中的其他有害气体分子与微粒,高纯净度,具有很强的氧活性,有利于人体的吸收,体积小,重量轻,高效节能,简捷实用,适合于出行随身携带。)现有的制氧机按其应用的技术分类为化学制氧法、变压吸附法和膜分离法。化学制氧法又有化学投料制氧机和电化学制氧机。化学投料制氧机价格便宜,一般为两三百元左右,但对长期使用则是非常昂贵,目前市面上制氧剂每盒约40-48元,每小包使用时间约15分钟,氧流量较小,一般每次需使用2-3包,对于长时间使用者来说,费用过高。电化学制氧机采用的原理是氧气在电场作用下通过空气-碳电极膜进入电解液生成双氧根,然后双氧根在正极分解生成氧气,特点是生成氧的浓度高,可达99.6%,但缺点非常多如氧流量小,质量不稳定,.出来的氧气带有碱性,一般要经充分洗气。因此不适宜外出携带使用。变压吸附法制氧是指利用沸石分子筛作为吸附剂,在加压条件下,选择吸附空气中的氧气。使用该技术的制氧机目前在市场上占有主要份额,主要用于医院等医疗机构。该类制氧机具有分离性能、离子交换性能、选择性能和吸附性能等良好特点,且输出氧气的浓度较大,可达80%以上。但该类制氧机结构复杂,设备庞大,维护成本高,价格昂贵,噪声较大,因此不适宜随身携带,也限制了其大范围的推广。膜分离法是做进几年发展起来的气体分离技术。主要利用空气中各组分透过膜时渗透速率的不同,在压力差的驱动下,渗透速率较慢的气体滞留在膜的滞留侧,而渗透速率较大的氧气透过膜,在膜的渗透侧被富集,从而制得富集氧气。虽然膜分离法富集技术在产品纯度和产气量方面都不高,但在制备较低浓度氧气时,膜分离法具有节能显著,2装置简单,启动速度快等特点。这使该技术适用于研制在高原地区使用且随开随用的制氧机。膜空气分离法按膜的不同分为有机膜、无机炭膜。由于气体在聚合物膜中渗透量较低,而且其分离选择性还受到“Rebeson上限”的限制。现有的聚合物膜材料要么气体渗透量较大而氮氧选择性非常低,要么氮氧选择性较高而气体渗透量非常低。加上聚合物自身存在种种缺陷如不能耐高温、耐腐蚀,机械强度差,重现性不好等,根本无法满足市场对高性能气体分离膜日益增长的需求。炭膜是一种新型无机多孔膜,具有发达、可区分气体分子尺寸的纳米级超细微孔结构,对气体表现出很高的分离选择性及渗透能力。特别是在小分子气体分离如O2/N2,CO2/CH4,CO2/N2及烯烃/烷烃分离等方面显示出比聚合物膜和其他无机膜更优异的分离选择性及渗透能力。在气体分离方面,炭膜被认为是本世纪替代现有气体分离技术的一个非常重要的分离技术,具有更大的发展潜力与诱人的应用前景。本研究拟采用炭膜件为主要部件,研制可用于高原地区哨所战士在外出执勤时可随身携带的制氧机。在高原地区执勤,由于气压低,氧气稀薄极易引发高原反应,例如由于缺氧对大脑功能的损害,对视觉的损害,使听觉减退,触觉及痛觉变迟钝,使记忆力变薄弱等等,这些都会对战士们身心造成严重伤害。该制氧机体积小,能耗低,便于外出携带。可产生浓度在30%——50%的氧气,避免因低压低氧造成的高原反应。高原地区执勤官兵在外出巡逻时带上该装备,可以有效的改善的身心健康。大连理工大学从1993年起就在国内率先开展的炭膜方面的研究工作。经过近20年的不懈探索和努力工作,取得了一系列的创新成果。研究内容和拟解决的关键问题研究目标:本研究采用无机炭膜为主要部件,利用其对氧分子和氮分子不同的分离选择性及渗透力的原理不同的分离选择性及渗透力的原理研制制氧机。根据使用条件和用途的不同,分别研制不同的装置研究内容:1.考察不同结构的炭膜的氮氧分离选择性能力,以及高分离选择性炭膜的研究和制备2.便携式制氧机的结构设计3.便携式制氧机研制以及性能的测试解决的关键问题:1.制备炭膜组件2.炭膜组件密封3.制氧机的性能测试项目创新之处1.利用价格较低廉、性能稳定的无机炭膜为主要部件,有效的降低产品成本,延长产品的使用寿命2.利用结构简单的无机炭膜为主要部件,大大简化产品的结构,使其微型化便于携带3.根据不同需要设计不同机构的制氧机,使其更具有实用性3项目进度安排(查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等)2010.9~2011.1查阅国内外有关的文献资料,了解制氧的原理、方法与相应的技术,了解炭膜技术的发展及现状,掌握不同炭膜的制备方法及其工艺条件.,确定实验计划对社会对于制样机产品的需求进行调研,研究社会对制氧机结构及功能的需要对不同结构的炭膜进行相应性能的测试,确定并研制具有高效氮氧选择性的卷式炭膜炭膜2011.2~2011.7设计制氧机的结构,对关键部件进行选择、测试,对其性能进行评估,对其结构进行改进,提高其性价比制氧机部件装配,并进行综合的性能测试,进行相应的结构改进优化,研制出成品与市场上其他同类产品进行对比,对其进行市场定位。2011.8~2011.10填写结题表,撰写研究论文和总结报告,参加结题答辩和成果推广项目经费预算(如材料费、资料费、版面费、专利费、调研费等)拟申请经费:10000元经费预算:材料费:7000元资料费:1000元版面费:1000元测试费1000元4预期研究成果(如项目鉴定、学术论文、申请专利、获奖、推广应用等)1.制备出可用于便携式制氧机的炭膜,并符合产品功能的要求;2.分别设计出以无机卷式炭膜为主要部件的便携式制氧机的结构,制作出相应的成品,性能测试符合社会需求3.在国内外核心期刊上以本科生为第一作者发表论文1~2篇指导教师意见(从项目学科性、前沿性、可行性、研究性、可操作性和成效性加以评价)指导教师签字:年月日所在院系意见负责人签字:(公章)年月日学校评审意见签章:年月日
本文标题:便携式制氧机的研制
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