Использование твердого кислорода для ребризера

Я разрабатываю защитный костюм для людей, которые они будут носить, взаимодействуя с доброжелательными инопланетными существами в инопланетном космосе. Вот мой вопрос:

Сколько твердого кислорода (по массе и объему) потребуется для шести часов комфортного дыхания с низким уровнем стресса у человека среднего размера?

Это ограничения, с которыми я работаю:

  • Костюм, который используют люди, должен быть закрыт на микроскопическом уровне, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение. В то время как человеческая и инопланетная жизнь опирается на одни и те же фундаментальные структуры, из-за древней искусственной панспермии контакт произошел достаточно недавно, так что ни одна из сторон не имеет эффективного иммунного усилителя, чтобы защитить их от микробиологии другой. Поэтому я хочу замкнутую систему, вроде ребризера, чтобы выдыхаемый кислород не загрязнял инопланетную атмосферу.

  • Экологические костюмы могут выдерживать давление в одну атмосферу против человека, который их носит. Одно из ограничений для аквалангистов заключается в том, что повышенное давление сокращает время, в течение которого их может поддерживать подача воздуха, поэтому предположим, что костюмы могут свести на нет обычные перепады давления, которым будут подвергаться их носители.

  • Я вижу, что единицей измерения давления δ-фазы (оранжевой) формы кислорода является гигапаскаль, но инопланетяне обладают способностью накапливать и генерировать энергию в огромных масштабах и с огромной точностью. Однако я буду рад ответам на любом из этапов.

  • Предпочтение отдается ответу, в результате которого кислородный баллон может взорваться, как бомба.

Кроме того, если есть более простой способ обеспечить пригодную для дыхания атмосферу в течение длительного времени, чем просто больше конденсировать кислород, учитывая предположение о дешевой, объемной энергии, то, пожалуйста, дайте мне знать.

Это мой первый вопрос здесь о построении мира. Если я допустил какие-либо ошибки с формой, или если что-то нужно уточнить, дайте мне знать.

Добро пожаловать в миростроительство ТПК! Если у вас есть возможность, прочтите часто задаваемые вопросы и справочный центр . Одно предложение состоит в том, чтобы сохранить ваш вопрос по теме. Поскольку ваш нижний колонтитул не имеет отношения к вашему вопросу, было бы неплохо отредактировать свой вопрос, чтобы удалить его.
Твердый кислород образуется при давлении около 9 ГПа, что составляет почти 90 000 атмосфер. Мы бы прислушались к очень прочному контейнеру для такого давления.
Эмм, а в чем собственно вопрос? Я немного потерян.
@Mołot поднимает хороший вопрос. Ваш вопрос не содержит ни одного вопросительного знака.
Сколько твердого кислорода по объему и массе потребуется для дыхания в течение 6 часов. Вот в чем вопрос.
Ответ на большинство вопросов можно найти на сайте Physics.se . Люди вдыхают около 4,75 кубических футов кислорода за 6 часов. Ответ Physics.se предполагает, что использование металлического кислорода дает лишь умеренную пользу.
В дополнение к комментарию @Alexander выше (с учетом предположения, что вы работаете при давлении около 9 ГПа, хотя вы, возможно, захотите это уточнить), было бы полезно, если бы мы знали, при какой температуре это происходит (хотя сколько, если это не имеет вообще никакой разницы, зависит от точных характеристик продаваемого кислорода, которых я не знаю)
Я подумал, что он спрашивал, как оправдать мощный взрыв кислородного баллона.
@MatthewJamesBriggs Если вы посмотрите на комментарий Анона, вы увидите, что есть альтернативные варианты ответа на вопрос. Было бы лучше, если бы вопрос был отредактирован , чтобы четко указать, о чем спрашивают.
Вы проделываете массу бесполезной работы, когда у нас уже 50 лет есть скафандры, дыхательные аппараты, поглотители CO2 и т. д.
Человеческая потребность говорит 550L в день. При 1,429 кг/куб.м = 0,78 кг в день или ~200 г за 6 часов, при условии, что они не много бегают. Твердый кислород светло-голубой альфа-фазы 21 см3 на 16 г = 1,3 г/см3, поэтому на 6 часов требуется около 260 см3. Другие аллотропы твердого кислорода, такие как красная форма ε-фазы, значительно плотнее и составляют примерно 2,6 г/см3, поэтому для этого потребуется всего 130 см3. Переносить твердый кислород в ε-фазе будет чрезвычайно сложно из-за необходимого огромного давления. чтобы создать взрывоопасную ситуацию, носите сосуд со сверхкритическим кислородом.
Я проголосовал за повторное открытие этого вопроса. ОП задает очень четкий, очень конкретный вопрос. Тем не менее, я добавил немного форматирования, чтобы помочь всем.
@JBH, пожалуйста, не используйте блоки цитат для контента, который не является цитатой.
@Mołot, :-) Потому что использование красивого цвета в качестве акцента без указания авторства (что на самом деле определяет цитату) извратит общество и положит конец миру, каким мы его знаем.
@JBH, нет, потому что это усложняет жизнь слабовидящим людям. Я надеюсь, что ты не знал, а не то, что ты знаешь и тебе все равно.
@ Молот, это точно, потому что мне все равно. Как программист, я прекрасно понимаю, что 99,99% всех пользователей понятия не имеют, что делают те или иные HTML-элементы. Без последовательности использование для слабовидящих не имеет значения. Никакая полиция в мире не изменит этого факта, и общая организация этого сайта такова, что он в любом случае будет кошмаром для читателя (может быть, вам стоит попытаться закрыть глаза и попросить кого-нибудь прочитать вам одну из этих страниц, вы быстро поймете, почему проблема неактуальна, сайты SE не подходят для слабовидящих). Так что нет, плевать.
@JBH, спасибо за редактирование вопроса для лучшего форматирования. Я не делал этого сам, потому что ответ Марка был отправлен до закрытия, и я нашел его удовлетворительным как есть, но я ценю помощь.

Ответы (3)

Для системы с замкнутым контуром вам, вероятно, не понадобится кислород, а вместо этого вам понадобится перекись лития или гидроксид лития . Оба являются легкими соединениями, которые поглощают значительные объемы углекислого газа. Человека в скафандре убивает не недостаток кислорода, а отравление углекислым газом . Когда содержание углекислого газа превышает 5,0%, человек умрет в течение 4 часов, и для нормального функционирования концентрация действительно должна поддерживаться ниже 1,5%.

Это были химические вещества, использованные в знаменитой сцене «Аполлона-13 » . Но перекись также генерирует кислород, поэтому в вашем сценарии она будет более полезна. В качестве альтернативы кислород тройной точки обычно используется для текущих космических миссий, потому что он имеет наибольшую массу для данного объема кислорода, при этом его можно откачивать в виде газа.

Используя кислород тройной точки и часто цитируемые данные о том, что человек использует 550 литров кислорода при STP (20 ° C и 1 атмосфера) в день, мы получим массу 0,715 кг в день или около 0,3 кг в течение 6 часов. (с разумным запасом прочности по конструкции).

Что касается пероксида лития, то его можно получить, используя всего 0,86 кг соли или 400 мл соли. Кислороду тройной точки с плотностью 0,04083 моль/см^3 или 1,307 кг/л потребуется объем 0,23 л, чтобы удержать такое количество кислорода.

Этот ответ отличный, за исключением того, что он не отвечает на вопрос ОП. «Мне нужно знать, сколько твердого кислорода (по массе и объему) потребуется для шести часов комфортного дыхания с низким уровнем стресса для человека среднего размера». Добавьте компонент «необходимая сумма» к вашему ответу, и он прекрасен.
@JBH - исправлено. Спасибо за запрос на обновление.
В дополнение к этому превосходному ответу я хотел бы отметить, что эти 0,3 кг - очень маленькая масса по сравнению с оборудованием, необходимым для создания работающего и безопасного ребризера, поэтому во всех смыслах вы можете игнорировать причудливое хранилище кислорода. механизмов и сосредоточиться на снижении веса оборудования.
Спасибо, есть репутация! И я совершенно не беспокоюсь о железе. Магия Кларка (неотличимая от достаточно продвинутой технологии) позаботится об этом. :-)
Не могли бы вы дать больше информации о кислороде тройной точки? Тройная точка кислорода находится на уровне 54,36 К (-218,79 °C), и, насколько мне известно, в настоящее время кислород доставляется на МКС в неохлаждаемых резервуарах.

99% перекись водорода

Я предполагаю, что есть ребризер для подачи соответствующего инертного газа и очистки от CO2.

http://www.collegesportsscholarships.com/measure-oxygen-consumption.htm средняя потребность в O2: предположим, 250 мл/мин. Мы также предположим, что выдыхаемый O2 (мы не используем весь объем вдыхаемого воздуха) рециркулирует; O2 не выбрасывается и не тратится впустую.

Как насчет этого превосходного справочника по перекиси водорода? http://moveonstage.excellencegateway.org.uk/ilr_php/hottopics/pe/l1/docs/res/hydrogen%20peroxide%20strengths.pdf

1 мл 3% H2O2 выделяет 10 мл газообразного O2
1 мл 6% H2O2 выделяет 20 мл газообразного O2
Итак, 1 мл 99% H2O2 выделяет 330 мл газообразного O2

6 часов составляют 360 минут x 250 = 90 000 мл O2, необходимое 90 000 мл / 330 мл = 272 мл H2O2. Это меньше, чем объем банки газировки.

Может ли это быть правильным? Проверка на жидкий кислород с коэффициентом расширения 1:860 https://en.wikipedia.org/wiki/Expansion_ratio 90 000 / 860 = 104 мл.

Так почему бы не использовать жидкий или твердый кислород?

1: Жидкий или твердый кислород необходимо переохлаждать / держать под давлением / и то, и другое. Перекись водорода может быть жидкостью при комнатной температуре и давлении.

2: Перекись водорода очень реакционноспособна и окончательно окисляет все органические вещества, с которыми контактирует. Таким образом, ваш источник пероксида может выполнять двойную функцию скруббера (вероятно, в отдельном контуре). Никакие микробы/вирусы/мокрота/пыльца/случайные волоски не пройдут. Ваша перекись может стерилизовать входящие или исходящие выдохи.

3: Взрыв. Проблема с переохлажденным O2 заключается в том, что очень холодный материал не такой реактивный. В (самой отличной) серии Periodic Videos есть пара видеороликов, показывающих, как горячий уголь бросают в чан с жидким O2. Он аккуратный, но не взрывается. https://www.youtube.com/watch?v=7NXfyCezUFk

Чистая перекись водорода может использоваться (с окисляемым углеродом, таким как керосин) в качестве ракетного топлива. Он быстро окисляет все, к чему прикасается, что окисляется, а это означает, что эти вещи загорятся. Перекись водорода на свету может разложиться со взрывом на газообразный кислород и перегретый пар (выделение кислорода достаточно экзотермическое, чтобы образовался пар). Расширяющиеся горячие газы осыпают все вокруг каплями неразложившейся чистой H2O2, в результате чего все это загорается. Как только появится пламя, реакция усилится. Пористые или смачиваемые вещи, пропитанные H2O2, горят не снаружи внутрь, как вещи, облитые газом, а изнутри наружу, так как внутренности насыщаются окислителем.

Таким образом, ваша катастрофическая неудача будет похожа не на взрыв бомбы, а скорее на взрыв бутылки с газировкой, после чего все вокруг будет гореть как бешеное. Что, на мой взгляд, предлагает больше возможностей для повествования, чем просто большой взрыв, а затем люди, ползающие среди обломков, комментируют произошедший большой взрыв.

Насколько я могу судить и рассуждать,

Если бы контейнер с твердым кислородом был пробита зарядом плазмы, последующая реакция была бы разочаровывающей. После прободения твердый O2 просто начал бы сублимировать, поскольку подвергался воздействию тепла от отверстия. Даже взрыв давления из-за нарушенной целостности контейнера кажется довольно ручным. Это связано с тем, что твердый кислород стабилен. Плазма должна быть достаточно горячей, чтобы испарить большое количество кислорода (это если вы даже стреляете из нее).

В любом случае есть и другие способы сделать взрыв. Если энергия дешева и ее много, почему бы не использовать батареи, которые управляют искусственным фотосинтезом, например реакцией, превращающей СО2 в О2. Все, что содержит столько заряда, несомненно, может привести к чудесному взрыву. Как дешевые литий-ионные аккумуляторы для телефонов, которым удалось сбивать самолеты, только намного сильнее.

Использование твердого кислорода для ребризера
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v