Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТР-ПОГЛОТИТЕЛЬ

Изобретение относится к средствам коллективной защиты людей и используется для фильтрации (очистки) воздуха, предназначенного для дыхания, от воздействия вредных и токсических примесей и аэрозолей, в частности, в многофункциональной фильтровентиляционной установке.

Известен фильтрующий модуль, использующийся в установках очистки воздуха от паров вредных и токсических веществ, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в корпусе последовательно по ходу воздуха слоями сорбента и окислительно-восстановительного катализатора, а также входным и выходным отверстиями, расположенными в дне и крышке корпуса (см. пат. России RU 2172641, класс B01D 53/02, B01D 53/04 от 27.08.2001 г.).

Недостатком известного фильтрующего модуля является отсутствие в его составе противоаэрозольного фильтра, что делает невозможным его использование для комплексной очистки газов или воздуха от паров и аэрозолей без применения дополнительных устройств, позволяющих осуществлять очистку воздуха от паров и аэрозолей, что приводит к увеличению габаритных размеров системы за счет применения дополнительных коммуникаций.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является фильтр-поглотитель для установок очистки воздуха от вредных и токсических примесей и аэрозолей, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в корпусе последовательно по ходу воздуха противоаэрозольной и сорбционной ступенями очистки, а также входным и выходным отверстиями (см. пат. Германии DE 4115313 С2, класс А62В 23/04 от 22.11.2001 г.).

Недостатками известного фильтра-поглотителя являются низкая устойчивость фильтра по варианту, представленному на Фиг.1 (см. пат.), к динамическим нагрузкам и вибрации, так как фильтрующие элементы в изделии закреплены одним концом и воздействие поперечной вибрации может привести к нарушению крепления и герметичности фильтра, с другой стороны, применение сорбента одного типа не позволяет достичь широкого спектра действия фильтра-поглотителя по отношению к различным классам вредных веществ; у варианта исполнения фильтра, изображенного на Фиг.1а, 2b (см. пат.), недостатками являются как повышенное сопротивление фильтра-поглотителя из-за большого количества входных отверстий малого диаметра, так и низкая надежность герметизации фильтра, возникающая вследствие «растянутой» его полосы герметизации.

Серьезным недостатком данного устройства является также незначительное время защитного действия по парам сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ) различных классов с противоположными свойствами, таких, например, как кислые газы (хлор, сероводород и т.п.) и аммиак.

Технический результат заключается в повышении качества очистки воздуха фильтром-поглотителем, увеличении ресурса его работы и повышении надежности при поглощении СДЯВ, противоположных по своим свойствам, таких как кислые газы (хлор, сероводород и т.п.) и аммиак.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в фильтре-поглотителе, содержащем цилиндрический корпус с расположенными последовательно по ходу воздуха противоаэрозольной и сорбционной ступенями очистки, а также входным и выходным отверстиями, первая ступень по ходу воздуха - противоаэрозольная - выполнена из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень - сорбционная - выполнена двухслойной, первый слой по ходу воздуха содержит смесь активного угля, модифицированного солями меди и/или никеля и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра при их массовом соотношении 1:(0,75-1,5), а второй слой выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.

Отличие предложенного устройства от известного заключается в том, что первая ступень по ходу воздуха - противоаэрозольная - выполнена из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень - сорбционная - выполнена двухслойной, первый слой по ходу воздуха содержит смесь активного угля, модифицированного солями меди и/или никеля, и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, при их массовом соотношении 1:(0,75-1,5), а второй слой выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.

Использование в фильтре-поглотителе двух ступеней очистки воздуха, когда лобовая ступень выполняется из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень - сорбционная - выполнена двухслойной, где первый слой представляет собой смесь в определенных соотношениях активных углей, модифицированных добавками различных солей, а второй слой представляет волокнистый целлюлозный материал, содержащий активный уголь в различных соотношениях, авторам из научно-технической литературы неизвестно.

Использование указанных признаков в предложенном устройстве позволяет достичь высокого качества очистки воздуха, повысить надежность эксплуатации изделий в экстремальных ситуациях (вибрации при транспортировке, частый перемонтаж изделия и др.), увеличить ресурс работы изделий, что становится возможным за счет того, что первая ступень по ходу воздуха - противоаэрозольная - выполнена из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень - сорбционная - выполнена двухслойной, первый слой по ходу воздуха содержит смесь активного угля, модифицированного солями меди и/или никеля, и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, при их массовом соотношении 1:(0,75-1,5), а второй слой выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на Фиг.1 приведен общий вид фильтра-поглотителя;

на Фиг.2 приведена зависимость времени защитного действия (θ, мин) смеси компонентов, идущих на снаряжение фильтра, по кислому газу, например сероводороду (Н₂S), и динамической активности (А, г/л) ее по аммиаку (NH₃) от массового соотношения между компонентами смеси углей, модифицированных солями меди и/или никеля и солями меди, хрома и серебра;

на Фиг.3 приведены зависимости времени защитного действия (θ, мин) по хлору и разрушающего усилия при растяжении (I, н) волокнистого целлюлозного материала от содержания в нем активного угля.

Предложенный фильтр-поглотитель включает цилиндрический корпус 1 с расположенными последовательно по ходу воздуха противоаэрозольной 2 и сорбционной 3 ступенями очистки, входное 4 и выходное 5 отверстия. Первая ступень по ходу воздуха 2 - противоаэрозольная - выполнена на основе материалов целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень 3 - сорбционная - выполнена двухслойной, первый по ходу воздуха слой 6 содержит смесь активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, а второй слой 7 выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.

Противоаэрозольная ступень очистки 2 представляет из себя складчатый фильтр-элемент из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, закрепленный на перфорированном каркасе 8.

Первый по ходу воздуха слой 6 сорбционного материала 3 закреплен между малым 9 и большим 10 перфорированными цилиндрами, а второй слой закреплен на каркасе большого перфорированного цилиндра 10.

Фильтр-поглотитель работает следующим образом.

С помощью входного отверстия 4 фильтр-поглотитель подключается к воздуховоду всасывающей линии.

Загрязненный воздух поступает во внутреннее пространство фильтра и, пройдя последовательно через противоаэрозольную ступень очистки 2, представляющую собой складчатый фильтр-элемент из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, закрепленный на перфорированном каркаксе 8, а затем через сорбционную ступень 3, выполненную двухслойной, первый слой 6 которой содержит смесь активного угля, модифицированного слоями меди и/или никеля, и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, размещенный между малым 9 и большим 10 перфорированными цилиндрами, второй слой 7 которой выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего активный уголь или уголь, модифицированный солями меди и хрома, закреплен на каркасе большого перфорированного цилиндра 10, очищенный таким образом воздух через выходное отверстие 5 направляется на потребление.

Для повышения качества очистки воздуха и увеличения ресурса работы первая ступень по ходу воздуха - противоаэрозольная - выполнена из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень - сорбционный материал - выполнена двухслойной, первый слой по ходу воздуха содержит смесь активного угля, модифицированного солями меди и/или никеля, и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, при их массовом соотношении 1:(0,75-1,5), а второй слой выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.

На Фиг.2 и 3 приведены результаты экспериментов, обосновывающих целесообразность выполнения фильтра-поглотителя в виде ступеней очистки, а также выбора соотношений между компонентами смеси углей с различающимися добавками в первом слое сорбционного материала и содержания активного угля в волокнистом целлюлозном материале во втором слое.

На Фиг.2 показана зависимость времени защитного действия (θ, мин) смеси компонентов, идущей на снаряжение фильтра, по кислому газу, например сероводороду (H₂S), и динамической активности ее по аммиаку (NH₃) от массового соотношения между компонентами смеси углей, модифицированных солями меди и/или никеля (G_yм) и солями меди, хрома и серебра (G_{y м-x})

Пунктирными линиями (N_к и N_a) показаны требования к поглотителям, обеспечивающим заданные параметры фильтра-поглотителя.

УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ:

V_уд=0,5 дм³/мин·см² - удельный расход газовоздушной смеси;

t=20±5°С - температура воздушного потока;

ϕ=75±3% - относительная влажность воздуха;

С₀=2,5 мг/дм³ - начальная концентрация сероводорода;

С₀=2,3 мг/дм³ - начальная концентрация аммиака.

Из результатов экспериментов следует, что наилучшими показателями обладает смесь активного угля, модифицированного солями меди и/или никеля, и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, при их массовом соотношении 1:(0,75-1,5).

На Фиг.3 приведены зависимости времени защитного действия (θ, мин) по хлору и разрушающего усилия при растяжении (I) (θ, мин) в ньютонах (н) волокнистого целлюлозного материала от содержания в нем активного угля (G_a).

Пунктирными линиями (N_θ и N_i) показаны требования к материалам, обеспечивающим заданные параметры фильтра-поглотителя.

V=дм³/мин·см² - удельный расход газовоздушной смеси;

t=20±5°С - температура воздушного потока;

ϕ=75±3% - относительная влажность воздуха;

С₀=0,36 мг/дм³ - начальная концентрация хлора,

Как показывают результаты экспериментов при содержании активного угля в волокнистом целлюлозном материале меньше 30% время защитного действия по хлору становится ниже допустимых величин, в то время как устойчивость к разрушающим воздействиям (к растяжениям) возрастает и, наоборот, при увеличении содержания угля в волокнистой массе прочностные характеристики материала существенно снижаются, в то время как время защитного действия материала растет.

Эксперименты показывают, что оптимальным является содержание в волокнистом материале 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.

Изготовление в фильтре-поглотителе противоаэрозольной ступени из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, таких как базальтовое волокно, стекловолокно и т.п., позволяет достичь коэффициента проницаемости фильтра по аэрозолям СМТ - 0,001-0,0001%.

Данное выполнение устройства позволяет достичь высокого качества очистки воздуха от вредных примесей, увеличить ресурс его работы, значительно повысить надежность работы в экстремальных ситуациях за счет того, что в фильтре-поглотителе, содержащем цилиндрический корпус с расположенными последовательно по ходу воздуха противоаэрозольной и сорбционной ступенями очистки, а также входным и выходным отверстиями, первая ступень по ходу воздуха - противоаэрозольная - выполнена из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, а вторая ступень - сорбционный материал - выполнена двухслойной, первый слой по ходу воздуха содержит смесь активного угля, модифицированного солями меди и/или никеля, и активного угля, модифицированного солями меди, хрома и серебра, при их массовом соотношении 1:(0,75-1,5), а второй слой выполнен из волокнистого целлюлозного материала, содержащего 30-50 мас.% активного угля и/или активного угля, модифицированного солями меди и хрома.