Способ получения огнетушащего порошкового состава
Владельцы патента RU 2302889:
Департамент промышленности и науки Пермской области (RU)
ГУ Институт технической химии Уральского отделения Российской академии наук (ИТХ УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к способам получения огнетушащих порошковых составов, применяемых для тушения пожаров классов А, В, С, и электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В, в различных отраслях народного хозяйства и в быту. Способ получения огнетушащего порошкового состава включает сушку всех компонентов, гидрофобизацию используемой в качестве антислеживающей добавки белой сажи кремнийорганическими веществами, которую осуществляют в процессе ее измельчения, с последующим термостатированием при температуре 70-100°С в течение 2-4 часов, измельчение основных компонентов с добавлением 20-40% от общей массы гидрофобизированной белой сажи и смешивание всех компонентов состава. Изобретение позволяет получить огнетушащий порошковый состав с высокими параметрами пожаротушения и показателями гидрофобности. 2 табл.
Изобретение относится к способам получения огнетушащих порошковых составов (ОПС), применяемых для тушения пожаров классов А, В, С, и электроустановок, находящихся под напряжением до 1000 В, в различных отраслях народного хозяйства и в быту.
Основными активными компонентами эффективных ОПС являются хлорид калия, соли фосфора, например аммофос, и некоторые другие минеральные соединения. Основные компоненты ОПС крайне гигроскопичны, и во многом их огнетушащая эффективность зависит от степени дисперсности частиц. Высокая гигроскопичность ОПС приводит к тому, что он комкуется, слеживается, теряет текучесть, и вследствие этого гарантийный срок его хранения значительно уменьшается.
Анализ аналогов показал, что для придания активному компоненту водоотталкивающих свойств, повышения текучести используют антислеживающие добавки, вводимые на стадии изготовления, например графит, аэросил и другие.
Известны способы получения ОПС [1, 2], включающие смешивание активного компонента с раствором силикона в органическом растворителе, размол в мельнице до необходимого размера частиц, сушку и удаление растворителя в смесителе с помощью пропускаемого воздуха и смешивание гидрофобного активного компонента с добавками. Однако порошковый состав, полученный такими способами, не позволяет достичь параметров слеживаемости, отвечающих требованиям стандарта.
Известен также ОПС и способ его получения [3], где состав содержит хлорид калия и кремнийсодержащую добавку - алкилгалоидсилановую жидкость, которая служит для гидрофобизации и улучшения текучести. Для получения этого ОПС измельченный хлорид калия поступает в аппарат, где производится гидрофобизация его парами метилтрихлорсилана. Гидрофобизация осуществляется через подачу в аппарат увлажненного воздуха, после чего в аппарат поступают пары метилтрихлорсилана и проводится обработка хлорида калия. Получаемый таким образом ОПС обладает, однако, довольно высокой слеживаемостью и низкой эффективностью пожаротушения.
Известен также способ получения ОПС [4], где в качестве основного активного компонента используется предварительно измельченный хлорид калия. Состав получают обработкой измельченного хлорида калия алкилгалоидсиланами в паровой фазе при 80-100°С с предварительной подачей воздуха с абсолютным влагосодержанием 60-70 г/м3. Гидрофобизированный хлорид калия выдерживают при 110-120°С в течение 20-30 мин. Получаемый по такой технологии порошковый состав обладает средними по сравнению с другими ОПС эффективностью пожаротушения и показателем слеживаемости, что является недостаточно удовлетворительным.
Известно, что чем мельче частицы порошкового состава, тем больше их поверхность и тем выше их эффективность. Механизм огнетушащего действия порошкового состава заключается в ингибировании горения в результате связывания активных центров цепных реакций, протекающих в пламени. Происходит либо гетерогенная рекомбинация этих центров на поверхности порошкового состава, либо гомогенное взаимодействие газообразных продуктов разложения порошкового состава с активными центрами. Известно, что вероятность обрыва цепей на поверхности диспергированного в объеме реагирующего газа твердого тела обратно пропорциональна квадрату среднего размера твердых частиц порошкового состава. Оптимальный размер частиц порошковых составов общего назначения составляет 40-80 мкм.
В технологии изготовления ОПС для устранения гигроскопичности используют стадию термостатирования (прокалки). После прокалки порошковый состав покрывается антигигроскопичной микропленкой, которая препятствует проникновению влаги и, как следствие, слеживанию и комкованию порошкового состава. Сложность в осуществлении прокалки заключается в том, что необходимы такие режимы термообработки, при которых получаемая микропленка обладала бы оптимальными свойствами как по толщине, так и по плотности.
Известен способ получения ОПС [5], (принятый за прототип), который позволяет получать порошок с гранулометрическим составом содержания фракций 50-100 мкм - 30%, и менее 50 мкм - 70%. По этому способу после просеивания, измельчения и гидрофобизации, хлорид калия прокаливают в среде аэросила при 80-155°С в течение 2,5-4,5 часов с дополнительным просеиванием после стадии прокаливания. Таким образом, способ позволяет получать ОПС более эффективный по параметрам пожаротушения, так как содержит высокую долю мелкой фракции основного функционального компонента, и со значительно более высокими показателями гидрофобности.
Существенным недостатком этого способа является то, что для его реализации требуется применение самой высокодисперсной антислеживающей добавки - аэросила.
Задачей изобретения является разработка промышленного способа получения ОПС с высокими параметрами пожаротушения и показателями гидрофобности, но позволяющего использовать в процессе производства более доступные по цене компоненты, что повышает его конкурентоспособность на рынке огнетушащих средств.
Для решения поставленной задачи разработан способ получения огнетушащего порошкового состава, включающий сушку всех компонентов, гидрофобизацию используемой в качестве антислеживающей добавки белой сажи кремнийорганическими веществами, которую осуществляют в процессе ее измельчения с последующим термостатированием при температуре 70-100°С в течение 2-4 часов, измельчение основных компонентов с добавлением 20-40% от общей массы гидрофобизированной белой сажи и смешивание всех компонентов состава.
В результате получен ОПС с высоким показателем гидрофобности, высокой долей мелкой фракции основных компонентов и со стабильно воспроизводимым гранулометрическим составом, где фракция менее 50 мкм составляет не менее 70% при средней удельной поверхности 0,7÷0,8 м2/г. Это обеспечивает высокую огнетушащую эффективность порошкового состава. При этом использование в процессе производства ОПС более дешевой, чем аэросил белой сажи снижает его себестоимость.
Достижение указанного технического результата возможно только при использовании всех существенных признаков предлагаемого способа в совокупности.
Простая замена аэросила на белую сажу не обеспечивает получение ОПС с высокой долей мелкой фракции, так как удельная поверхность белой сажи меньше в 3,2 раза удельной поверхности аэросила (100-120 м2/г против 380 м2/г). Применение белой сажи в качестве антислеживающего порошка известно [6, 7, 8], однако данные решения не обеспечивают получение ОПС с заданной пожаротушащей эффективностью (высокой долей мелкой фракции). Получение же порошкового состава с высокой долей мелкой фракции и при уменьшении удельной поверхности антислеживающей добавки неизменно приводит к увеличению агломерации частиц порошка, уменьшению его текучести и увеличению налипания его на стенках оборудования в процессе производства.
Одновременное измельчение и смешивание с гидрофобизирующей жидкостью белой сажи обеспечивает более качественную ее гидрофобизацию, а использование гидрофобизированной белой сажи в процессе измельчения основных целевых компонентов - получение неагломерированного высокодисперсного порошка с удовлетворительными техническими характеристиками, то есть с долей фракции менее 50 мкм в количестве не менее 70%. При этом налипания порошка на стенках оборудования удается избежать. Уменьшение агломерации порошка в процессе измельчения приводит также к ускорению процесса измельчения основного компонента.
Температура, при которой выдерживают белую сажу в процессе гидрофобизации, не должна быть ниже 70°С, так как более низкая температура не обеспечивает равномерного прокаливания белой сажи в полном объеме. Температура выше 100°С приводит к неоправданным затратам энергии.
Времени термостатирования менее 2-х часов недостаточно для полимеризации кремнийорганической жидкости на поверхности частиц белой сажи в полном объеме, а более 4-х часов - приводит к излишним затратам энергии.
Добавление гидрофобизированной белой сажи в процессе измельчения основных целевых компонентов в количестве менее 20% от общей ее массы не обеспечивает получение неагломерированного высокодисперсного порошка с хорошими техническими характеристиками при отсутствии налипания порошка на стенках оборудования. Добавление же ее в количестве более 40% приводит к ее пылению и потере в процессе измельчения основных компонентов без улучшения технических характеристик состава и технологичности процесса и значительно снижает гидрофобность получаемого состава.
Методика изготовления ОПС по предлагаемому способу
В качестве основных целевых компонентов используют смесь сульфата аммония и фосфата аммония в соотношении 1:1. Для изготовления ОПС по предлагаемому способу берут компоненты из следующего расчета. Основные целевые компоненты составляют 95% массы всего состава. Общая масса белой сажи и кремнийорганической жидкости - 5%. При этом белая сажа составляет 95-99% от их общей массы, а кремнийорганическая жидкость 1-5%.
Белую сажу в процессе ее измельчения смешивают с гидрофобизирующей кремнийорганической жидкостью с последующим термостатированием при температуре 70-100°С в течение 2-4 часов. Основные компоненты ОПС сушат и измельчают с добавлением предварительно гидрофобизированной белой сажи в количестве от 20 до 40% от ее общей массы. На последней стадии все компоненты ОПС смешивают в полном объеме.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. После сушки основные компоненты измельчали с добавлением гидрофобизированной белой сажи в количестве 10% от ее общей массы. Белую сажу предварительно гидрофобизировали при ее измельчении в шаровой мельнице кремнийорганической жидкостью с последующим термостатированием при температуре 60°С в течение 1 часа. Затем все компоненты смешали в полном объеме.
Такое ведение технологического процесса не обеспечило полного отсутствия налипания ОПС на стенках оборудования.
Пример 2. Измельчение основных компонентов проводили с использованием гидрофобизированной белой сажи в количестве 20% от ее общей массы. Белую сажу предварительно гидрофобизировали при ее измельчении в шаровой мельнице кремнийорганической жидкостью с последующим термостатированием при температуре 70°С в течение 2-х часов. Затем все компоненты смешали в полном объеме.
Такие технологические режимы обеспечили как отсутствие налипания ОПС на стенки технологического оборудования, так и высокий уровень характеристик ОПС, а значит, и его высокие огнетушащие свойства.
Пример 3. Измельчение основных компонентов проводили с использованием гидрофобизированной белой сажи в количестве 40% от ее общей массы. Белую сажу предварительно гидрофобизировали при ее измельчении в шаровой мельнице кремнийорганической жидкостью с последующим термостатированием при температуре 100°С в течение 4-х часов. Затем все компоненты смешали в полном объеме.
Приведенные технологические режимы, так же как в примере 2, обеспечивают высокий уровень свойств ОПС, при этом величина гидрофобности достигает 200 минут.
Пример 4. Измельчение основных компонентов проводили с использованием гидрофобизированной белой сажи в количестве 50% от ее общей массы. Белую сажу предварительно гидрофобизировали при ее измельчении в шаровой мельнице кремнийорганической жидкостью с последующим термостатированием при температуре 110°С в течение 5-ти часов. Затем все компоненты смешали в полном объеме.
Такие технологические режимы обеспечили отсутствие налипания ОПС на стенки технологического оборудования, однако у данного состава уменьшился уровень гидрофобности (120 минут).
Экспериментальные результаты отработки способа получения ОПС приведены в таблице 1.
На базе ВНИИПО МЧС России проводились испытания заявляемого ОПС на соответствие его эксплуатационных свойств и огнетушащей способности требованиям НПБ 170-89 [9]. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Преимущества заявляемого способа
Использование предлагаемого способа позволяет получать ОПС с высокими параметрами огнетушения и показателями гидрофобности, устойчивый к слеживанию и комкованию, при уменьшении себестоимости, что повышает его конкурентоспособность на рынке огнетушащих средств.
| Таблица 1. Сравнительные характеристики продукта в зависимости от способа изготовления | |||||
| Технологические режимы способа | Прототип | Примеры конкретного выполнения предлагаемого способа | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| Максимальная температура технологического процесса, °С | 155 | 60 | 70 | 100 | 110 |
| Время термостатирования белой сажи после измельчения с кремнийорганической жидкостью, ч | - | 1 | 2 | 4 | 5 |
| Доля использованной белой сажи при измельчении основного компонента, % (от ее общей массы) | - | 10 | 20 | 40 | 50 |
| Качественные характеристики состава | |||||
| Налипание порошка на стенках оборудования. | - | есть | нет | нет | нет |
| Гидрофобность, мин | 180÷200 | 50 | 180 | 200 | 120 |
| Удельная поверхность, см2/г | 0,6÷0,7 | 0,3÷0,5 | 0,7÷0.8 | 0,7÷0.8 | 0,6÷0,7 |
| Гранулометрический состав содержания фракций | |||||
| 50÷100 мкм, % | 30 | 30 | 28 | 25 | 28 |
| менее 50 мкм, % | 70 | 70 | 72 | 75 | 72 |
| Таблица 2. Испытания огнетушащего порошкового состава на соответствие требованиям НПБ 170-89 | |||
| Наименование показателей | Требования НПБ 170-98 | Результаты испытаний | |
| Кажущаяся плотность порошка, кг/м3 | неуплотненного | не менее 700 | 720 |
| уплотненного | не менее 1000 | 1100 | |
| Фракционный состав, % | более 1000 мкм | отсутствует | отсутствует |
| от 100 до 1000 мкм | - | 18,1 | |
| от 50 до 100 мкм | - | 28,7 | |
| менее 50 мкм | - | 53,2 | |
| Массовое содержание влаги, % | не более 0,35 | 0,28 | |
| Склонность к, % | влагопоглощению | не более 3,0 | 1,57 |
| слеживанию | не более 2,0 | 0 | |
| Способность к водоотталкиванию, мин | не менее 120 | более 180 | |
| Текучесть порошка, кг/с | не менее 0,28 | 0,29 | |
| Остаток порошка в огнетушителе, % | не более 10,0 | 4,67 | |
| Тушащая способность | по классу А | очаг 1 А | потушено |
| по классу В | очаг 55 В | потушено | |
| Пробивное напряжение, кВ | не менее 5 | 9,7 |
Источники информации
1. Авт. свид. SU 1181672, А62D 1/00. Состав для тушения пожаров, 30.09.85 Бюл.№36.
2. Авт. свид. SU 1238766, F62D 1/00. Порошок для тушения пожаров, 23.06.82 Бюл. №23.
3. Патент RU 2071798, А62D 1/00. Огнетушащий порошковый состав, 1997.
4. Патент RU 2050876, А62D 1/00. Способ получения гидрофобного огнетушащего порошкового состава, 1995.
5. Патент RU 2170601, А62D 1/00. Способ получения огнетушащего порошкового состава 20.07.2001.
6. Патент RU 2216371, А62D 1/00. Огнетушащий порошковый состав и способ его получения, 20.11.2003.
7. Патент RU 2143297, А62D 1/00. Огнетушащий порошковый состав и способ его получения, 27.12.1999.
8. Патент RU 2194555, А62D 1/00. Огнетушащий порошковый состав и способ его получения, 13.07.2001.
9. НПБ 170-98. Нормы пожарной безопасности «Порошки огнетушащие общего назначения. Общие технические требования. Методы испытаний».
Способ получения огнетушащего порошкового состава, включающий сушку всех компонентов, гидрофобизацию используемой в качестве антислеживающей добавки белой сажи кремнийорганическими веществами, которую осуществляют в процессе ее измельчения с последующим термостатированием при температуре 70-100°С в течение 2-4 ч, измельчение основных компонентов с добавлением 20-40% от общей массы гидрофобизированной белой сажи и смешивание всех компонентов состава.
