Противогазовый фильтр для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов

Изобретение относится к области производства средств защиты органов дыхания, в частности к противогазовой технике, и может быть использовано для очистки воздуха рабочей зоны от вредных веществ, в том числе паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов, а также от монооксида углерода и паров органических веществ. Противогазовый фильтр содержит цилиндрический корпус, дно с входным отверстием и наружной резьбовой горловиной, трехслойную шихтовую часть, состоящую из последовательно расположенных по ходу воздуха слоев сорбента, осушителя и гопкалита, сетки, нижнюю и верхнюю, для крепления шихты, противоаэрозольный фильтр, крышку с выходным отверстием и резьбовой горловиной для присоединения фильтра к маске. В качестве сорбента используют активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_s=0,72-0,85 см³/г; в качестве осушителя - активный уголь с добавками бромистого лития или активный уголь с добавками бромистого лития и хлористого кальция. Сетка верхняя неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе, а противоаэрозольный фильтр выполнен прямоскладчатым из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон. Обеспечивается высокое качество и эффективность очистки воздуха, повышение надежности в эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства средств защиты органов дыхания, в частности к противогазовой технике, и может быть использовано для очистки воздуха рабочей зоны от вредных веществ, в том числе паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов, а также от монооксида углерода и паров органических веществ.

Известен противогазовый фильтр, содержащий цилиндрический корпус с резьбовой горловиной, дно с входным отверстием, противоаэрозольный фильтр, двухслойную шихтовую часть, состоящую из последовательно расположенных по ходу воздуха осушителя и гопкалита, сетки, верхнюю и нижнюю, крепления шихты (см. патент ФРГ №2316278, кл. А62В 19/00 от 13.07. 1978 г.).

Недостатками известного противогазового фильтра является то, что использование в его конструкции только осушителя и гопкалита существенно ограничивает возможности его применения при очистке воздуха рабочей зоны, так как противогазовый фильтр предназначен для очистки воздуха только от монооксида углерода и не может обеспечить очистку от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов. Также практически отсутствует очистка воздуха от выдувания в процессе эксплуатации фильтра высокотоксичной пыли гопкалита, а отсутствие в дне резьбовой горловины не дает возможности присоединения дополнительных приспособлений, расширяющих область его применения, например шланговых систем принудительной подачи воздуха.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является противогазовый фильтр для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов, содержащий цилиндрический корпус, дно с входным отверстием и наружной резьбовой горловиной, трехслойную шихтовую часть, состоящую из последовательно расположенных по ходу воздуха слоев сорбента, осушителя и гопкалита, сетки, верхнюю и нижнюю, для крепления шихты, противоаэрозольный фильтр, крышку с выходным отверстием и резьбовой горловиной для присоединения фильтра к маске (см. Олонцев В.Ф. «Противогаз: Наука и технологии». Пермский ЦНТИ, 2003. - 310).

Недостатком данного устройства является то, что применение сорбентов со сравнительно невысоким предельным объемом сорбционного пространства и осушителей, не содержащих солей бромистого лития или смеси бромистого лития и хлористого кальция, при ненормированных соотношениях между длинами слоев сорбента и гопкалита, а также длинами слоев осушителя и гопкалита, существенно снижает эффективность очистки воздуха от паров карбонилов тяжелых металлов, монооксида углерода и паров органических веществ. Применение подвижной верхней сетки, соединенной с корпусом через пружины, приводит к разуплотнению шихты, а также к перекосам шихты при снаряжении фильтра из-за неравномерного сжатия пружин, и, следовательно, к нестабильным результатам при поглощении вредных примесей. Применение фильтра типа «улитка» в прототипе существенно увеличивает сопротивление дыханию при работе в противогазе.

Технический результат в заявленном изобретении заключается в устранении вышеуказанных недостатков в конструкции противогазового фильтра, достижении высокого качества и эффективности очистки воздуха, увеличении ресурса, наряду с приданием универсальности защитных свойств противогазу, а также в повышении надежности в работе и эксплуатации в экстремальных ситуациях.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в противогазовом фильтре для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов, содержащем цилиндрический корпус, дно с входным отверстием и наружной резьбовой горловиной, трехслойную шихтовую часть, состоящую из последовательно расположенных по ходу воздуха слоев сорбента, осушителя и гопкалита, сетки, верхнюю и нижнюю, для крепления шихты, противоаэрозольный фильтр, крышку с выходным отверстием и резьбовой горловиной для присоединения фильтра к маске, в качестве сорбента используется активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_S=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активный уголь с добавками бромистого лития или активный уголь с добавками бромистого лития и хлористого кальция, сетка верхняя неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе, а противоаэрозольный фильтр выполнен прямоскладчатым из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон; причем длина слоя сорбента в противогазовом фильтре относится к длине слоя гопкалита, как 1:1,2-1,35, а длина слоя осушителя относится к длине слоя гопкалита, как 1:1,03-1,17.

Отличие предложенного устройства от известного заключается в том, что в качестве сорбента используется активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_S=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активный уголь с добавками бромистого лития или активный уголь с добавками бромистого лития и хлористого кальция, сетка верхняя неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе, а противоаэрозольный фильтр выполнен прямоскладчатым из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон; причем длина слоя сорбента в противогазовом фильтре относится к длине слоя гопкалита как 1:1,2-1,35, а длина слоя осушителя относится к длине слоя гопкалита, как 1:1,03-1,17.

Использование для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов в качестве сорбента активного угля с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_S=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активного угля с добавками бромистого лития или активного угля с добавками бромистого лития и хлористого кальция, неподвижное закрепление сетки верхней в цилиндрическом корпусе, выполнения противоаэрозольного фильтра прямоскладчатым при заявленных соотношениях длин слоев сорбента, осушителя и гопкалита из научно-технической литературы авторам неизвестно.

Использование указанных признаков в предложенном устройстве позволяет достичь высокого качества и эффективности очистки воздуха, повысить надежность эксплуатации изделий в экстремальных ситуациях, придать универсальность защитным свойствам противогаза и увеличить ресурс работы, это становится возможным за счет того, что в качестве сорбента используется активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_S=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активный уголь с добавками бромистого лития или активный уголь с добавками бромистого лития и хлористого кальция, сетка верхняя неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе, а противоаэрозольный фильтр выполнен прямоскладчатым из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон; причем длина слоя сорбента в противогазовом фильтре относится к длине слоя гопкалита, как 1:1,2-1,35, а длина слоя осушителя относится к длине слоя гопкалита, как 1:1,03-1,17.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

На фиг.1 приведен общий вид противогазового фильтра для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов;

На фиг.2 - зависимость времени защитного действия по монооксиду углерода и бензолу от соотношения длин слоев сорбента и гопкалита;

На фиг.3 - зависимость времени защитного действия по монооксиду углерода и бензола от величины соотношения между длинами слоев осушителя и гопкалита.

В таблице представлены основные технические характеристики предлагаемого противогазового фильтра по сравнению с прототипом.

Предложенный противогазовый фильтр для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов включает цилиндрический корпус 1, дно с входным отверстием 2 и резьбовой горловиной 3, трехслойную шихтовую часть 4 из последовательно расположенных по ходу воздуха слоев сорбента 5, осушителя 6 и гопкалита 7, сетку нижнюю 8, сетку верхнюю 9, неподвижно закрепленную в корпусе 1, противоаэрозольный фильтр 10, крышку с выходным отверстием 11 с резьбовой горловиной 12 для присоединения фильтра к маске.

Противогазовый фильтр работает следующим образом. При вдохе загрязненный воздух через отверстие в дне 2 поступает в противогазовый фильтр. Пройдя последовательно через сетку нижнюю 8, слои сорбента 5, осушителя 6 и гопкалита 7, сетку верхнюю 9 и противоаэрозольный фильтр 10, воздух очищается и через крышку с выходным отверстием 10 и резьбовую горловину 12 поступает в подмасочное пространство лицевой части и используется для дыхания.

Для повышения качества очистки воздуха, обеспечения универсальности защиты органов дыхания в экстремальных ситуациях, повышения надежности изделий при эксплуатации в качестве сорбента используется активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_S=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активный уголь с добавками бромистого лития или активный уголь с добавками бромистого лития и хлористого кальция, сетка верхняя неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе, а противоаэрозольный фильтр выполнен прямоскладчатым из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон, причем длина слоя сорбента в противогазовом фильтре относится к длине слоя гопкалита как 1:1,2-1,35, а длина слоя осушителя относится к длине слоя гопкалита, как 1:1,03-1,17.

Результаты экспериментов, обосновывающих целесообразность выбора соотношений между длинами слоев сорбента, осушителя и гопкалита приведены на Фиг.2 и 3.

На Фиг.2 приведены результаты экспериментов, показывающие зависимость времени защитного действия по монооксиду углерода и бензолу от соотношения длин слоев сорбента и гопкалита. Пунктирные линии показывают требования нормативно-технической документации к средствам защиты по указанным веществам.

Условия испытаний: (здесь и далее использованы следующие обозначения)

v - объемный расход газовоздушной смеси, л/мин;

с₀ - начальная концентрация вредной примеси, мг/л;

с_к - концентрация на выходе, мг/л;

t° - температура, °С;

ϕ - относительная влажность воздуха, %.

Условия испытаний по монооксиду углерода:

с₀=6,2 мг/л; с_к=0,02 мг/л; v=30 л/мин; t=22±2°С; ϕ=90±3%.

Условия испытаний по бензолу:

с₀=10 мг/л; с_к=0,02 мг/л; v=30 л/мин; t=22±2°С; ϕ=50±3%.

Как следует из результатов экспериментов, при L_гопк/lсорб>1,35 время защитного действия по бензолу уменьшается ниже допустимого предела, в то время как каталитические свойства противогазного фильтра по монооксиду углерода растут, что происходит, по-видимому, за счет уменьшения длины слоя сорбента и увеличения слоя катализатора - гопкалита и, наоборот, при L_гопк/lсорб<1,2 каталитические свойства противогазового фильтра снижаются ниже предельно-допустимых нормативными документами, при этом сорбционные свойства возрастают.

На Фиг.3 приведены результаты экспериментов, показывающие зависимость времени защитного действия по монооксиду углерода и бензолу от соотношения длин слоев осушителя и гопкалита. Пунктирные линии показывают требования нормативных документов к средствам защиты по указанным веществам. Условия испытаний и обозначения те же, что и в предыдущем примере.

Как следует из результатов экспериментов, оптимальные результаты по обеспечению надежной защиты органов дыхания за счет использования сорбционных и каталитических свойств противогазового фильтра получаются при соотношении между длинами слоев осушителя и гопкалита, равном 1:1,03-1,17.

В таблице приведены результаты экспериментов, подтверждающих преимущества предложенного противогазового фильтра по сравнению с прототипом применительно к очистке воздуха от паров и аэрозолей тетракарбонила никеля (ТКН).

Сравнительная оценка предложенной ФПК с прототипом
Наименование изделия	Время защитного действия по ТКН, мин	Общий привес, г	Коэффициент проницаемости по СМТ, %
ФПК по заявке	260-435	80-110	0,001
Прототип	150	60	0,01
Примечание:
Условия испытаний ФПК:
- расход газовоздушной смеси - 30 л/мин;
- концентрация ТКН на входе в ФПК - 100 мг/м3;
- концентрация ТКН на выходе из ФПК - 3·10-3 мг/м3;
- влажность газовоздушного потока - 90%;
- температура газовоздушного потока - 21-24°С.

Предложенный противогазовый фильтр по сравнению с прототипом имеет преимущества по времени защитного действия по карбонилам тяжелых металлов более чем на 70%, общий привес фильтра выше на 30%, на порядок выше эффективность очистки воздуха от аэрозолей вредных веществ. Эти показатели достигаются за счет использования в качестве сорбента активного угля с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_S=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активного угля с добавками бромистого лития или активного угля с добавками бромистого лития и хлористого кальция, а также применения в конструкции фильтра неподвижного жесткого закрепления верхней сетки в цилиндрическом корпусе в результате чего исключена возможность разуплотнения шихты и возникновения «перекосов» слоев шихтовой части, вследствие чего наблюдалась нестабильность результатов при поглощении вредных примесей; одновременно исключены из конструкции фильтра пружины, подвижная сетка и опорная площадка, поддерживающая пружины в сжатом состоянии, что существенно упростило конструкцию изделия и повысило его надежность в эксплуатации и при транспортировке.

Каждый из изложенных признаков предлагаемого изобретения в большей или меньшей степени влияет на достижение технического результата, а вся их совокупность является достаточной для характеристики заявленного решения.

1. Противогазовый фильтр для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов, содержащий цилиндрический корпус, дно с входным отверстием и наружной резьбовой горловиной, трехслойную шихтовую часть, состоящую из последовательно расположенных по ходу воздуха слоев сорбента, осушителя и гопкалита, сетки, нижнюю и верхнюю, для крепления шихты, противоаэрозольный фильтр, крышку с выходным отверстием и резьбовой горловиной для присоединения фильтра к маске, отличающийся тем, что в качестве сорбента используется активный уголь с суммарным объемом пор V_Σ=0,99-1,20 см³/г и предельным объемом сорбционного пространства W_s=0,72-0,85 см³/г, в качестве осушителя - активный уголь с добавками бромистого лития или активный уголь с добавками бромистого лития и хлористого кальция, сетка верхняя неподвижно закреплена в цилиндрическом корпусе, а противоаэрозольный фильтр выполнен прямоскладчатым из материалов на основе целлюлозы и минеральных волокон.

2. Противогазовый фильтр для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов по п.1, отличающийся тем, что длина слоя сорбента относится к длине слоя гопкалита как 1:1,2-1,35.

3. Противогазовый фильтр для очистки воздуха от паров и аэрозолей карбонилов тяжелых металлов по п.1 или 2, отличающийся тем, что длина слоя осушителя относится к длине слоя гопкалита как 1:1,03-1,17.