Регенерируемый влагопоглотитель с повидоном
REGENERATED DEHUMIDIFIER UNIT WITH POVIDONE

Изобретение относится к области разработки средств осушки и очистки воздуха, а именно к созданию регенерируемых влагопоглотителей (РВП), которые предназначены, в частности, для статического поглощения влаги и (или) водяного пара, присутствующих в окружающей атмосфере.
В различных областях промышленности, техники и сельского хозяйства для снижения влажности воздуха, обезвоживания, удаления конденсата и борьбы с сыростью внутри упаковок, грузовых контейнеров, помещений и других объемов, а также в качестве сушильного агента подстилок, наполнителей и в линиях кондиционирования воздуха для поглощения различных жидкостей, например, мочи животных, местного конденсата и т.п., используются различные влагопоглотители, в том числе и регенерируемые.
Анализ существующего уровня техники в указанной области показал, что известны такие РВП, используемые, в частности, для статического осушения воздуха, как галогениды щелочных или щелочноземельных металлов (например, хлорид лития [ТУ 95.1926-89], хлорид кальция [ГОСТ 450-77] и др.), синтетические (например, поливинилпирролидон и др.). Они имеют высокую скорость влагопоглощения при небольшом парциальном давлении пара воды (менее 1 Па), а при взаимодействии с ней образуют устойчивые гидраты. Недостатком данных осушителей является отсутствие возможности удержания воды в своем объеме. Причина «стекания» заключается в том, что указанные РВП, адсорбируя воду, превращаются в гидраты, которые растворяются в своей кристаллизационной воде с образованием раствора.
Известны сорбенты на основе оксида алюминия активного [ГОСТ 8136-85], также имеющего высокую скорость поглощения влаги из воздуха за счет физической и химической адсорбции (в воде не растворяется и не набухает). Недостатками данного РВП являются относительно высокая стоимость и низкая сорбционная емкость (до 40% от собственного веса), также приводящая к проблеме «стекания».
Известны РВП, состоящие из смесей пористых веществ (диатомовая земля, древесный угль, магнезия, кремнезем, свободные волокна и т.п.) с галогенидами [патенты WO 1999012641 А1, RU 2348452 С2] или порошка силикагеля с минеральным связующим [патент RU 2174870 С2], способные сорбировать влагу из воздуха и прочно удерживать ее в своем объеме. Недостатком данных РВП является низкая сорбционная емкость (до 30% от собственного веса), что приводит к высокой остаточной влажности осушаемого воздуха.
Известны РВП на основе минералов [Продукция компании SORBIS GROUP// Компания ООО «СОРБИС ГРУПП МОСКВА» - Электронный ресурс - Режим доступа: http://sorbis-group.eom/products/products.php#; Продукция компании СПАРТА // Компания ООО «ТК «Спарта» -Электронный ресурс - Режим доступа: https://zeosparta.ru], например, природных [ТУ 2163-004-61604634-2013, ТУ РА 37209976.6367-2010, ТУ 2163-001-57793368-2007, ТУ 2163-002-39470897-2000, ТУ 2163-002-12763074-97 и др.] и синтетических [ТУ 2163-002-21742510-2004, ТУ 2163-001-12678836-2001, ТУ-38.102169-85 и др.] силикагелей [ГОСТ 3956-76], цеолитов, вермикулита, перлита [патент US 4085704 А] и др., которые в сравнении с ранее рассмотренными РВП имеют относительно высокую сорбционную емкость (более 50% от собственного веса), но меньшую скорость поглощения влаги из воздуха. Недостатком данных осушителей является низкая способность удержания воды в своем объеме, также приводящая после заполнения всего сорбционного пространства к проблеме «стекания».
Известны РВП на основе бентонитовой глины [патенты RU 2125792 С1, RU 2510167 C1] - пластичного, огнеупорного (не плавится под воздействием высоких температур), стойкого к неоднократным заморозкам без потери свойств, природного сорбента без запаха, обладающего высокой влагоемкостью (при взаимодействии с влагой увеличивается в объеме в 14-16 раз) и способностью сорбировать, связывать и прочно удерживать частицы, ионы и молекулы любых электролитов до регенерации, которая заключается в сушке при температуре не ниже 95°С любым известным способом. Данные свойства позволяют удерживать влагу в объеме РВП в широком диапазоне температур, а процесс его регенерации является менее трудоемким и технически сложным в сравнении с ранее рассмотренными РВП. Кроме того, бентонитовые глины являются широко распространенным минеральным сырьем, имеющим низкую себестоимость. Однако, в связи с использованием в основном РВП на основе щелочноземельной (кальциевой, магниевой, кальцево-магниевой и др.) бентонитовой глины, где более 50% обменных катионов принадлежат кальцию и магнию, их высокая сорбционная емкость (более 100% от собственного веса) проявляется только при непосредственном контакте с водой в жидкой фазе. Влагоемкость при осушении окружающего воздуха составляет менее 40% от собственного веса при относительной влажности 100%.
Наиболее близким по достигаемому техническому результату и имеющим назначение, совпадающее с назначением предлагаемого изобретения (прототипом), является регенерируемый влагопоглотитель на основе бентонитовой глины [патент RU 2744661 С1], который имеет состав, включающий 85-95% масс. природно-натриевой бентонитовой глины с содержанием не менее 80% монтмориллонита дисперсностью не более 7,5 мм, предпочтительно менее 1,0 мм и/или 2,5-7,5 мм, и 5-15% масс. порошка и/или гранул размером до 2,5 мм хлорида кальция. Указанный состав обеспечивает влагоемкость (в % от собственного веса) при статическом поглощении влаги 18,5-19,8, 34,3-36,9, 55,7-60,2 и 120,6-130,1 при относительной влажности воздуха, соответственно, 20, 40, 60 и 100%), способность сорбировать из окружающей среды, связывать и удерживать частицы, ионы и молекулы любых электролитов, стойкость к неоднократным заморозкам без потери свойств. При использовании прототипа время начала снижения влажности внутри герметизированного пространства составляет от (36±3) до (60±3) часов, а массовая доля потерь при его высушивании - 1,7-1,8%.
Задачами настоящего изобретения являются увеличение влагоемкости РВП и уменьшение времени начала снижения влажности внутри герметизированного пространства в сравнении с прототипом, что повысит эффективность использования РВП, обеспечит увеличение времени его применения до регенерации и снижение необходимого (потребного) количества.
Сущность изобретения заключается в разработке влагоемкого РВП на основе природно-натриевой бентонитовой глины с поливинилпирролидоном (повидоном), имеющего повышенную скорость набора влаги при ее статическом поглощении и не теряющего своих свойств в условиях циклических перепадов температур окружающей среды.
При решении указанной задачи был достигнут технический результат, заключающейся в получении оптимального состава РВП на основе бентонитовой глины с повидоном, имеющими определенные дисперсности, минеральный состав и состав обменных катионов, что обеспечивает его влагоемкость (в % от собственного веса) при статическом поглощении влаги не менее 19, 37, 63 и 132 при относительной влажности воздуха, соответственно, 20, 40, 60 и 100%), время начала снижения влажности внутри герметизированного пространства не более 30 часов, способность сорбировать из окружающей среды, связывать и удерживать частицы, ионы и молекулы любых электролитов, стойкость к неоднократным заморозкам без потери свойств.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что в составе РВП использована смесь гранул размером не более 7,5 мм, предпочтительно менее 1,0 мм и (или) 2,5-7,5 мм, природно-натриевой бентонитовой глины с содержанием не менее 80% монтмориллонита и низко-(молекулярная масса 6000-10000 а.е.м.) и (или) среднемолекулярного (25000-40000 а.е.м.) повидона с размером гранул до 1 мм в процентном соотношении (по массе), соответственно, 89-96% к 4-11%, причем соотношение 94/6 является наиболее предпочтительным. Необходимая дисперсность гранул достигается путем помола (дробления) и разделения указанного сырья любым известным способом. При этом необходимую смесь можно получить простым сухим смешиванием указанных компонентов любым известным способом. Указанный состав обеспечивает влагоемкость (в % от собственного веса) при статическом поглощении влаги 19,8-20,4, 37,3-38,6, 63,2-64,3 и 132,0-143,2 при относительной влажности воздуха, соответственно, 20, 40, 60 и 100%, время начала снижения влажности внутри герметизированного пространства не более 30 часов, массовую долю потерь при его высушивании 1,7-1,8%, способность сорбировать из окружающей среды, связывать и удерживать частицы, ионы и молекулы любых электролитов, стойкость к неоднократным заморозкам без потери свойств РВП.
Существенным отличительным признаком настоящего изобретения является установленный опытным путем оптимальный состав компонентов РВП, состоящий из смеси 89-96% масс. природно-натриевой бентонитовой глины с содержанием не менее 80% монтмориллонита дисперсностью не более 7,5 мм, предпочтительно менее 1,0 мм и/или 2,5-7,5 мм, с 4-11% масс. порошка и (или) гранул размером до 1 мм низко- и (или) среднемолекулярного повидона. Использование в смеси менее 4% масс., равно как и использование более 11% масс. порошка повидона, приводит к значительному снижению влагоемкости РВП (Фиг. 1).
Свойства РВП и прототипа по Примерам 1-9, указанным в таблице на Фиг. 1, оценивались в соответствии с методикой, представленной в описании патента RU 2744661 С1, за исключением того, что при определении скорости влагопоглощения показания влажности внутри эксикатора снимались через каждые (3±0,25) часов в течение трех суток.
Из данных, приведенных в таблице на Фиг. 1, видно, что РВП, получаемый согласно заявляемому изобретению, имеет показатели, превосходящие соответствующие значения прототипа. Проведенные патентные исследования не выявили технических решений, ставших общедоступными в мире до даты приоритета заявленного изобретения и характеризующихся заявляемой совокупностью признаков, следовательно, можно предположить, что указанное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое изобретение является простым в осуществлении, для получения использует доступные компоненты и стандартное технологическое оборудование, апробировано в опытно-промышленных условиях, что соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».