Способ изготовления и состав растопочно-обогревающего средства
METHOD FOR MANUFACTURE AND COMPOSITION OF IGNITING AND HEATING MEANS

Предлагаемое изобретение относится к технологии получения растопочных средств, которые могут быть использованы для бытовых целей в качестве быстро разжигаемого топлива для жаровни, для разведения огня в печах, в полевых условиях для разведения костров, обогрева в палатках, а также как средство получения огня для подогрева пищи и кипячения воды.
Известна технология изготовления растопочного средства по заявке Франции 2629835. Растопочное средство содержит твердый горючий наполнитель (горючее тело) и углеводородное связующее. В качестве твердого горючего наполнителя оно содержит древесные отходы длиной 10 мм и диаметром 1 мм. В качестве углеводородного связующего оно содержит гранулированный парафин с размером гранул 1 мм. Соотношение древесины к парафину составляет (60-50):(40-50)% по массе.
При изготовлении компактных брикетов средства эту смесь подвергают холодному прессованию до уменьшения объема на 2/3 с последующим глянцеванием поверхности брикета нагреванием его при 100-150°С в течение 5 мин для увеличения прочности.
К недостаткам известного средства можно отнести сложность технологического процесса и наличие в составе веществ, при горении которых в воздухе образуются вредные для дыхания человека вещества.
Известна технология получения и растопочное средство по патенту РФ на изобретение №2132362, МПК C10L 11/04, включающее твердый горючий наполнитель и парафин, при этом средство дополнительно содержит церезин при следующем соотношении компонентов, мас. %:
твердый горючий наполнитель
20-80
парафин
2-72
церезин
2-72
В качестве горючего наполнителя используют древесные опилки, торф, солому, бумагу, каменноугольную пыль и пластмассовую крошку. В расплавленное связующее - смесь парафина с церезином - вводят твердый наполнитель и перемешивают при температуре, обеспечивающей получение однородной массы. Затем массу охлаждают и подвергают холодному прессованию под давлением выше 7,0 МПа.
К недостаткам известного растопочного средства можно отнести образование вредных для человека дымов, образующихся при сгорании наполнителей, что препятствует широкому использованию средства при временном обогреве жилых помещений, а также палаток и других строений в полевых условиях.
Известна более совершенная технология и растопочное устройство по патенту РФ на полезную модель №87164 - прототип, МПК C10L 7/02, C10L11/04. Растопочное средство, предназначенное в том числе для бытовых целей, содержит горючее тело и защитную оболочку, причем горючее тело представляет собой твердый раствор стеарина и этанола, в том числе с наполнителем, а защитная оболочка представляет из себя металлическую упаковку. Наполнитель выполнен из экологически чистых пористых или капиллярных горючих материалов в форме рыхлых брикетов. С целью придания дополнительных потребительских свойств, необходимых в полевых условиях, в горючее тело добавлены репелленты - вещества, отпугивающие вредных насекомых, птиц, млекопитающих. С целью улучшения потребительских характеристик в горючее тело добавляют эфирные масла растительного происхождения.
К недостаткам известного растопочного устройства можно отнести малый срок его хранения и низкую теплотворную способность горючего тела, которая дополнительно снижается при испарении из состава горючего тела этанола.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение недостатков прототипа, в частности создание растопочного средства с повышенным сроком хранения и более высокой теплоотдачей и теплотворной способностью.
Поставленный технический результат достигается использованием сочетания общих с прототипом известных признаков, включающих приготовление составляющих горючего тела, их нагрев, смешивание, розлив и охлаждение с последующим затвердеванием, и новых признаков, заключающихся в том, что первоначально в емкость для приготовления горючего тела растопочно-обогревающего средства заливают смесь, мас. %:
этанол
60-70%
изопропиловый спирт
40-30%
которую нагревают до температуры 35-45°С, затем в емкость с этанолом и изопропиловым спиртом засыпают гранулированную стеариновую кислоту и при перемешивании и нагреве смеси до температуры, не превышающей температуру закипания этанола, в 75-79°С стеариновую кислоту растворяют, далее осуществляют омыливание смеси, для чего в емкость с разогретой смесью добавляют щелочь - едкий натр 44-48-процентной концентрации, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стеариновая кислота
2,5-3,5
едкий натр
6,0-8,0
смесь этанола 60-70% и 40-30% изопропилового спирта
остальное
затем полученную смесь в горячем состоянии разливают в подготовленные формы, охлаждают и получают на наружной поверхности затвердевшей смеси омыленную оболочку-пленку.
Розлив разогретой смеси осуществляют в готовую упаковку - в металлические или пластмассовые формы с крышкой.
Розлив разогретой смеси осуществляют в формы, а упаковку застывшей и принявшей форму смеси осуществляют в бумагу, картон или полиэтилен.
Перемешивание разогретой до температуры, не превышающей температуру закипания этанола, в 75-79°С смеси этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты осуществляют периодически с перерывами между перемешиваниями в 0,1 времени прохождения всего процесса приготовления смеси.
Новизной предложенного способа изготовления и состава растопочно-обогревающего средства является первоначально создание в емкости для приготовления горючего тела растопочно-обогревающего средства смеси в мас. % этанола 60-70% и изопропилового спирта 40-30%, которую нагревают до температуры 35-45°С и далее в емкость с этанолом и изопропиловым спиртом засыпают гранулированную стеариновую кислоту и при перемешивании и нагреве смеси до температуры, не превышающей температуру закипания этанола, в 75-79°С стеариновую кислоту растворяют, далее осуществляют омыливание смеси, для чего в емкость с разогретой смесью добавляют щелочь, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
стеариновая кислота
2,5-3,5
едкий натр
6,0-8,0
смесь этанола 60-70% и 40-30% изопропилового спирта
остальное
затем полученную смесь в горячем состоянии разливают в подготовленные формы, охлаждают и получают на наружной поверхности затвердевшей смеси омыленную оболочку-пленку.
Так, введение в раствор этанола и стеариновой кислоты изопропилового спирта позволяет повысить температуру горения растопочно-обогревающего средства, его теплотворную способность и теплоотдачу. Так, малярная теплоемкость этанола 112,4 Дж (cм. «Википедия» страница «Этиловый спирт»), а малярная теплоемкость изопропилового спирта выше и равняется 155,2 Дж, соответственно выше и температура горения и теплоотдача. При этом если изопропилового спирта меньше 30%, то произойдет неоправданное удорожание растопочно-обогревающего средства, а ощутимого повышения температуры и соответственно теплоотдачи не будет. При более чем 40% изопропилового спирта появляется копоть при горении и использовании растопочно-обогревающего средства, таким образом, именно при добавлении 30-40% изопропилового спирта получаем необходимый эффект - увеличиваем теплотворную способность, температуру горения и, соответственно, теплоотдачу, обеспечивая больший тепловой эффект от использования растопочно-обогревающего средства.
Добавление в смесь этанола, стеариновой кислоты и изопропилового спирта щелочи в указанном количестве позволяет осуществить омыливание смеси и создать на наружной поверхности затвердевшего брикета (объема) смеси прочной устойчивой к истиранию воздухонепроницаемой дополнительной оболочки-пленки, препятствующей выходу испаряющихся этанола и изопропилового спирта. При этом омыливание производят при нагреве смеси до температуры, не превышающей температуру закипания этанола, в 75-79°С, при этом вязкость изопропилового спирта уменьшится и его консистенция тоже будет готова к смешиванию и равномерному прохождению реакции омыливания. Так, например, при температурах ниже -70°С по вязкости он напоминает кленовый сироп (Источник: http://www.nazdor.ru/topics/improvement/preparations/current/470700/).
При этом более раннее добавление щелочи приведет к ее перегреву и потере свойств, необходимых для получения стойкого качественного результата, - к некачественному и неравномерному омыливанию, испарению этанола и изопропилового спирта, к снижению качества и потребительских свойств получаемого растопочно-обогревающего средства в целом, поэтому омыливание производят в конце цикла приготовления смеси.
Омыливание смеси, осуществляемое едким натром 44-48-процентной концентрации, обеспечивает качественное прохождение реакции омыливания, поскольку концентрация менее 44% не дает гарантированного прохождения качества омыливания, нет достаточной реакции для получения стойкого результата, а при использовании едкого натра более 48% обратный эффект и его применение не целесообразно, так как при большей концентрации происходит обжиг других компонентов, а в дальнейшем происходит расслоение продукта.
Периодическое перемешивание с перерывами между перемешиваниями в 0,1 времени прохождения всего процесса приготовления смеси, разогретой до температуры, не превышающей температуру закипания этанола, в 75-79°С смеси этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты способствует предотвращению комкования и прохождению более чистой и равномерной реакции.
Признаки: розлив разогретой смеси в готовую оболочку-упаковку - в металлические или пластмассовые формы с крышкой, розлив разогретой смеси в формы, упаковка застывшей и принявшей форму брикетов смеси, осуществляющаяся в бумагу, картон или полиэтилен, - являются признаками дополнительными, направленными на достижение поставленного изобретением технического результата.
Так, наличие омыленной оболочки-пленки на наружной поверхности затвердевшей смеси позволяет выполнять основную защитную оболочку из менее дорогостоящего и менее прочного, чем металл материала, с сохранением горючих качеств средства в течение длительного промежутка времени.
Наличие в составе горючего тела изопропилового спирта позволяет повысить теплоотдачу и энергоемкость растопочно-обогревающего средства.
Согласно проведенному патентно-информационному поиску сочетания известных и новых признаков предложенного способа в известных источниках информации не обнаружено, что позволяет сделать вывод о их новизне.
Отсутствие источников информации, в которых использовались бы предлагаемые существенные признаки, позволяет отнести их к соответствующим изобретательскому уровню, а в сочетании с описанием работы предлагаемого устройства - промышленно выполнимыми.
На фиг. 1 схематично представлено предлагаемое растопочно-обогревающее средство.
На фиг. 2 схематично представлен брикет затвердевшей горючей смеси, упакованный в бумагу.
На фиг. 3 в увеличенном масштабе на наружной поверхности горючей смеси показана дополнительная омыленная защитная оболочка-пленка.
Предлагаемое растопочно-обогревающее средство состоит из защитной основной, выполненной из металла 1, или картона, или бумаги, или полиэтилена оболочки, внутри которой находится горючее тело 2, представляющее собой твердый раствор стеариновой кислоты, этанола, изопропилового спирта и щелочи. На наружной поверхности затвердевшего горючего тела создана дополнительная защитная оболочка-пленка 3, предотвращающая испарение этанола и позволяющая увеличить сроки хранения предлагаемого растопочно-обогревающего средства.
Горючее тело растопочно-обогревающего средства изготавливают следующим образом.
В подогретую до температуры в 35-45°С смесь этанола 60-70% и изопропилового спирта 40-30% засыпают гранулированную стеариновую кислоту 2,5-3,5 мас. %. Полученную смесь затем нагревают до температуры 75-79°С, не доводя смесь до кипения. При этом смесь этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты периодически перемешивают для более полного и равномерного распределения и растворения стеариновой кислоты в смеси этанола и изопропилового спирта. После растворения стеариновой кислоты и разогрева смеси до температуры 75-79°С консистенция изопропилового спирта тоже становится готовой к равномерному смешиванию, и только тогда осуществляют ее омыливание - в смесь добавляют щелочь (едкий натр) 44-48-процентной концентрации в количестве 6,0-8,0% от общего веса конечного продукта, и вновь смесь перемешивают. Затем в жидком состоянии смесь стеариновой кислоты, этанола, изопропилового спирта и щелочи разливают в приготовленные заранее металлические, или бумажные, или пластиковые формы, которые после наполнения, остывания и затвердевания плотно закрывают и упаковывают в тару. После охлаждения и затвердевания смеси на наружной поверхности растопочно-обогревающего средства образуется стойкая к истиранию дополнительная защитная оболочка-пленка из омыленного при помощи щелочи состава горючего тела. Упаковку средства осуществляют либо в металлическую тару с крышками, либо в бумагу, либо в картон, либо полиэтилен.
Перед использованием, например для временного обогрева палатки или жилого помещения, упаковку растопочно-обогревающего средства вскрывают, брикет горючего тела устанавливают на негорючую подставку и поджигают. Время горения растопочного средства, в зависимости от его объема, продолжается в течение 6-24 часов. Так, растопочное средство с объемом горючего тела в 300 мл горит в течение 6 часов плюс-минус 1 час. При этом при горении растопочно-обогревающего средства не выделяется вредных для здоровья дымов, копоти и газов. Средство может быть использовано для разведения костров, приготовления пищи, временного отопления жилых помещений, палаток и др.
Конкретный пример изготовления растопочно-обогревающего средства.
В емкость объемом 250 л залили 120 л (60%) этанола и 80 л (40%) изопропилового спирта, приготовили для последующего добавления стеариновую кислоту 2,5-3,5 мас. %. При увеличении количества изопропилового спирта - больше 40%, в пламени появится копоть, при уменьшении менее 30% не будет достигнуто существенного увеличения теплотворной способности и повышения температуры горения при увеличении себестоимости, поэтому добавлять менее 30% просто не целесообразно. Залитую в емкость смесь этанола и изопропилового спирта перемешали и подогрели до температуры в 40°С, после чего в нее засыпали гранулированную стеариновую кислоту и продолжили нагрев при периодическом перемешивании смеси для равномерного распределения и растворения смеси, предотвращая ее комкование. При снижении количества стеариновый кислоты менее чем 2,5%, уменьшается температура горения горючего тела и не достигается необходимая степень отвердения готового продукта. При увеличении количества стеариновой кислоты более 3,5% в составе смеси увеличится количество сгораемых вредных для здоровья человека примесей. Полученную смесь нагрели до температуры 77°С, не доводя смесь до кипения. Смесь этанола, изопропилового спирта и стеариновой кислоты периодически перемешивали для более полного растворения стеариновой кислоты в этаноле и изопропиловом спирте. После растворения стеариновой кислоты и разогрева смеси до температуры 77°С произвели омыливание - добавили в смесь щелочь (едкий натр) 44-48-процентной концентрации в количестве 7,0% от общего веса конечного продукта, и вновь смесь перемешали для получения качественного и равномерного прохождения процесса омыливания. Затем в жидком разогретом состоянии смесь стеариновой кислоты, этанола, изопропилового спирта и щелочи разлили в приготовленные заранее металлические и пластиковые формы. Металлические формы и часть пластиковых форм с горючими телами плотно закрыли крышками. Часть горючих тел, затвердевших в виде брикетов, обернули плотной бумагой и упаковали в тару. После охлаждения и затвердевания смеси на наружной поверхности растопочно-обогревающего средства образовалась дополнительная защитная оболочка-пленка из омыленного при помощи щелочи состава горючего тела, которая была стойкой к истиранию - не повреждалась и препятствовала испарению входящих в состав горючего тела этанола и изопропилового спирта, сохраняя температуру горения.
Перед использованием, например, для временного обогрева палатки или жилого помещения, упаковку растопочно-обогревающего средства вскрыли, брикет горючего тела установили на негорючую подставку и подожгли. Время горения растопочного средства, в зависимости от его объема, продолжалось в течение 6-24 часов. Так, растопочное средство с объемом горючего тела в 300 мл горит в течение 6 часов плюс-минус 1 час, а средство объемом 800 мл горит 22-24 часа. При горении растопочно-обогревающего средства количество выделенных вредных для здоровья человека дымов и газов находится в минимальных пределах.
Средство может быть использовано для разведения костров, приготовления пищи, временного отопления жилых помещений, палаток и др.
В настоящее время на предприятии на растопочно-обогревающее средство, изготовленное по предлагаемой технологии, разработана техническая документация, изготовлена опытная партия средства и проведены испытания, показавшие положительные результаты.
Воздух в палатке с размерами 3×4 метра и средней высотой 1,8 метра при помощи одного растопочного средства объемом в 350 мл был нагрет до температуры в +19°С в течение 30 минут. Такая температура в палатке, при постоянном горении растопочно-обогревающего средства, поддерживалась в течение 8 часов при наружной температуре воздуха в минус 14,0°С.