СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ГАЗА ФУМИГАНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF GAS FUMIGANT PRODUCTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (VERSIONS)

Изобретение относится к способу и устройству для выработки газа-фумиганта, а именно газа-фумиганта в виде смеси фосфина и углекислого газа, и предназначено для использования в пищевой промышленности, сельском хозяйстве при уничтожении вредителей в зерне и зернопродуктах, пищевых продуктах, сухофруктах, табаке, а также в таре, транспортных средствах и помещениях, предназначенных для их переработки и хранения.
Уничтожение вредителей пищевых продуктов при их хранении и длительных перевозках является серьезной проблемой. При ее решении основное внимание уделяется таким важным вопросам, как трудоемкость проведения работ по фумигации, включая сбор и утилизацию отходов, пожаро- и взрывобезопасность фумигации, экологическая безопасность.
Из известных средств для фумигации наибольший интерес для потребителей представляют препараты, вырабатывающие газ-фумигант, содержащий фосфин.
Наиболее используемыми средствами, образующими газ-фумигант с фосфином, являются таблетки, пластины, пелетки (DE №3047373, МПК 7: A01N 59/26, опубликован 15.07.1982).
К недостаткам подобных средств при выработке газа-фумиганта относятся: зависимость их от температуры и влажности окружающей среды, невысокая скорость генерации газа-фумиганта, возможность возникновения взрывоопасной ситуации при случайном попадании большого количества влаги на препарат, трудоемкость работ при распределении таблеток по всему объему обрабатываемого объекта, ухудшение экологических показателей обрабатываемой продукции из-за неполного разложения таблеток (допустимый остаток - 2%) и создания предпосылок для пожаро- и взрывоопасной ситуации при сборе, упаковке, транспортировке и утилизации остаточных продуктов разложения таблеток (пылевидной гидроокиси алюминия (или магния) и др.).
Предпочтительнее по сравнению с таблетками и их аналогами являются устройства, в которых газ-фумигант вырабатывается путем принудительного пропускания увлажненного газа-разбавителя через слой фосфида металла (патент РФ 2087415, МПК 7: C01B 25/00, опубликован 20.08.1997) или путем контактирования с водой металлофосфидной композиции (патент РФ 2238905, МПК 7: С01В 25/00, опубликован 27.10.2004) или фосфидного состава (патент РФ 2131190, МПК 7: С01В 25/00, опубликован 10.06.1999).
Недостатками этих решений являются сложность и большое энергопотребление устройств для производства газа-фумиганта, длительность его выработки.
В патенте РФ 2248733 (МПК 7: С01В 25/00, опубликован 10.06.2003) представлены более эффективные по техническим параметрам способ выработки газа-фумиганта, устройство для его осуществления, композиция для выработки газа-фумиганта и способ фумигации.
Способ обеспечивает выработку газа-фумиганта в виде смеси фосфина с углекислым газом и предусматривает использование в качестве исходных реагентов фосфида металла, вещества, образующего углекислый газ, вещества-ингибитора химической активности этих веществ, воды, кислоты, при этом фосфид металла, вещество, образующее углекислый газ, и ингибитор химической активности веществ предварительно смешивают, размещают в герметичную оболочку, а перед выработкой газа-фумиганта между смесью и оболочкой образуют свободный объем, в который подают смесь воды и кислоты с получением одновременно с фосфином углекислого газа и компенсацией тепла, выделяющегося при получении фосфина, за счет химического эндотермического процесса образования углекислого газа.
Устройство включает реактор, представляющий собой, по меньшей мере, один блок из двух сообщающихся камер, первая из которых предназначена для размещения смеси фосфида металла, вещества, образующего углекислый газ, и вещества-ингибитора, а вторая, имеющая выходное отверстие для газа-фумиганта, - для смеси воды и кислоты; реактор снабжен устройством поджима крышки первой камеры к поверхности смеси фосфида металла, вещества, выделяющего углекислый газ, и вещества-ингибитора и устройством перемещения крышки относительно поверхности смеси, содержащей фосфид металла, которое имеет, по меньшей мере, одно отверстие для сообщения камер; при перемещении крышки образуется свободный объем над смесью и открываются отверстия для сообщения камер, через которые в образовавшийся свободный объем поступает смесь воды и кислоты; крышка первой камеры может быть выполнена в виде выступа на крышке второй камеры; устройство для поджима крышки первой камеры может быть выполнено в виде резьбового соединения, или стягивающих скоб, или тяг, или в виде распорки, упирающейся в крышку камеры для воды и кислоты.
Недостатком способа выработки газа-фумиганта является неравномерность скорости выработки в ходе всего процесса получения газа-фумиганта, сложность устройства поджима крышки камеры со смесью с фосфидом металла фосфид металла, и устройства перемещения этой крышки относительно поверхности смеси с фосфидом металла при открытии отверстий для сообщений камер при запуске процесса выработки газа-фумиганта, в связи с чем увеличивается трудоемкость сборки устройства, время подготовки устройства для начала выработки газа-фумиганта; возможность сборки и/или зарядки или перезарядки устройств в зоне фумигации затрудняется, увеличивается стоимость устройства.
К недостаткам устройства также относятся сложность конструкции упоров для удержания камеры, содержащей смесь с фосфидом металла, на дне камеры со смесью воды и кислоты для исключения всплытия первой камеры в процессе выработки газа-фумиганта, так как всплытие камеры с неотработанным составом смеси с фосфидом металла может привести к пожароопасной ситуации.
Наиболее близким к заявленным способу выработки газа-фумиганта и устройству для его осуществления является способ и устройство, описанные в патенте РФ №2145784 (МПК 7: С01В 25/00, опубликован 14.05.1998 г.).
Способ обеспечивает выработку газа-фумиганта в виде смеси фосфина с углекислым газом и предусматривает использование в качестве исходных реагентов фосфида металла, вещества, выделяющего при химическом эндотермическом процессе углекислый газ, связующего, воду, кислоту, при этом фосфид металла, вещество, выделяющее углекислый газ, и связующее предварительно смешивают, к полученной смеси добавляют смесь кислоты и воды с получением одновременно с фосфином углекислого газа и компенсацией тепла, выделяющегося при получении фосфина, за счет химического эндотермического процесса образования углекислого газа.
Устройство для выработки газа-фумиганта включает в себя реактор, состоящий из, по меньшей мере, одного блока из двух сообщающихся между собой камер, одна из которых предназначена для размещения смеси из фосфида металла, вещества, выделяющего при реакции углекислый газ, и связующего, а вторая - для смеси воды и кислоты, при этом выходное отверстие для газа-фумиганта расположено на камере для смеси кислоты и воды; камеры сообщены через перекрываемое отверстие в общей перегородке.
Недостатками известного технического решения являются использование единого для фосфида металла и вещества, образующего углекислый газ, связующего (или вещества-ингибитора их химической активности), что приводит к неравномерности выделения газов, входящих в состав газа-фумиганта, при завершении процесса его выработки, т.к. с изменениями условий протекания реакций выработки газа фосфина из фосфида металла и углекислого газа из вещества, образующего при эндотермической реакции двуокись углерода, а именно накопление продуктов реакций, связующего или ингибитора в реакционной среде, происходит экранирование нижних неотработанных слоев реакционной смеси с фосфидом металла и, как следствие этого, затруднение доступа смеси воды и кислоты к ее реагентам, к снижению скоростей химических реакций выработки газов, составляющих газ-фумигант, к увеличению времени отработки полностью всего состава смеси, содержащей фосфид металла. Также недостатком является сложность образования свободного объема над поверхностью смеси с фосфидом металла, размещенной в герметичной оболочке, необходимой для исключения воздействия влаги окружающей среды на фосфид металла непосредственно перед запуском процесса выработки газа-фумиганта с помощью сложного устройства для перемещения крышки камеры относительно поверхности смеси, содержащей фосфид металла. Другим недостатком является сложность запуска устройства для выработки газа-фумиганта путем перемещения крышки камеры, содержащей смесь с фосфидом металла, относительно поверхности смеси, открывая таким образом отверстия для сообщения камер, через которые поступает смесь воды и кислоты на поверхность смеси с фосфидом металла и выходят продукты реакций.
Кроме этого, к конструктивным недостаткам устройства выработки газа-фумиганта относятся сложность устройств упоров для удержания камеры, содержащей смесь с фосфидом металла, в камере, предназначенной для смеси воды и кислоты, предназначенных для исключения всплытия первой камеры при отработке состава, содержащего фосфид металла, в процессе получения газа-фумиганта.
Техническим результатом изобретения является сокращение времени выработки газа-фумиганта на заключительной стадии процесса его выработки при наличии продуктов реакции, накопившихся на поверхности неотработанных нижних слоев состава смеси с фосфидом металла и экранирующих доступ к ним смеси воды и кислоты, обеспечение регулирования скорости выработки газа-фумиганта в зависимости от условий и объекта фумигации, упрощение запуска устройства выработки газа-фумиганта при упрощении обеспечения сохранности состава смеси, содержащей фосфид металла, при хранении ее и герметичности с одновременным упрощением образования свободного объема над поверхностью смеси с фосфидом металла, упрощение устройства крепежа камеры, содержащей смесь с фосфидом металла, обеспечивающее исключение всплытия этой камеры в процессе выработки газа-фумиганта, а также обеспечение полной выработки смеси, содержащей фосфид металла.
Указанный технический результат достигается за счет использования способа выработки газа-фумиганта в виде смеси фосфина и углекислого газа, заключающегося в осуществлении способа в двухкамерном реакторе с использованием исходных реагентов, в качестве которых в первой камере размещают смесь, содержащую фосфид металла, вещество, выделяющее при химическом эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее, а во второй - водный раствор кислоты, в добавлении к смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, водного раствора кислоты с получением одновременно с фосфином углекислого газа.
Согласно патентуемому решению в нижние слои смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, вводят смесь, содержащую вещество, способствующее разрыхлению смеси с фосфидом металла, в качестве которого используют гидроксикарбоновую кислоту или дикарбоновую кислоту, и гидрофобное соединение, при взаимодействии которой с образующейся в процессе смесью выделяется углекислый газ, при этом среднюю скорость выработки газа-фумиганта регулируют путем открывания заданного количества отверстий, выполненных на боковой поверхности вертикального канала сообщения двух камер, причем соотношение диаметра бокового отверстия и внутреннего диаметра вертикального канала находится в пределах 0,2-0,4.
В качестве фосфида металла обычно используют фосфид алюминия или магния, связующее может представлять собой, например, масло, сельскохозяйственное, машинное и т.д., в качестве вещества, выделяющего при химическом эндотермическом процессе, углекислый газ - водорастворимая соль угольной кислоты (калия, натрия, аммония) или их смеси.
Дополнительное добавление в нижние слои смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, смеси, содержащей вещество, способствующее разрыхлению смеси с фосфидом металла и содержащее гидроксикарбоновую кислоту или дикарбоновую кислоту с гидрофобным соединением, при взаимодействии которой со смесью, образующейся при реакции водного раствора кислоты со смесью, содержащейся в первой камере, и с неотработанными остатками смеси первой камеры выделяется углекислый газ, позволяет обеспечить равномерность выработки газа-фумиганта на завершающей стадии процесса, а также сократить время выработки газа. В качестве гидроксикарбоновой кислоты, входящей в состав смеси как вещество, способствующее разрыхлению, обычно используют лимонную кислоту, а в качестве дикарбоновой кислоты - щавелевую кислоту.
В качестве гидрофобного соединения могут использоваться, например, полиэтиленгликоль или парафин.
При добавлении в нижние слои состава, способствующего разрыхлению, начинает выделяться углекислый газ, который «разрыхляет» сам слой и продукты реакции, накопившиеся на слое смеси в первой камере и экранирующие неотработанный слой смеси, содержащей фосфид металла. За счет этого процесса обеспечивается доступ водного раствора кислоты к неотработанному слою смеси, содержащей фосфид металла.
При этом, как показали проведенные испытания, для обеспечения заявленного эффекта в нижние слои смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, вводят смесь, способствующую разрыхлению смеси с фосфидом металла, количество которой составляет 8-10% от веса смеси с фосфидом металла.
Для устранения недостатка, связанного со сложностью образования свободного объема над поверхностью смеси с фосфидом металла, а также для упрощения обеспечения сохранности и герметичности смеси, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее, между крышкой и смесью с фосфидом металла размещают дезактиватор химической активности фосфида металла, например влагоемкий силикагель, высокомолекулярный поглотитель влаги, камеру герметично закрывают крышкой с использованием резьбового соединения, а в нижней части вертикального канала, сообщающейся с первой камерой и поверхностью смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, размещают состав, химически инертный к фосфиду металла, выполняющий роль герметизирующей пробки.
Высота герметизирующей пробки предпочтительно должна составлять 10-12 мм, а в качестве состава, выполняющего роль герметизирующей пробки, может быть выбран состав, который представляет собой соль карбаминовой кислоты с гидрофобным веществом. Гидрофобное соединение может быть выбрано, например, из целлюлозы или парафина с добавкой стеарата магния или любого другого соединения, химически инертного к реагентам смеси, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее.
Обе камеры закрываются крышками, которые имеют сквозные отверстия для размещения вертикального канала, через боковые отверстия которого камеры сообщаются друг с другом. Нижняя часть вертикального канала жестко соединена с крышкой первой камеры. Верхняя часть вертикального канала соединена с крышкой второй камеры таким образом, чтобы обеспечивалось перемещение корпуса вертикального канала вверх с фиксированием его измененного положения, при этом жестко соединенная с корпусом вертикального канала крышка первой камеры, выполненная из полимерного пластичного материала, например полиэтилена высокого давления, выгибается, и над смесью с фосфидом алюминия образуется свободный объем, в который при поднятом положении штока через боковые отверстия вертикального канала поступает водный раствор кислоты. Для обеспечения образования свободного объема над смесью с фосфидом металла, содержащейся в первой камере при запуске процесса выработки газа-фумиганта, во время загрузки смеси с фосфидом металла в первую камеру поверхность ее формируют с учетом внутреннего прогиба крышки камеры, выполненной из полимерного пластичного материала, с помощью пресса, нижняя часть которого имеет сферическую форму, радиус которой соответствует радиусу прогиба крышки первой камеры.
Скорость выработки газа-фумиганта регулируется количеством отверстий, выполненных на боковой поверхности вертикального канала сообщения двух камер, и соотношением диаметров одного бокового отверстия и внутреннего диаметра вертикального канала. Регулирование возможно осуществить либо открыванием заданного количества отверстий при перемещении штока, расположенного в вертикальном канале, вверх; либо при сборке реактора заранее подбирают и размещают вертикальный канал с определенным количеством отверстий, выполненных на ее боковой поверхности, и перемещением вверх штока, расположенного в вертикальном канале, оператор открывает все отверстия. Скорость выработки газа-фумиганта определяется объектом обработки (помещение, транспортное средство), температурой окружающей среды (при температуре воздуха более 30°С - минимальное количество отверстий).
Так, при соотношении диаметра одного отверстия, выполненного на боковой поверхности вертикального канала, и внутреннего диаметра вертикального канала, равного 0,4, и количестве боковых отверстий, равном 2, обеспечивается выработка газа-фумиганта при температуре окружающей среды 22°С со средней скоростью 0,5 г/мин. Для обеспечения равномерности и полноты выработки газа-фумиганта на 1,0-1,1 вес. частей смеси с фосфидом металла вводят 1,5-2,2 вес. частей водного раствора кислоты.
Также технический результат достигается за счет использования устройства для выработки газа-фумиганта в виде смеси фосфина с углекислым газом, включающего реактор, представляющий собой, по меньшей мере, один блок из двух сообщающихся между собой через вертикальный канал сообщения камер, первая из которых предназначена для размещения смеси, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при химическом эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее, а вторая - для водного раствора кислоты и выполнена с отверстием для отвода газа-фумиганта, вертикальный канал сообщения камер проходит сквозь отверстия в крышках первой и второй камер.
Согласно патентуемому решению первая камера коаксиально расположена относительно второй камеры на ее дне и жестко закреплена с помощью накладывающихся друг на друга боковых выступов на крышке первой камеры и на боковой внутренней поверхности корпуса второй камеры, вертикальный канал имеет, по меньшей мере, два сквозных отверстия, расположенных на его боковой поверхности, а во внутренней полости вертикального канала расположен шток, нижняя часть вертикального канала жестко соединена с крышкой первой камеры, верхняя часть вертикального канала соединена с крышкой второй камеры и выполнена с возможностью регулирования объема первой камеры.
Также технический результат достигается за счет использования устройства для выработки газа-фумиганта в виде смеси фосфина с углекислым газом, включающего реактор, представляющий собой, по меньшей мере, один блок из двух сообщающихся между собой через вертикальный канал сообщения камер, первая из которых предназначена для размещения смеси, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при химическом эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее, а вторая - для водного раствора кислоты и выполнена с отверстием для отвода газа-фумиганта, вертикальный канал сообщения камер проходит сквозь отверстия в крышках первой и второй камер.
Согласно патентуемому решению первая камера коаксиально расположена относительно второй камеры, камеры соединены друг с другом посредством резьбового соединения, вертикальный канал имеет, по меньшей мере, два сквозных отверстия, расположенных на его боковой поверхности, а во внутренней полости вертикального канала расположен шток, нижняя часть вертикального канала жестко соединена с крышкой первой камеры, верхняя часть вертикального канала соединена с крышкой второй камеры и выполнена с возможностью регулирования объема первой камеры.
Кроме этого, технический результат достигается за счет использования устройства для выработки газа-фумиганта в виде смеси фосфина с углекислым газом, включающего реактор, представляющий собой, по меньшей мере, один блок из двух сообщающихся между собой через вертикальный канал камер, первая из которых предназначена для размещения смеси, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при химическом эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее, а вторая - для водного раствора кислоты и выполнена с отверстием для отвода газа-фумиганта, вертикальный канал сообщения камер проходит сквозь отверстия в крышках первой и второй камер.
Согласно патентуемому решению первая камера коаксиально расположена относительно второй камеры, камеры выполнены с общим дном, вертикальный канал имеет, по меньшей мере, два сквозных отверстия, расположенных на его боковой поверхности, а во внутренней полости вертикального канала расположен шток, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно вертикальной оси канала, нижняя часть вертикального канала жестко соединена с крышкой первой камеры, верхняя часть вертикального канала соединена с крышкой второй камеры и выполнена с возможностью регулирования объема первой камеры.
Предлагаемые способы крепления первой камеры относительно второй позволят упростить конструкцию устройства упоров для удержания камеры, повысить надежность закрепления и герметичность соединения, обеспечить пожаробезопасность при хранении, при выработке газа-фумиганта и сохранность устройства при его транспортировке.
Наличие штока, расположенного во внутренней полости вертикального канала сообщения камер, позволит обеспечить открывание необходимого количества отверстий и, соответственно, скорости выработки газа-фумиганта, упростить запуск устройства, поскольку для начала процесса достаточно будет переместить шток вверх, открыв заданное количество боковых отверстий вертикального канала, через которые водный раствор кислоты из второй камеры будет поступать в первую камеру, содержащую смесь с фосфидом металла.
Соотношение диаметров одного из боковых отверстий, выполненных на боковой поверхности вертикального канала, и внутреннего диаметра вертикального канала предпочтительно выбирать из соотношения 0,2÷0,4, а количество отверстий, выполненных на боковой поверхности вертикального канала, предпочтительно выбирать равным от 2 до 6. Это позволит регулировать скорость выработки газа-фумиганта в зависимости от условий обработки и обрабатываемого объекта.
Кроме предложенных конструкций, возможно также использовать устройство для выработки газа-фумиганта в виде смеси фосфина и углекислого газа, включающее реактор, представляющий собой, по меньшей мере, один блок из двух сообщающихся между собой камер, первая из которых предназначена для размещения смеси из фосфида металла, вещества, образующего при реакции углекислый газ, и связующего, а вторая, имеющая выходное отверстие для газа-фумиганта, - для смеси воды и кислоты, используют двухкамерное устройство с общим дном.
Для запуска процесса и начала выработки газа-фумиганта необходимо образование свободного объема над поверхностью смеси, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при эндотермическом процессе углекислый газ и связующее. Это достигается за счет того, что нижняя часть вертикального канала жестко соединена с крышкой первой камеры (например, с помощью гаек, или крышка с соединенной нижней частью вертикального канала может быть выполнена литьем в пресс-форме), а верхняя часть вертикального канала соединена с крышкой второй камеры и выполнена с возможностью регулирования объема первой камеры (это может обеспечиваться, например, полужестким соединением с помощью гаек).
Перед запуском процесса выработки газа-фумиганта верхнюю часть вертикального канала, выходящего из отверстия крышки второй камеры и имеющего внешнюю резьбу, полужестко соединяют с крышкой с помощью гайки, при завинчивании которой поверхность крышки первой камеры приподнимается над поверхностью смеси с фосфидом металла с образованием свободного объема. Затем перемещением вверх штока, расположенного в вертикальном канале, открывают необходимое количество отверстий, выполненных на боковой поверхности вертикального канала, обеспечивая доступ через эти отверстия водного раствора кислоты за счет сил давления жидкости в первую камеру, содержащую смесь фосфида металла, вещество, образующее при эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее. Сначала состав, выполняющий роль герметизирующей пробки и расположенный в нижней части вертикального канала сообщения камер, взаимодействует с водным раствором кислоты с образованием газообразных продуктов реакции, затем водный раствор кислоты взаимодействует со смесью с фосфидом металла, содержащейся в первой камере. При выработке газа-фумиганта образующиеся продукты реакции, в том числе газ-фумигант, под действием давления газа через отверстия, выполненные на боковой поверхности вертикального канала, выводятся во вторую камеру, содержащую водный раствор кислоты. Газ-фумигант под давлением барботирует через раствор кислоты в пространство над жидкостью и поступает через патрубок крышки второй камеры по газоотводной трубке в объект фумигации. При снижении давления газа в первой камере новая порция водного раствора кислоты за счет силы давления жидкости поступает через отверстия, выполненные на боковой поверхности вертикального канала, в камеру со смесью, содержащей фосфид металла, вещество, образующее при эндотермическом процессе углекислый газ, и связующее. В результате химических реакций вновь образуемые продукты реакций, в том числе газ-фумигант, под действием сил давления газа выталкиваются через боковые отверстия вертикального канала во вторую камеру, и процесс повторяется до полной выработки смеси с фосфидом металла. Таким образом, за счет изменения сил давления газа в первой камере в ходе выработки газа-фумиганта осуществляется циклический автогенерируемый процесс выработки газа-фумиганта.
Далее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения устройств для выработки газа-фумиганта со ссылками на фигуры.
На фиг.1 представлено устройство для выработки газа-фумиганта согласно первому варианту исполнения. При этом на фиг.1 представлено устройство с резьбовым креплением двух камер в нерабочем состоянии (шток опущен);
на фиг, 2 - крепление двух камер с помощью боковых выступов в рабочем состоянии (шток поднят);
на фиг.3 - устройство для фумигации, в котором камеры имеют одно общее дно (нерабочее состояние);
на фиг.4 - устройство для фумигации, показанное на фиг.3 (рабочее состояние, шток поднят);
на фиг.5 - разрез устройства, показанного на фиг.3, в аксонометрии;
на фиг.6 - двухкамерный корпус устройства, приведенного на фиг.3;
на фиг.7 - крышка нижней (первой) камеры устройства с нижней частью вертикального канала, приведенного на фиг.3;
на фиг.8 - шток устройства с фиксаторами и резьбой для резьбового соединения с держателем штока, приведенного на фиг.3;
на фиг.9 - крышка верхней (второй) камеры устройства с верхней частью вертикального канала и резьбовыми штуцерами для подачи водного раствора кислоты и для патрубка газоотводной трубки, приведенного на фиг.3;
на фиг.10 - держатель штока устройства для резьбового соединения со штоком, приведенным на фиг.3;
на фиг.11 - резьбовая заглушка, навинчиваемая на штуцера, расположенные на крышке верхней (второй) камеры корпуса устройства, приведенного на фиг.3.
Устройство для выработки газа-фумиганта (фиг.1-2) включает реактор, представляющий собой, по меньшей мере, один блок из двух сообщающихся между собой камер 1 и 2. В рассматриваемом примере камера 1 закреплена в камере 2 с помощью резьбового соединения (фиг.1) или с помощью боковых выступов 15 и 16, выполненных на крышке камеры 1 и на боковой внутренней поверхности камеры 2 соответственно (фиг.2), или реактор может состоять из двухкамерного устройства с общим для камер дном (фиг.3-12). В камере 1 размещают смесь, содержащую фосфид металла, вещество, образующее при химической реакции углекислый газ, и связующее. При этом предварительно в нижние слои этой смеси помещают смесь, содержащую вещество, способствующее разрыхлению состава смеси с фосфидом металла в процессе заключительного этапа выработки газа-фумиганта, а сверху, на внешнем слое смеси, размещают дезактиватор химической активности фосфида металла в процессе хранения. Для обеспечения образования свободного объема над поверхностью смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере при запуске процесса выработки газа-фумиганта, во время загрузки смеси с фосфидом металла в первую камеру поверхность ее формируют с учетом внутреннего прогиба крышки камеры, выполненной из полимерного пластичного материала, с помощью пресса, нижняя часть которого имеет сферическую форму, радиус которой соответствует радиусу прогиба крышки первой камеры. Камера 1 закрыта крышкой 13 с размещенной на ней нижней частью вертикального канала 5. Камера 2 закрыта крышкой 14, соединенной с верхней частью вертикального канала 5 и имеющей штуцер 3 для патрубка 19 для газоотводной трубки, по которой выходит из устройства газ-фумигант и поступает в объект фумигации, и штуцер 4 для подачи водного раствора кислоты в камеру 2. Раствор кислоты оператор дозированно заливает в камеру 2 через штуцер 4 и закрывает его заглушкой 17. Камеры 1 и 2 сообщены через вертикальный канал сообщения камер 5, имеющий, по меньшей мере, два отверстия 7, выполненных на боковой поверхности вертикального канала. Во внутренней полости вертикального канала 5 размещен шток 12, перекрывающий в нерабочем (нижнем) положении устройства отверстия 7 в боковой поверхности вертикального канала 5, а при верхнем положении поршня 12 (рабочее положение устройства) отверстия 7 в боковой поверхности открываются. Оператор поднимает шток 12 вверх до ограничителя 6 или до его фиксирования фиксатором 21. Шток удерживается в верхнем положении за счет сил трения между его стенками и внутренними стенками вертикального канала сообщения камер. В нижней части вертикального канала 5 под поршнем штока размещен состав 8, химически инертный к фосфиду металла, выполняющий роль герметизирующей пробки высотой 10 мм. В нерабочем состоянии камера 1 и камера 2 закрыты крышками 13 и 14 соответственно, штуцеры 3 и 4 закрыты заглушками 17. Нижняя часть вертикального канала 5 жестко соединена с крышкой 13 камеры 1 с помощью гаек 9 и 10. Верхняя часть вертикального канала 5 соединена с крышкой 14 камеры 2 полужестко с помощью гайки 11. При хранении устройства гайка 11 откручена до верхней части вертикального канала, связывающего камеры 5, при этом полиэтиленовая крышка 13 камеры 1 под давлением вертикального канала прогибается внутрь камеры 1, поджимаясь к смеси с фосфидом металла, поверхность которой при размещении ее в камере 1 формировалась с помощью пресса с учетом внутреннего прогиба крышки камеры. При запуске устройства выработки газа-фумиганта откручивают заглушки 17 со штуцеров 3 и 4. На резьбовой штуцер 3 накручивают патрубок 19 с газоотводной трубкой для выхода газа-фумиганта и подачи его в объект фумигации. Оператор перемещает шток 12 вверх до упора, при этом открываются отверстия 7, расположенные на боковой поверхности вертикального канала 5. Через штуцер 4 в камеру 2 оператор заливает дозировано водный раствор кислоты. Штуцер 4 закрывает резьбовой заглушкой 17. Гайку 11 закручивает до соприкосновения крышки 14 камеры 2 с ограничителем 20, снимая при этом давление вертикального канала сообщения камер 5 на крышку 13 камеры 1, выполненную из полимерного пластичного материала, например полиэтилена высокого давления, что позволяет крышке выгибаться над поверхностью смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, на 3-4 мм, образуя свободный объем над поверхностью смеси с фосфидом металла.
За счет силы давления жидкости водный раствор кислоты поступает через отверстия 7 в вертикальный канал сообщения камер. После взаимодействия ее с составом герметизирующей пробки 8 с выделением газообразных продуктов реакции водный раствор кислоты поступает в свободный объем над поверхностью смеси с фосфидом металла. В результате химических реакций выделяющийся газ-фумигант в составе газа фосфина и углекислого газа за счет избыточного давления, создающегося в камере 1 в результате генерирования газа, вместе с другими продуктами реакции, через отверстия 7 поступает в камеру 2, а затем газ-фумигант через штуцер 3 по газоотводной трубке 19 поступает  в объект фумигации. Затем при снижении давления газа в камере 1 ниже давления водного раствора кислоты в камере 2 через отверстия 7 вертикального канала сообщения камер в камеру 1 снова поступает новая порция водного раствора кислоты, и процесс повторяется до полной выработки смеси с фосфидом металла. Таким образом осуществляется циклический автогенерируемый процесс выработки газа-фумиганта.
Способ выработки газа-фумиганта осуществляется следующим образом.
Смешивают порошки фосфида алюминия и соли угольной кислоты в соотношении 1:(3.5-7) вес. частей, в процессе перемешивания добавляют связующее (сельскохозяйственное, машинное масло или их смесь) в количестве 12-15% от общего веса двух порошков. Эту смесь помещают в камеру 1, на дно которой предварительно размещают смесь, содержащую вещество, способствующее разрыхлению смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, - щавелевую кислоту 5-10% от общего веса смеси с гидрофобным веществом (парафином), 2-3% от общего веса смеси. Между крышкой первой камеры и смесью с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, размещают 8-15% от ее общего веса дезактиватор химической активности фосфида металла - влагоемкий силикагель, который выполняет роль влагопоглотителя во время хранения смеси с фосфидом металла. Поверхность смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, формируют с учетом внутреннего прогиба полиэтиленовой крышки первой камеры с помощью пресса, нижняя часть которого имеет сферическую форму, радиус которой соответствует радиусу прогиба крышки первой камеры. Камеру закрывают крышкой с использованием резьбового соединения, при этом крышка по центру соединена с вертикальным каналом сообщения двух камер, в верхней части которого закреплена крышка камеры 2, а нижний конец внутренней трубки содержит состав, включающий в себя соль карбаминовой кислоты с целлюлозой 1,5-2,5% от общего веса смеси и стеаратом магния 0,4-0,7% от общего веса смеси высотой 10-12 мм, выполняющий роль герметизирующей пробки смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере. Первая камера, содержащая смесь с фосфидом металла, закрепляется во второй камере с помощью боковых выступов крышки камеры 1 и выступов на внутренней боковой поверхности камеры 2 или с помощью резьбового соединения нижней внешней боковой поверхности камеры 1 и нижней внутренней боковой поверхности камеры 2.
При запуске устройства оператор откручивает заглушку 17 на штуцере 3, накручивает на патрубке 19 и вставляет в него газоотводную трубку, перемещает поршень 12 вверх до упора его в ограничитель 6, открывая отверстия 7, через штуцер 4 в крышке 14 камеры 2 заливает водный раствор серной кислоты в соотношении 1:(1-10), взятой в количестве 1,5-2,2 вес. частей на 1,0-1,1 вес. частей смеси с фосфидом алюминия, закручивает на 3-5 мм гайку 11 вертикального канала сообщения камер 5, снимая при этом его давление на крышку камеры 1 с образованием свободного объема над поверхностью смеси с фосфидом алюминия, содержащейся в первой камере, за счет выгиба крышки камеры 1. Поступающий через отверстия 7 водный раствор кислоты реагирует вначале с составом герметизирующей пробки 8, растворяя ее, затем поступает в свободный объем над поверхностью смеси с фосфидом металла, содержащейся в первой камере, где взаимодействует с реагентами смеси с фосфидом металла. В результате химических реакций вырабатывается газ-фумигант в составе газа фосфина и углекислого газа в соотношении: 1:(1,5-15) об. частей.
Устройство, раскрывающее второй вариант исполнения и приведенное на фиг.3-11, так же как и в первом варианте, содержит нижнюю камеру 1, верхнюю камеру 2, имеющие общее днище, нижняя камера отделена от верхней посредством крышки 13. Верхняя камера 2 закрыта крышкой 14. Крышка 13 содержит вертикальный канал 5 с отверстиями 7, сообщающими две камеры. Крышка 14 содержит канал для установки поршня 12 с держателем 18, а также два штуцера 3 и 4, один из которых предназначен для залива водного раствора кислоты в верхнюю камеру, а второй - для отвода газа-фумиганта. Оба штуцера в нерабочем состоянии закрыты заглушками 17. Держатель штока 18 может быть выполнен в виде широкой удлиненной пробки из эластополимера с внутренним резьбовым отверстием для резьбового соединения со штоком 12. Шток 12 располагается внутри вертикального канала 5, сообщающего обе камеры, и содержит фиксаторы 21 (показаны на фиг.8). Фиксаторы 21 могут быть выполнены, например, в виде конической юбки из деформируемого материала. Нижняя часть вертикального канала 5 соединена с крышкой камеры 1 (фиг.7). Эта единая деталь устройства может быть выполнена из полиэтилена с использованием пресс-формы. Камера 1, содержащая смесь с фосфидом металла, закрыта крышкой 13 (фиг.7) резьбовым соединением, при этом внутренняя поверхность крышки плотно поджата к поверхности смеси с фосфидом металла. Камера 2 закрыта крышкой 14 (фиг.9), на которой расположены верхняя часть вертикального канала 5 и два резьбовых штуцера 3, 4 для отвода газа-фумиганта и для подачи раствора кислоты. Шток поршня (фиг.8) закреплен дюбельным соединением в держателе, выполненным из эластополимера (фиг.10) и расположенным в верхней части вертикального канала 5. Под поршнем в нижней части вертикального канала 5 (фиг.7) расположена герметизирующая пробка 8.
В нижнюю камеру 1 устройства (фиг.3, 5, 6) загружают смесь с фосфидом металла, в нижнюю часть вертикального канала 5 в крышке 13 размещают герметизирующую таблетку 8 (для исключения воздействия влаги воздуха на смесь с фосфидом металла) и устанавливают шток 12 (фиг.8), накручивают крышку 13 на камеру 1, затем на штуцеры 3 и 4 накручивают заглушки 17, в верхнюю часть вертикального канала 5 устанавливают сальник 22, закрывают камеру 2 крышкой 14 до ее фиксации и устанавливают держатель поршня 18 до упора (фиг.3).
При доставке на место работ открывают заглушки 17 штуцеров 3 и 4, на штуцер 3 накручивают патрубок 19 с газоотводной трубкой, а через второй штуцер в камеру 2 дозируют водный раствор кислоты (на 1,0-1,1 вес. частей смеси с фосфидом металла вводят 1,5-2,2 вес. частей водного раствора кислоты) и на штуцер 4 снова накручивают заглушку 17. Далее оператор вручную, за держатель 18, поднимает шток 12 вверх до его упора. При этом поршень фиксируется в камере 2, в крышке 14, с помощью фиксаторов 21. При подъеме и фиксировании поршня 12 выгибается полиэтиленовая крышка 13, в результате чего образуется свободный объем между ее внутренней поверхностью и поверхностью смеси с фосфидом металла (фиг.4). Через открывшиеся отверстия 7 водный раствор кислоты начинает поступать в вертикальный канал сообщения камер. При взаимодействии раствора кислоты с составом герметизирующей пробки выделяются газообразные продукты реакции и раствор кислоты вступает в реакцию со смесью с фосфидом металла, при этом происходят химические реакции с выделением газов - фосфина и диоксида углерода, которые под давлением барботируют через раствор кислоты в воздушное пространство под крышкой 14 и отводятся через газоотводную трубку в объект фумигации. Затем при снижении давления газа в камере 1 ниже давления водного раствора кислоты в камере 2 через отверстия 7 в камеру 1 снова поступает новая порция водного раствора кислоты и процесс повторяется до полной выработки смеси с фосфидом металла. Таким образом осуществляется циклический автогенерируемый процесс выработки газа-фумиганта.
Объем вырабатываемого газа регулируется открыванием или закрыванием отверстий 7 в вертикальном канале сообщения камер 5 крышки 13 камеры 1. Так, если температура окружающей среды 15°С, то достаточно 2-х открытых отверстий, если обработку проводить при температуре ниже 8°С, то необходимо открыть 3 отверстия. При этом время обработки в обоих случаях будет одинаковым. По мере выработки фосфида металла нижняя камера заполняется жидкостью и продуктами реакции.
Завершение процесса фиксируется прекращением выхода газа (нет барботажа газа через кислоту).
Средняя скорость выработки газа-фумиганта регулируется количеством боковых отверстий в вертикальном канале сообщения камер, соотношением размеров диаметра боковых отверстий в вертикальном канале и внутреннего диаметра самого вертикального канала.
Пример 1. Состав компонентов и способ осуществления соответствовали составу и способу, описанному выше. При этом соотношение диаметра бокового отверстия вертикального канала сообщения камер и внутреннего вертикального канала диаметра было выбрано равным 0,4 при двух боковых отверстиях. Средняя скорость выработки газа-фумиганта при температуре воздуха 22°С составляла 0,5 г/мин, при 10°С - 0,27 г/мин, при 30°С - 0,71 г/мин.
Пример 2. Состав компонентов и способ осуществления соответствовали составу и способу, описанному выше. При соотношении диаметра бокового отверстия вертикального канала и внутреннего диаметра вертикального канала, аналогичном примеру 1, равном 0,4, но при трех боковых отверстиях, средняя скорость выработки газа-фумиганта при температуре воздуха 22°С составляла 0,65 г/мин, при 10°С - 0,39 г/мин.
Пример 3. Состав компонентов и способ осуществления соответствовали составу и способу, описанным выше. При соотношении диаметра бокового отверстия и внутреннего диаметра вертикального канала, равном 0,2, при двух боковых отверстиях, средняя скорость выработки газа-фумиганта при температуре воздуха 22°С составляла 0,62 г/мин, при 10°С - 0,38 г/мин, при 31°С - 0,79 г/мин.
Пример 4. В два из трех реакторов при загрузке в камеры 1 смеси, содержащей фосфид алюминия, соль угольной кислоты и связующее, между крышкой камеры 1 и смесью реагентов с фосфидом алюминия разместили дезактиватор химической активности фосфида алюминия - влагоемкий силикагель в количестве 10% от веса смеси, в нижнюю часть вертикального канала сообщения камер одного из двух реакторов разместили герметизирующую пробку высотой 10 мм, в состав которой входят соль карбаминовой кислоты с целлюлозой (2%) и стеаратом магния (0,5%), в камеру 1 третьего реактора дезактиватор химической активности фосфида металла не вносили, состав герметизирующей пробки в вертикальный канал не размещали (контрольный вариант). Определили, что при отсутствии дезактиватора химической активности фосфида алюминия в камере 1 количество газа - фосфина в процессе хранения снизилось на 4% - через 6 месяцев хранения, на 7% - через 12 месяцев, на 12% - через 24 месяца хранения, в присутствии дезактиватора химической активности фосфида алюминия и герметизирующей пробки количество газа - фосфина снизилось соответственно на 0,4, 0,6 и 1,1%., в присутствии дезактиватора в камере 1, но без герметизирующей пробки, количество газа - фосфина в процессе хранения снизилось, соответственно, на 1, 2, 3, 4 и 5%. Температура окружающего воздуха при хранении реакторов -18°С, относительная влажность 75%.
Пример 5. Смесь, содержащую фосфид алюминия, поместили в камеру 1 реактора, на дно которой предварительно разместили смесь, содержащую вещество, способствующее разрыхлению смеси с фосфидом металла, содержащее 8% от веса смеси щавелевой кислоты с 2,5% парафина, в камеру 1 второго реактора дикарбоновую кислоту с гидрофобным веществом не поместили.
Определили, что при выработке газа - фосфина в то время, как в реакторе, содержащем в камере 1 вещество, способствующее разрыхлению состава смеси с фосфидом металла при завершении процесса выработки газа-фумиганта, смесь реагентов с фосфидом алюминия прореагировала с водным раствором кислоты полностью, в реакторе, не содержащем в камере 1 смеси, содержащей вещество, способствующее разрыхлению смеси с фосфидом металла, осталось неотработанной 7% смеси с фосфидом металла; время полной отработки смеси с фосфидом металла во втором реакторе в 1,15 раз больше, чем в первом.
Как видно из приведенных примеров, время выработки газа-фумиганта на заключительной стадии процесса сократилось до 40 мин, появляется возможность регулировать скорость выработки газа-фумиганта в зависимости от условий и объекта фумигации, происходит упрощение запуска устройства выработки газа-фумиганта, упрощается образование свободного объема над поверхностью смеси с фосфидом металла и конструкция устройства крепления камеры, содержащей смесь с фосфидом металла, достигается герметичность устройства. Кроме этого, достигается мобильность устройства с возможностью его сбора и зарядки на месте, где надо произвести фумигацию.