ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ АЭРОЗОЛЯ СЕРЫ
PYROTECHNIC COMPOSITION FOR GENERATING SULPHUR AEROSOL

Изобретение относится к пиротехнике, к методам получения аэрозолей для санитарной обработки сельскохозяйственных объектов с целью уничтожения болезнетворных организмов.
Известны различные пиротехнические составы для генерации аэрозоля серы, включающие в себя элементную серу и пиротехническую основу (Конлинг Дж.А. Химия пиротехники. Основные принципы и теория. Нью-Йорк, 1935, с.172).
Для получения аэрозоля элементной серы без заметного содержания токсичного сернистого газа в качестве пиротехнической основы обычно применяют нитроцеллюлозу (патент СРР №90560).
Недостатком составов, содержащих нитроцеллюлозу, является высокая чувствительность к механическим, тепловым и электрическим воздействиям, обусловленная наличием в них нитроцеллюлозы, что требует повышенных мер безопасности при их изготовлении, транспортировке и применении.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пиротехнический состав для генерации аэрозоля серы, включающий элементную серу, пламегасящие и стабилизирующие горение добавки, а также пиротехническую основу, в качестве которой используется смесь аммиачной селитры и угля (патент РФ № 2258056. Бюл. №22 от 10.08.2005 г.).
Однако при массовом изготовлении опытных генераторов, снаряжаемых этим составом (прототипом), выяснилось, что при использовании различных марок или даже различных партий угля зачастую происходило значительное изменение режима горения аэрозолеобразующего пиротехнического состава - от пламенного режима горения и пульсирующего до затруднений в инициировании процесса горения.
Данное обстоятельство каждый раз при переходе на новую партию или марку угля требовало дополнительной корректировки состава.
Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в увеличении стабильности горения аэрозолеобразующего состава, к упрощению и удешевлению процесса его изготовления.
Технический результат достигается тем, что в пиротехническом составе для генерации аэрозоля серы, включающем элементную серу, пламегасящие и стабилизирующие горение добавки, а также пиротехническую основу, состоящую из смеси аммиачной селитры и угля, используется уголь с определенной адсорбционной активностью.
В настоящее время известно значительное количество различных веществ, которые используются в качестве химических средств защиты, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности человека. Среди существующих средств химической защиты сера, благодаря своим уникальным свойствам, занимает особое положение, поскольку она является одним из немногих природных биологически активных веществ, сочетающих одновременно высокую безопасность и эффективность применения.
Эффективность действия серы как средства для защиты и повышения качества выращенной сельхозпродукции или другой санитарной обработки зависит, в первую очередь, от ее дисперсности. Наиболее перспективным является применение серы в виде аэрозоля. Это позволяет минимизировать расход действующих веществ и снизить их отрицательное воздействие на человека и окружающую среду. Но традиционные способы получения аэрозолей сложны, дорогостоящи и требуют непосредственного контроля со стороны человека. Наиболее просты в обращении и надежны пиротехнические генераторы аэрозолей (Аэрозоли. И.В.Петрянов-Соколов, А.Г.Сутугин. - М.: Наука, 1989. - 144 с.).
Однако далеко не всякая пиротехническая основа способна устойчиво гореть при относительно низкой температуре, равной 440-450°С (температура кипения серы), обеспечивая получение аэрозоля серы. В настоящее время в России и за рубежом считается, что наиболее целесообразно для этих целей использовать достаточно низкотемпературные пиротехнические составы на основе нитратов целлюлозы и мелкозерненых порохов (патент RU №2042658, патент RU №2124839, патент СРР №90560) (Мадякин Ф.М. Пестицидные составы на основе серы: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. / Ф.М.Мадякин, Н.А.Тихонова и др. - Казань, 2003. - с.184-192).
Но, к сожалению, практика применения таких генераторов показала, что, наряду с высокой эффективностью их действия, они обладают и рядом существенных недостатков, снижающих их потребительские качества и повышающих опасность их изготовления и применения. Это, в первую очередь, вызвано тем, что пестицидные составы, содержащие более 40% нитроцеллюлозы, обладают некоторой чувствительностью к механическим воздействиям и электрическому разряду.
В связи с этим авторами была поставлена задача разработки новой конструкции пиротехнического генератора аэрозоля серы, обладающего эффективностью порохового, но лишенного его недостатков.
В качестве пиротехнической основы аэрозолеобразующего состава была выбрана смесь аммиачной селитры и углерода, которая широко известна и применяется в пиротехнике для различных целей (суррогатные аммонийные пороха, дымовые составы и пр.) (Шидловский А.А. Основы пиротехники. / А.А.Шидловский. - М.: Машиностроение, 1973. - с.241).
Кроме снижения себестоимости состава и доступности исходных компонентов, такой состав мог бы быть более безопасным.
При работе пиротехнического генератора, снаряженного аэрозолеобразующим составом, реализуется следующий механизм получения аэрозоля серы: за счет тепла экзотермического процесса горения пиротехнической основы аэрозолеобразующего состава происходит нагрев и испарение элементной серы, пары которой затем конденсируются в аэрозоль с размером частиц менее 1 мкм. Генерация паров серы проводится в частично замкнутом объеме для того, чтобы исключить вылет аэрозоля серы с температурой более 220-250°С (температура самовоспламенения серы на воздухе) и ее последующее догорание на воздухе. Благодаря высокой дисперсности аэрозоля обеспечивается его высокая устойчивость в атмосфере, развитая реакционная поверхность и высокая биологическая активность действующего вещества.
Роль стабилизирующей температуру вылетающего аэрозоля и пламегасителя выполняет добавка сульфата аммония, который претерпевает разложение с затратами тепла при температуре 220°С и менее.
Широкое использование выбранной пиротехнической основы оказалось возможным лишь после того, как авторами был обнаружен наиболее существенный фактор, определяющий режим горения состава и его стабильность - адсорбционная активность используемого угля.
Были исследованы процессы горения смеси аммиачной селитры и различных марок угля в сочетании с большим количеством серы (около 40%). Оказалось, что в этих условиях способностью к устойчивому беспламенному горению при температуре около 450°С обладали только составы, содержащие активные угли с определенной адсорбционной активностью по бензолу (таблица). Причем устойчивость горения этих составов значительно повышалась с увеличением активности последних. Как видно из таблицы, способностью к устойчивому горению с относительно небольшим остатком шлаков (характеризует полноту сгорания состава и вылета серы за пределы фронта горения) обладают только составы на основе активных углей с динамической активностью по бензолу не менее 43 мин. Использование активного угля с динамической активностью по бензолу 120 мин и более приводит к смене режима горения - переходу беспламенного режима в пламенный.
Параметры горения аэрозолеобразующего состава, изготовленного на основе угля различных марок
Уголь
Динамическая активность угля по бензолу, мин
Массовая скорость горения состава, г/с
Масса остатка шлаков, г
Режим горения
СКТ-10
120
0,88
11
Устойчивый, пламенный
АГ-2
65
0,46
12
Устойчивый
АГ-3
43
0,32
13
Устойчивый
БАУ-А
20
0,125
15
Пульсирующий
БАУ
15
0,12
16
Пульсирующий
Древесный уголь
Менее 15
-
-
Не инициируется
Таким образом, было обнаружено, что в отличие от традиционно применяемых углей (прототип) активные угли (динамическая активность по бензолу не менее 43 мин) в смесях с нитратом аммония и серой могут формировать устойчивый фронт горения с температурой, не превышающей 440-450°С (температура кипения серы) с динамической активностью по бензолу от 40 до 100 мин. Применение активного угля с большой динамической активностью по бензолу (уголь СКТ-10) приводит к воспламенению серы и дальнейшему пламенному горению состава.
Процесс изготовления аэрозолеобразующего состава заключается в следующем. В зависимости от требуемых характеристик процесса горения состава (длительность горения, концентрация серы в аэрозоли, количество дополнительно введенного пестицида) подбирается и используется уголь с определенной динамической активностью по бензолу, и устанавливается необходимое соотношение остальных компонентов. Содержание аммиачной селитры и угля в пиротехнической основе в составе может изменяться и составлять соответственно 30-70% и 7-30%. В отличие от прототипа подбор марки и партии угля при изготовлении предлагаемого состава не требует его длительной корректировки.
Опыт практического применения пиротехнического состава на основе активных углей с определенной динамической активностью при санитарно-гигиенической обработке различных объектов подтверждает его большую стабильность работы, безопасность, эффективность и меньшую стоимость по сравнению с прототипом.