АЭРОЗОЛЬНЫЙ СОРБИРУЮЩИЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
AEROSOL SORBING AIR FILTER

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к средствам коллективной защиты, которые могут быть использованы для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей, паров молекулярного йода и его органических соединений, например в системах вентиляции воздуха на радиохимических производствах, а также в системах вентиляции судов гражданского и Военно-Морского флота с атомными реакторами.
Известен фильтр для очистки газов, содержащий сорбционно-фильтрующий композиционный материал на основе полимерных волокон и углерода. Сорбционно-фильтрующий материал - трехслойный, при этом средний слой выполнен из ультратонких перхлорвиниловых волокон, содержащих частицы активированного угля, обработанного нитратом серебра, или из активированных углеродных волокон, обработанных нитратом серебра, а внешние слои выполнены из смеси перхлорвиниловых проклеенных между собой ультратонких волокон с диаметром 5-9 и 0,5-1,2 мкм (РФ, кл. B01D 39/16, A62B 23/02, пат. №2188695 от 23.11.2000).
2
Известен фильтр для очистки воздуха от радиоактивного йода, содержащий многослойный фильтрующий элемент, при этом фильтр содержит лобовой по ходу фильтруемого воздуха слой фильтрующего элемента, выполненный из карбонизированного углеволокнистого фильтровального неимпрегнированного материала с поверхностной плотностью не менее 200 г/м, также фильтрующий элемент содержит слои, выполненные из фильтровального сорбирующего материала, содержащего частицы высокопористого сорбента, импрегнированного йодидом калия, третичным амином, нитратом серебра и/или йодидом бария в количестве не более 10%, а последний слой фильтрующего элемента по ходу очищаемого потока воздуха выполнен из тонковолокнистого материала (РФ, кл. G21F 9/02, B01D 53/68, пат. №2262758 от 24.11.2003).
Недостатками вышеописанных фильтров является использование в них сорбционно-фильтрующих материалов, содержащих частицы измельченного активированного угля и имеющих высокую поверхностную плотность углеволокнистого материала, что приводит к повышенному сопротивлению фильтра очищаемому потоку воздуха и выделению радиоактивной пыли.
Также известен фильтр для очистки газовых сред от аэрозолей, паров молекулярного йода и его соединений, содержащий корпус, снабженный средствами для входа и выхода газовой среды, в котором размещен сорбционно-фильтрующий многослойный материал в виде двух модулей, при этом первый модуль содержит слой, выполненный из высокопористого стекловолокнистого нетканого материала, слой волокнистого активированного углеродного материала и слой волокнистого углеродного импрегнированного материала. Второй модуль содержит слой из тонковолокнистой стеклобумаги или слой из нетканого волокнистого материала, полученного путем электроформования из раствора полиамида. Сорбционно-фильтрующий материал уложен в корпусе фильтра с образованием гофрированной структуры, слои в первом модуле разделены между собой сепараторами в виде сетки из металла, устойчивого к коррозии, а на входе фильтра имеется съемная вставка, содержащая слой нетканого волокнистого полиэфирного материала с диаметром волокон 10-50 мкм при толщине слоя не более 20 мм (РФ, кл. B01J 20/28, B01D 39/00, пат. №2487745 от 02.12.2011).
Недостатками описанного фильтра является громоздкость его конструкции, сложность процесса сборки фильтра из-за большого количества составляющих единиц, достаточно большое сопротивление многослойного сорбционно-фильтрующего материала.
2
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является аэрозольный сорбирующий фильтр для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений, содержащий корпус, в котором размещен фильтрующий элемент, выполненный из зигзагообразно сложенного многослойного сорбционно-фильтрующего материала с расположенными между складками разделительными сепараторами, где все слои крупноволокнистого фильтровального материала, кроме последнего по ходу потока очищаемого воздуха, содержат частицы тонкоизмельченного высокопористого сорбента диаметром 1-100 мкм в количестве 10-500 г/м, а последний слой выполнен из тонковолокнистого материала, не содержащего сорбента, а разделители-сепараторы выполнены из гофрированного алюминиевого листа (РФ, кл. B01D 39/16, G21F 9/02, пат. №2192914 от 27.12.2000). Этот фильтр принят за прототип заявляемого изобретения.
Недостатками данного фильтра являются пылевыделение из-за использования в нем тонкоизмельченного сорбента и стекловолокна, особенно в условиях эксплуатации при большой удельной скорости воздушного потока (объемной скорости воздуха на единицу фильтрующей поверхности), незащищенность открытого фильтрующего элемента от возможных механических повреждений, однократность использования фильтра.
Технический результат от использования предлагаемого фильтра заключается в отсутствии пылевыделения из-за применения материала, не содержащего частиц измельченного сорбента; в существенном продлении жизненного цикла фильтра и повышении его надежности благодаря наличию сменной кассеты, содержащей два фильтрующих элемента, защищенных корпусом кассеты; в увеличении эффективности очистки при наименьшем сопротивлении фильтра очищаемому потоку воздуха из-за выбранной композиции сорбционного-фильтрующего материала.
2
Указанный технический результат достигается предложенным фильтром для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений, корпус которого снабжен сменной кассетой с двумя фильтрующими элементами, выполненными из зигзагообразно сложенного трехслойного сорбционно-фильтрующего материала с расположенными между складками разделительными сепараторами, при этом первый слой материала по ходу воздуха выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м, второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г, а третий слой выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст., при этом соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1.
2
Отличие предлагаемого фильтра от прототипа заключается в том, что его корпус снабжен сменной кассетой с двумя фильтрующими элементами, изготовленными из трехслойного материала, в котором первый слой по ходу воздуха выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м, второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г, а третий слой выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст., при этом соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1.
Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен фильтр подобной конструкции.
На фиг. 1 изображен внешний вид фильтра, где ниже перечисленные позиции обозначают:
1 - корпус фильтра;
2 - сменную кассету;
3 - фильтрующий элемент;
4 - входной диффузор;
5 - выходной диффузор.
На фиг. 2 изображены складки трехслойного сорбционно-фильтрующего материала (1, 2, 3 - слои материала) с расположенными между складками разделительными сепараторами из гофрированного электроизоляционного картона (4),
где А - высота складки;
В - зазор между вершинами соседних складок;
С - суммарная толщина материала.
Фильтр работает следующим образом: очищаемый воздух через входной диффузор (4) поступает в кассету (2), проходит через фильтрующие элементы (3) и очищенным выходит через диффузор (5).
2
2
2
Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленный фильтр отличается тем, что первый слой выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м. Увеличение плотности выше 30 г/м приводит к увеличению сопротивления полотна потоку очищаемого воздуха, а уменьшение плотности ниже 28 г/м влияет на прочность полотна, особенно по показателю разрывной нагрузки. Назначение первого слоя - предотвратить прилипание волокон среднего слоя, выполненного из волокнистого активированного углеродного материала, к сепараторам и обеспечить свободное прохождение очищаемого воздуха, так как прилипание волокон влечет за собой повышение сопротивления.
Другое отличие состоит в том, что второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г. Статическая активность выше 220 мг/г или ниже 180 мг/г приводит к уменьшению сорбционной динамической активности материала по парам радиоактивного йода и его органических соединений.
Следующее отличие заключается в том, что третий слой выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст. Использование фильтровального картона с сопротивлением более 8 мм приводит к увеличению сопротивления фильтра, а менее 6 мм - к увеличению коэффициента проницаемости по аэрозолям (уменьшению эффективности очистки).
3
2
3
Указанная композиция трехслойного материала при большой удельной скорости воздушного потока, равной 1 дм/мин·см, обеспечивает очистку воздуха от паров радиоактивного молекулярного йода и йодистого метила с эффективностью 99,99%, от аэрозоля тонкодисперсного масляного тумана (имитирующего радиоактивный аэрозоль) с диаметром частиц 0,15 мкм и концентрацией 1250 мг/дм - 99,98%. При этом сопротивление материала составляет 902 Па.
В отличии от прототипа два фильтрующих элемента расположены в сменной кассете, которая помещена в корпусе фильтра, а каждый фильтрующий элемент выполнен из трехслойного сорбционно-фильтрующего материала, уложенного в корпусе кассеты с образованием зигзагообразной структуры, при этом соотношение высоты складки (А), зазора между вершинами соседних складок (В) и суммарной толщины материала (С) составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1, а сепараторы выполнены из гофрированного электроизоляционного картона (см. фиг. 2).
Наличие двух фильтрующих элементов увеличивает работающую поверхность сорбционно-фильтрующего материала, повышает надежность фильтра. В результате этого уменьшается сопротивление потоку воздуха и увеличивается эффективность очистки.
Соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала выбрано на основании многочисленных испытаний и, как показала практика, является оптимальным, что дает возможность размещать в единице объема сменной кассеты фильтра максимум рабочей поверхности сорбционно-фильтрующего материала при меньшем сопротивлении потоку воздуха и увеличить эффективность очистки.
При изменении этого соотношения в части увеличения зазора между вершинами соседних складок сокращается фильтрующая поверхность, что приводит к увеличению сопротивления и уменьшению эффективности очистки. При уменьшении заявленного соотношения возникает ряд технологических проблем и слипание складок, что также увеличивает сопротивление потоку воздуха.
Таким образом, предложенный аэрозольный сорбирующий фильтр для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений отличается повышенной эффективностью при незначительном сопротивлении фильтра потоку очищаемого воздуха, особенно при его больших удельных скоростях, увеличенным жизненным циклом, надежностью и отсутствием пылевыделения.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.