ФИЛЬТР-ПОГЛОТИТЕЛЬ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ
FILTER-ABSORBER FOR CLEANING AIR FROM HARMFUL IMPURITIES

Изобретение относится к области коллективных средств защиты, предназначено для очистки воздуха от отравляющих веществ и может быть использовано для поглощения вредных примесей, например, аммиака из воздуха, поступающего в замкнутое пространство.
Известен фильтрующий модуль, использующийся в установках очистки воздуха от паров вредных и токсических веществ, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в корпусе последовательно по ходу воздуха слоями сорбента и окислительно-восстановительного катализатора, а также входным и выходным отверстиями, расположенными в дне и крышке корпуса (см. пат. России RU 2172641, класс B01D 53/02, B01D 53/04 от 27.08.2001 г.).
Недостатком указанного устройства является то, что очищаемый воздух перед подачей в фильтрующий модуль должен быть нагрет до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха на величину ΔТ=5-30°, что может привести к нарушению температурного режима замкнутых пространств.
Известен фильтр-поглотитель для установок очистки воздуха от вредных и токсических примесей и аэрозолей, содержащий цилиндрический корпус с расположенными в корпусе последовательно по ходу воздуха противоаэрозольной и сорбционной ступенями очистки, а также входным и выходным отверстиями (см. пат. Германии DE 4115313 С2, класс А62В 23/04 от 22.11.2001 г).
Недостатками фильтра-поглотителя являются низкая устойчивость фильтра к динамическим нагрузкам и вибрации, повышенное сопротивление из-за большого количества входных отверстий малого диаметра. Серьезным недостатком данного устройства является также небольшое время защитного действия по парам аммиака.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является фильтр-поглотитель для установок очистки воздуха от вредных и токсических примесей и аэрозолей, содержащий цилиндрический корпус с дном и крышкой и расположенными в корпусе последовательно по ходу воздуха противоаэрозольной и сорбционной ступенями очистки, а также входным и выходным отверстиями (см. пат. России RU 2335330, класс В11D 35/01, B01D 39/04, B01D 39/06, B01D 53/00, B01D 53/04, А62В 23/00, А62В 23/04 от 22.03.2007 г.). Этот фильтр-поглотитель принят за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатками прототипа являются неудовлетворительные эффективность, ресурс работы и надежность при очистке от паров аммиака, а также наличие входного и выходного отверстий, предполагающих использование громоздких воздуховодов, что делает невозможным применение данных фильтров-поглотителей в замкнутых пространствах для очистки воздуха от паров аммиака при падающей концентрации.
Задачей предлагаемого изобретения является осуществление возможности очистки воздуха замкнутых пространств от аммиака с высокими качеством очистки, ресурсом работы и надежностью.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого фильтра-поглотителя, содержащего цилиндрический корпус с дном и крышкой, сорбирующий слой высотой 10-11 см, расположенный по всей поверхности дна, состоящий из купрамита на основе активного угля с нанесенными солями меди в пересчете на сернокислую медь (8,0±0,8)% масс. и ограниченный сверху промежуточной крышкой, а фильтр снабжен стягивающими шпильками, проходящими сквозь дно, сорбирующий слой и промежуточную крышку, при этом дно и крышки выполнены в виде перфорированных дисков с сетками.
Отличием предложенного фильтра-поглотителя является то, что для осуществления возможности очистки воздуха замкнутых пространств от аммиака сорбирующий слой высотой 10-11 см расположен по всей поверхности дна, состоит из купрамита на основе активного угля с нанесенными солями меди в пересчете на сернокислую медь (8,0±0,8)% масс. и ограничен сверху промежуточной крышкой, а фильтр снабжен стягивающими шпильками, проходящими сквозь дно, сорбирующий слой и промежуточную крышку, при этом дно и крышки выполнены в виде перфорированных дисков с сетками.
Использование указанных признаков в предложенном устройстве позволяет достичь высокого качества очистки воздуха замкнутых пространств от аммиака, повысить надежность эксплуатации изделий в экстремальных ситуациях (вибрациия при транспортировке, частый перемонтаж изделия, условия невесомости и др.), увеличить ресурс работы изделий и обойтись без воздуховодов для подачи и отведения воздушных потоков, что принципиально важно в условиях ограниченных объемов замкнутых пространств.
Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен предлагаемый фильтр-поглотитель для очистки воздуха замкнутых пространств от аммиака.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид фильтра-поглотителя, где:
1 - корпус;
2 - сорбирующий слой;
3 - дно;
4 - крышка;
5 - промежуточная крышка;
6 - стягивающие шпильки с гайками;
7, 8 - заглушки.
Корпус фильтра (1) представляет собой сварную металлическую конструкцию с отверстиями для шпилек (6) в перфорированном дне (3). На перфорированном дне корпуса закреплена сетка и насыпан сорбирующий слой (2) высотой 10-11 см. Сверху сорбирующий слой ограничен промежуточной крышкой (5) с отверстиями для шпилек, представляющей собой перфорированный диск с сеткой. Шесть шпилек проходят сквозь дно, сорбирующий слой и промежуточную крышку, на которой стягиваются гайками. Сверху корпус закрыт крышкой (4), также представляющей собой перфорированный диск с сеткой. Защита фильтра от воздействия внешней среды до эксплуатации обеспечивается резиновыми заглушками (7), (8).
Фильтр-поглотитель работает следующим образом. Загрязненный воздух поступает на всю поверхность дна, представляющего собой перфорированный диск с сеткой, проходит через сорбирующий слой, закрепленный стягивающими шпильками между дном и промежуточной крышкой, и очищенный выходит на потребление через крышку корпуса. Эксплуатация фильтра-поглотителя не требует монтажа воздуховодов в систему очистки, что является преимуществом при использовании в ограниченных герметичных пространствах.
Для повышения качества очистки воздуха с содержанием вредной примеси аммиака (20-10000) ррm и увеличения ресурса работы фильтра-поглотителя оптимальная высота сорбирующего слоя должна быть 10-11 см, а содержание солей меди в пересчете на сернокислую медь (8,0±0,8)% масс.
3
На фиг. 2 приведены результаты экспериментов, обосновывающих целесообразность выбора массового содержания солей меди на активном угле, и показана зависимость нарастания концентрации аммиака (С, мг/дм) за сорбирующим слоем от времени воздействия (τ, мин) при различном содержании солей меди на активном угле, где:
3
I - купрамит с массовым содержанием солей меди в пересчете на сернокислую медь 4,3% масс., время защитного действия от паров аммиака 10 минут, динамическая активность сорбирующего слоя 7,8 мг/дм;
3
II - купрамит с массовым содержанием солей меди в пересчете на сернокислую медь 10% масс., время защитного действия от паров аммиака 22 минуты, динамическая активность сорбирующего слоя 20 мг/дм;
3
III - купрамит с массовым содержанием солей меди в пересчете на сернокислую медь 8% масс., время защитного действия от паров аммиака 28 минут, динамическая активность сорбирующего слоя 27 мг/дм.
УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ:
уд
3
2
V=(1,0+0,3) дм/мин⋅см  - удельный расход газовоздушной смеси;
t=20±5°C - температура воздушного потока;
ϕ=75±5% - относительная влажность воздуха;
3
Со=(7,0±0,8) мг/дм - начальная концентрация аммиака.
3
В результате многочисленных экспериментов было выявлено, что наилучшими показателями обладает купрамит на основе активного угля с массовой долей меди в пересчете на сернокислую медь (8,0±0,8)% масс., при этом время защитного действия составляет 28 минут, а динамическая активность сорбирующего слоя равна 27 мг/дм. Если использовать купрамит на основе активного угля с массовой долей меди в пересчете на сернокислую медь меньше 7,2% масс., динамическая активность купрамита по аммиаку недостаточна для поглощения требуемого количества аммиака. Если использовать купрамит на основе активного угля с массовой долей меди в пересчете на сернокислую медь больше 8,8% масс., то, как выяснилось, происходит забивание пор сорбента, что ухудшает процессы хемосорбции.
3
3
3
3
В результате многочисленных исследований была подобрана высота сорбирующего слоя 10-11 см. При высоте сорбирующего слоя 3 см динамическая активность купрамита по аммиаку составляет 8,8 г/дм, при высоте сорбирующего слоя 5 см динамическая активность купрамита по аммиаку составляет 12,6 г/дм, при высоте сорбирующего слоя 10 см динамическая активность купрамита по аммиаку составляет 20,95 г/дм, при высоте слоя 11 см динамическая активность купрамита по аммиаку составляет 22,7 г/дм. Дальнейшее увеличение высоты сорбирующего слоя нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению габаритов фильтра-поглотителя и его сопротивления потоку воздуха при незначительном увеличении динамической активности по аммиаку.
Результаты испытаний купрамита по аммиаку при переменной начальной концентрации приведены в таблице. Этот опыт имитирует процесс поглощения аммиака в замкнутом пространстве при падающей концентрации аммиака и подтверждает возможность очистки воздуха с помощью фильтра-поглотителя при заданных параметрах.
УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ:
3
2
Vуд=(1,0+0,3) дм/мин⋅см - удельный расход газовоздушной смеси;
t=20±5°C - температура воздушного потока;
ϕ=75±5% - относительная влажность воздуха.
3
3
Из таблицы видно, что поглощение аммиака осуществлялось суммарно в течение 221 минуты до проскоковой концентрации на заключительной стадии, равной 0,02 мг/дм. Суммарная динамическая активность составила 26,8 г/дм.
Таким образом, предлагаемый фильтр-поглотитель позволяет с высоким качеством осуществлять очистку воздуха замкнутых пространств от аммиака, надежен в экстремальных ситуациях и имеет высокий ресурс работы.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение технического результата, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.