СПОСОБ НАПОЛНЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА ТОНКОИЗМЕЛЬЧЕННЫМ СОРБЕНТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК A62B7/10 A62B23/02 

Изобретения относятся к области производства сорбционно-фильтрующих материалов и преимущественно могут быть использованы при изготовлении средств индивидуальной защиты органов дыхания для очистки воздуха от содержащихся в нем газов и паров, прежде всего, сорбционно-фильтрующих элементов облегченных респираторов, а также газовых аналитических фильтров.

Среди способов наполнения фильтрующих материалов тонкоизмельченным сорбентом известны способы изготовления сорбционно-фильтрующих материалов для облегченных респираторов серии "Лепесток" (Технологическая инструкция по производству сорбционно-фильтрующих респираторов "Лепесток-В". ТИ АД. 14.01-86. - Силламяэ, Эстонская ССР, 1986. Александров Л.А. Установка напыления сорбента. Информационный лист о научно-техническом достижении №87-2362. - М.: ВИМИ, 1987. "Лепесток" (Легкие респираторы) / Петрянов И.В. и др. - М.: Наука, 1984, с.187-188, 193-195), которые в общей для них части включают раскрой волокнистого фильтрующего материала типа ФП (фильтр Петрянова) и пропитанной марли на круги-заготовки, комплектование сорбционно-фильтрующего материала путем наложения на круг-заготовку из волокнистого фильтрующего материала круга-заготовки из пропитанной марли и нанесение пылевидного сорбента путем пропускания через образованную заготовку сорбционно-фильтрующего материала потока пылевоздушной смеси.

Поскольку, согласно закону фильтрации, при пропускании пылевоздушной смеси через заготовку волокнистого материала частицы пылевидного сорбента осаждаются на волокнах и располагаются в его слое так, что их концентрация убывает по экспоненциальной зависимости по мере увеличения глубины их проникновения в слой, причем крутизна этой зависимости увеличивается с возрастанием сопротивления воздушному потоку материала, частицы пылевидного сорбента недостаточно проникают вглубь заготовки материала. Происходящая при напылении в соответствии с данными известными способами нагартовка частиц сорбента на внешней по отношению к движущейся пылевоздушной смеси поверхности заготовки материала препятствует дальнейшему наполнению его пылевидным сорбентом. Это не дает возможности получить достаточно протяженный слой пылевидного сорбента в объеме сорбционно-фильтрующего материала и ограничивает количество вносимого в него сорбента, не позволяя получить поверхностную плотность сорбента (масса сорбента, приходящаяся на единицу площади сорбционно-фильтрующего материала) более 4-5 мг/см². При этом частицы пылевидного сорбента, недостаточно глубоко проникшие в слой сорбционно-фильтрующего материала и недостаточно прочно осевшие на его волокнах, в процессе изготовления, транспортировки и хранения респиратора высыпаются, что еще более уменьшает поверхностную плотность сорбента. Кроме того, данные известные способы не обеспечивают равномерности нанесения пылевидного сорбента на заготовку сорбционно-фильтрующего материала. В результате всех этих причин оказываются недостаточными сорбционная емкость изготовленного сорбционно-фильтрующего материала и время защитного действия, которое ограничивается 6-8 часами.

Известен способ получения сорбционно-фильтрующего материала по патенту Российской Федерации №2114681 C1, 1998, B 01 D 39/00, В 32 В 31/06, G 21 F 1/12, который включает продувание воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом через волокнистый материал при наложении на слой волокнистого материала или на поток воздуха знакопеременной пульсирующей вибрации, создаваемой соответственно механическим вибратором или пульсатором давления.

Использование в данном известном способе наложения на слой заготовки волокнистого материала или на поток воздуха знакопеременной пульсирующей вибрации препятствует нагартовке частиц тонкоизмельченного сорбента на поверхности заготовки материала, внешней по отношению к движущемуся потоку воздуха с распыленным сорбентом, и поэтому способствует более глубокому проникновению частиц тонкоизмельченного сорбента в слой получаемого сорбционно-фильтрующего материала. Как указано в описании данного изобретения, это позволяет увеличить с 2 до 3-7 мг/см² поверхностную плотность сорбента в сорбционно-фильтрующем материале, получаемом на основе волокнистого полимерного фильтрующего материала типа ФПП-70-0,3, и поэтому увеличить его сорбционную емкость и время защитного действия респиратора на его основе.

Однако указанные значения поверхностной плотности сорбента в сорбционно-фильтрующем материале являются недостаточно высокими. Как и при использовании вышеописанных способов, частицы тонкоизмельченного сорбента все же недостаточно глубоко проникают в слой сорбционно-фильтрующего материала и недостаточно прочно осаждаются на его волокнах, что приводит к их высыпанию в процессе изготовления, транспортировки и хранения респиратора и еще большему уменьшению поверхностной плотности сорбента. Кроме того, данный известный способ, как и все вышеперечисленные аналоги, не обеспечивает равномерности нанесения пылевидного сорбента на заготовку сорбционно-фильтрующего материала. Это существенно ограничивает сорбционную емкость сорбционно-фильтрующего материала и время защитного действия респиратора на его основе.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям к предлагаемому способу наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом следует считать способ изготовления фильтра облегченных сорбционно-фильтрующих респираторов по патенту Российской Федерации №2053820 С1, 1996, А 62 В 7/10, А 62 В 18/02.

Указанный известный способ, выбранный за прототип, включает раскрой фильтрующего материала на круги-заготовки, комплектование фильтра путем наложения на круги-заготовки из фильтрующего материала кругов-заготовок из пропитанной марли, нанесение пылевидного сорбента на образованную заготовку фильтра путем пропускания через заготовку фильтра пылевоздушной смеси, электризованной и закрученной в вихревом потоке при давлении 0,10-0,15 МПа, и воздействия на заготовку фильтра со стороны, противоположной направлению пылевоздушного потока, пульсирующим перепадом давления с частотой 700-1000 импульсов в минуту.

В указанном известном способе изготовления фильтра облегченных сорбционно-фильтрующих респираторов, выбранном для заявляемого способа в качестве прототипа, использование нанесения пылевидного сорбента на образованную заготовку фильтра при воздействии на заготовку фильтра со стороны, противоположной направлению пылевоздушного потока, пульсирующим перепадом давления также препятствует нагартовке частиц пылевидного сорбента на поверхности заготовки фильтра со стороны движения пылевоздушного потока и поэтому способствует более глубокому и равномерному распределению частиц пылевидного сорбента в слое получаемого фильтра. Электризация частиц пылевидного сорбента и закручивание пылевоздушной смеси в вихревом потоке способствуют не только более глубокому проникновению частиц пылевидного сорбента вглубь заготовки фильтра, но и более прочному осаждению их на волокнах заготовки фильтра, что препятствует их высыпанию при изготовлении, транспортировке и хранении респиратора. Как следует из материалов описания данного изобретения, относительное отклонение от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала, изготовленного на основе волокнистого полимерного фильтрующего материала типа ФПП-70-0,5 в соответствии с данным известным способом не превышает ±(10-24)%.

Вместе с тем, практика промышленного использования данного известного способа изготовления фильтра облегченных сорбционно-фильтрующих респираторов показала, что указанные значения относительного отклонения от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала могут быть достигнуты при наполнении тонкоизмельченным сорбентом только сравнительно тонких слоев волокнистых полимерных фильтрующих материалов, подобных фильтрующему материалу типа ФПП-70-0,5, но обладающих, как и данный материал, сравнительно большим сопротивлением воздушному потоку, равным 5 Па, при скорости воздушного потока 1 см/с. При этом не удается получить поверхностную плотность сорбента более 5-7 мг/см², что существенно ограничивает сорбционную емкость получаемого сорбционно-фильтрующего материала и следовательно время защитного действия респиратора на его основе.

Однако при наполнении тонкоизмельченным сорбентом слоев волокнистых полимерных фильтрующих материалов большей толщины, позволяющих получать более высокую поверхностную плотность сорбента, но имеющих небольшие значения сопротивления воздушному потоку, таких значений относительного отклонения от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала данным известным способом получить не удается. В этих случаях относительное отклонение от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала может достигать 30-50%, что приводит к снижению времени защитного действия респиратора на его основе.

При этом получению высокой равномерности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала препятствует то обстоятельство, что при формировании потока пылевоздушной смеси в соответствии с известным способом в нем возникают сквозные воздушные каналы с пониженным содержанием тонкоизмельченного сорбента, приводящие к неоднородности потока пылевоздушной смеси как по его поперечному сечению, так и вдоль него. Кроме того, в процессе наполнения по мере расходования загруженного в камеру напыления тонкоизмельченного сорбента его концентрация в потоке пылевоздушной смеси уменьшается и становится более неравномерной по его поперечному сечению, что приводит к неравномерности как поверхностной плотности сорбента по поверхности, так и концентрации сорбента по глубине слоя одной отдельно взятой заготовки сорбционно-фильтрующего материала, а также к различиям поверхностной плотности сорбента нескольких заготовок, наполненных сорбентом последовательно во времени. Это приводит к снижению времени защитного действия сорбционно-фильтрующего материала и нестабильности качественных показателей респиратора на его основе.

Получению сорбционно-фильтрующего материала с более высокой поверхностной плотностью сорбента при использовании данного известного способа препятствует то, что при пропускании пылевоздушной смеси через заготовку волокнистого материала частицы пылевидного сорбента осаждаются на волокнах и располагаются в его слое так, что их концентрация убывает по экспоненциальной зависимости по мере увеличения глубины их проникновения в слой. С одной стороны, это не дает возможности получить достаточно протяженный слой пылевидного сорбента в объеме сорбционно-фильтрующего материала и ограничивает количество вносимого в него сорбента, а значит и поверхностную плотность сорбента. С другой стороны, это приводит к тому, что большинство частиц пылевидного сорбента оказываются сконцентрированными в поверхностном слое заготовки волокнистого материала. В результате такие частицы пылевидного сорбента, которые недостаточно глубоко проникли в слой сорбционно-фильтрующего материала и поэтому недостаточно прочно закрепились на его волокнах, в процессе изготовления, транспортировки и хранения респиратора высыпаются, что приводит к уменьшению поверхностной плотности сорбента в его сорбционно-фильтрующем материале. Все это ограничивает сорбционную емкость и следовательно время защитного действия сорбционно-фильтрующего материала, получаемого с использованием выбранного за прототип известного способа.

Поэтому недостатком выбранного за прототип способа изготовления фильтра облегченных сорбционно-фильтрующих респираторов является ограниченность сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала, что обусловлено низким значением поверхностной плотности сорбента и недостаточной ее равномерностью.

Среди устройств для наполнения фильтрующих материалов тонкоизмельченным сорбентом известна установка для осуществления способа получения сорбционно-фильтрующего материала по патенту Российской Федерации №2114681 С1, 1998, B 01 D 39/00, В 32 В 31/06, G 21 F 1/12, которая содержит вентилятор, камеру напыления с распылителем, бункер с сорбентом, лентопротяжный механизм для протягивания волокнистой ленты-заготовки через камеру напыления, вспомогательные фильтры очистки, а также механический вибратор или пульсатор давления.

Использование в данной известной установке механического вибратора или пульсатора давления для наложения на слой заготовки волокнистого материала или на поток воздуха знакопеременной пульсирующей вибрации при напылении препятствует нагартовке частиц тонкоизмельченного сорбента на поверхности заготовки волокнистого материала, внешней по отношению к движущемуся потоку воздуха с распыленным сорбентом, и поэтому способствует более глубокому проникновению частиц тонкоизмельченного сорбента в слой получаемого сорбционно-фильтрующего материала. Как указано в описании данного изобретения, это позволяет увеличить с 2 до 3-7 мг/см² поверхностную плотность сорбента в сорбционно-фильтрующем материале, получаемом на основе волокнистого полимерного фильтрующего материала типа ФПП-70-0,3, и поэтому увеличить его сорбционную емкость и время защитного действия.

Однако указанные значения поверхностной плотности сорбента в сорбционно-фильтрующем материале являются недостаточно высокими. Это объясняется тем, что частицы тонкоизмельченного сорбента все же недостаточно глубоко проникают в слой волокнистого материала и недостаточно прочно осаждаются на его волокнах, что приводит к их высыпанию в процессе изготовления, транспортировки и хранения респиратора и еще большему уменьшению поверхностной плотности сорбента. Кроме того, данная известная установка не обеспечивает равномерности нанесения пылевидного сорбента на заготовку волокнистого материала. Все это существенно ограничивает сорбционную емкость и время защитного действия сорбционно-фильтрующего материала.

Наиболее близкой по конструкции и выполняемым функциям к предлагаемому устройству для осуществления заявляемого способа наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом следует считать установку напыления сорбента, которая использована при осуществлении способа изготовления фильтра облегченных сорбционно-фильтрующих респираторов по патенту Российской Федерации №2053820 С1, 1996, А 62 В 7/10, А 62 В 18/02 и рассмотрена в описании изобретения к данному патенту.

Указанная известная установка напыления сорбента, выбранная за прототип для предлагаемого устройства, содержит камеру приготовления пылевоздушной смеси с электродом внутри ее и отверстием в дне для подачи воздуха, установленное над камерой приготовления пылевоздушной смеси прижимно-пульсирующее устройство в виде цилиндра с пульсирующим поршнем и прижимным цилиндром, а также расположенную между камерой приготовления пылевоздушной смеси и прижимно-пульсирующим устройством кассету для закрепления заготовки фильтра.

В указанной известной установке напыления сорбента, выбранной в качестве прототипа заявляемого устройства, наличие установленного над камерой прижимно-пульсирующего устройства в виде цилиндра с пульсирующим поршнем и прижимным цилиндром при нанесении пылевидного сорбента на образованную заготовку фильтра обеспечивает воздействие на заготовку фильтра со стороны, противоположной направлению пылевоздушного потока, пульсирующим перепадом давления и поэтому препятствует нагартовке частиц пылевидного сорбента на поверхности заготовки фильтра со стороны движения пылевоздушного потока. Это способствует более глубокому и равномерному распределению частиц пылевидного сорбента в слое получаемого фильтра. Снабжение камеры приготовления пылевоздушной смеси данной известной установки электродом обеспечивает при напылении электризацию частиц пылевидного сорбента и закручивание пылевоздушной смеси в вихревом потоке, что способствует не только более глубокому проникновению частиц пылевидного сорбента вглубь заготовки фильтра, но и более прочному осаждению их на волокнах заготовки фильтра, препятствующему их высыпанию при изготовлении, транспортировке и хранении респиратора. Как следует из материалов описания данного изобретения, относительное отклонение от номинального значения поверхностной плотности сорбента по площади фильтра, изготовленного на основе волокнистого полимерного фильтрующего материала типа ФПП-70-0,5 с использованием данной известной установки напыления сорбента, не превышает ±(10-24)%.

Однако указанные значения относительного отклонения от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала могут быть достигнуты при наполнении тонкоизмельченным сорбентом с помощью данной известной установки только сравнительно тонких слоев волокнистых полимерных фильтрующих материалов, подобных фильтрующему материалу типа ФПП-70-0,5, но обладающих, как и данный материал, сравнительно большим сопротивлением воздушному потоку, равным 5 Па, при скорости воздушного потока 1 см/с. При этом не удается получить поверхностную плотность сорбента более 5-7 мг/см², что существенно ограничивает сорбционную емкость получаемого сорбционно-фильтрующего материала и следовательно время его защитного действия.

В случае наполнения тонкоизмельченным сорбентом волокнистых полимерных фильтрующих материалов большей толщины, позволяющих получать более высокую поверхностную плотность сорбента, но имеющих небольшие значения сопротивления воздушному потоку, таких значений относительного отклонения от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала с помощью этой установки получить не удается. В этом случае относительное отклонение от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала может достигать 30-50%, что приводит к снижению времени его защитного действия.

Получению высокой равномерности поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала препятствует то обстоятельство, что при формировании потока пылевоздушной смеси данной известной установкой посредством подачи воздуха через одно отверстие в плоском дне камеры приготовления пылевоздушной смеси в потоке пылевоздушной смеси возникают сквозные воздушные каналы с пониженным содержанием тонкоизмельченного сорбента, приводящие к неоднородности потока пылевоздушной смеси как по его поперечному сечению, так и вдоль него. При этом одно отверстие в дне камеры приготовления пылевоздушной смеси не позволяет сформировать ламинарный воздушный поток. Сформированный таким отверстием в плоском дне камеры воздушный поток будет эффективно захватывать и переносить к заготовке волокнистого материала частицы тонкоизмельченного сорбента, которые расположены вблизи центра дна камеры, и практически не захватывать частицы, расположенные на периферии дна камеры. Кроме того, в процессе напыления по мере расходования загруженного на плоское дно камеры приготовления пылевоздушной смеси тонкоизмельченного сорбента его концентрация в потоке пылевоздушной смеси уменьшается и становится более неравномерной по его поперечному сечению, что приводит к неравномерности как поверхностной плотности сорбента по поверхности, так и концентрации сорбента по глубине слоя одной отдельно взятой заготовки сорбционно-фильтрующего материала, а также к различиям поверхностной плотности сорбента нескольких заготовок, наполненных сорбентом последовательно во времени. Это приводит к снижению времени защитного действия сорбционно-фильтрующего материала.

Получению сорбционно-фильтрующего материала с более высокой поверхностной плотностью сорбента при использовании данного известной установки напыления сорбента препятствует то, что при пропускании пылевоздушной смеси через заготовку волокнистого материала частицы пылевидного сорбента осаждаются на волокнах и располагаются в его слое так, что их концентрация убывает по экспоненциальной зависимости по мере увеличения глубины их проникновения в слой. С одной стороны, это не дает возможности получить достаточно протяженный слой пылевидного сорбента в объеме сорбционно-фильтрующего материала и ограничивает количество вносимого в него сорбента, а значит и поверхностную плотность сорбента. С другой стороны, это приводит к тому, что большинство частиц пылевидного сорбента оказываются сконцентрированными в поверхностном слое заготовки сорбционно-фильтрующего материала. В результате такие частицы пылевидного сорбента, которые недостаточно глубоко проникли в слой сорбционно-фильтрующего материала и поэтому недостаточно прочно закрепились на его волокнах, в процессе изготовления, транспортировки и хранения респиратора высыпаются, что приводит к уменьшению поверхностной плотности сорбента в его сорбционно-фильтрующем материале. Все это ограничивает сорбционную емкость и следовательно время защитного действия сорбционно-фильтрующего материала, получаемого с использованием выбранной за прототип известной установки напыления сорбента.

Поэтому недостатком выбранной за прототип установки напыления сорбента является ограниченность сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала, что обусловлено низким значением поверхностной плотности сорбента и недостаточной ее равномерностью.

Задачей одного изобретения является создание способа наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, который обеспечивает повышение сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала, достигаемое за счет увеличения поверхностной плотности сорбента и повышения ее равномерности.

Задачей другого изобретения является создание устройства наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом для осуществления заявляемого способа, которое обеспечивает повышение сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала, достигаемое за счет увеличения поверхностной плотности сорбента и повышения ее равномерности.

Поставленная задача решается, согласно одному изобретению, тем, что в предлагаемом способе наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, включающем в соответствии с прототипом формирование потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом и пропускание его через фильтрующий материал, согласно изобретению для формирования потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом формируют виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента и пропускают поток воздуха через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента. При этом пропускание через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом выполняют при скорости воздушного потока 0,15-0,90 м/с, тонкоизмельченный сорбент размещают на газораспределительной решетке, формирование виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента выполняют путем вибрации газораспределительной решетки с частотой 15-50 Гц и амплитудой 0,5-3,0 мм, пропускаемый через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента поток воздуха формируют газораспределительной решеткой с производительностью по воздуху 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, используют волокнистый фильтрующий материал с воздухопроницаемостью 220-390 дм³/(м²с), используют тонкоизмельченный сорбент с размером частиц 3-70 мкм, при пропускании через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом воздействуют на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 1-30 Гц и относительным изменением давления 0,4-0,9, а после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускают через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 0,3-1,5 м/с в течение 3-10 с в направлении, совпадающем с направлением движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом.

Использование для формирования потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом формирования виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента, например, посредством размещения тонкоизмельченного сорбента на газораспределительной решетке и вибрации газораспределительной решетки с частотой 15-50 Гц и амплитудой 0,5-3,0 мм обеспечивает получение однородного виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента с равномерным распределением концентрации частиц сорбента в объеме виброкипящего слоя. При этом вибрация частиц тонкоизмельченного сорбента в слое препятствует возникновению сквозных воздушных каналов с пониженной концентрацией частиц сорбента, снижает вязкость потока пылевоздушной смеси и способствует сегрегации частиц сорбента. Это обеспечивает более равномерное распределение частиц сорбента и получение более однородного воздушного потока как по его поперечному сечению, так и вдоль него. Формирование виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента обеспечивает при этом сохранение равномерности распределения частиц сорбента в воздушном потоке при изменении количества загруженного сорбента в камере по мере его расходования, что приводит к большей равномерности как поверхностной плотности сорбента по поверхности, так и концентрации сорбента по глубине слоя одной отдельно взятой заготовки сорбционно-фильтрующего материала, а также к уменьшению различий поверхностной плотности сорбента нескольких заготовок, наполненных сорбентом последовательно во времени. Все это обеспечивает повышение равномерности поверхностной плотности сорбента как по поверхности сорбционно-фильтрующего материала, так и в его объеме не только одной отдельно взятой заготовки, но и нескольких заготовок, наполненных сорбентом последовательно во времени, и поэтому приводит к увеличению времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Кроме того, формирование виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента обеспечивает более эффективный захват частиц сорбента потоком воздуха, а вибрация частиц сорбента в пылевоздушном потоке - более интенсивное и поэтому более глубокое проникновение их в слой фильтрующего материала и более прочное осаждение на его волокнах. Это обеспечивает, во-первых, возможность наполнения сорбентом фильтрующих материалов большей толщины и получение более высокой поверхностной плотности сорбента, а, во-вторых, препятствует высыпанию частиц сорбента в процессе изготовления, транспортировки и хранения респиратора. Этим обеспечивается повышение сорбционной емкости и времени защитного действия сорбционно-фильтрующего материала.

Приведенные выше параметры, характеризующие вибрационные колебания газораспределительной решетки, получены авторами изобретения опытным путем, определяются размером частиц и плотностью используемого сорбента и являются наиболее приемлемыми. Для используемых заявителем сорбентов при частоте и амплитуде вибрации менее соответственно 15 Гц и 0,5 мм не удается получить однородный виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента, в результате чего весьма незначительно повышается по сравнению с известным способом поверхностная плотность сорбента и равномерность его напыления. Использование вибрации с частотой и амплитудой более соответственно 50 Гц и 3,0 мм нецелесообразно, поскольку поверхностная плотность сорбента и равномерность его напыления практически перестают повышаться, а энергопотребление и конструктивная сложность реализующего способ устройства существенно возрастают.

Использование пропускания через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента потока воздуха, сформированного газораспределительной решеткой с производительностью по воздуху, например, 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, обеспечивает формирование ламинарного воздушного потока, который обладает высокой однородностью как по всему поперечному сечению камеры напыления и следовательно виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента, так и вдоль направления движения воздушного потока. Это обеспечивает эффективный и не изменяющийся во времени захват частиц сорбента и перенос их к наполняемому фильтрующему материалу, что приводит к повышению равномерности поверхностной плотности сорбента как по поверхности сорбционно-фильтрующего материала, так и в его объеме не только одной отдельно взятой заготовки фильтрующего материала, но и нескольких заготовок, наполненных сорбентом последовательно во времени, обеспечивая увеличение времени его защитного действия.

Указанная выше необходимая производительность по воздуху, характеризующая используемую газораспределительную решетку, зависит от размеров частиц и плотности напыляемого сорбента, получена авторами изобретения опытным путем и является наиболее приемлемой. Для используемых заявителем сорбентов применение газораспределительной решетки с производительностью по воздуху менее 10 м³/мин приведет к снижению поверхностной плотности сорбента, наполняющего фильтрующий материал, и увеличению длительности процесса наполнения, а использование газораспределительной решетки с производительностью по воздуху более 150 м³/мин не позволит получить достаточно однородный поток воздуха, что препятствует достижению высокой равномерности поверхностной плотности сорбента по поверхности фильтрующего материала.

Осуществление пропускания через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом при скорости воздушного потока 0,15-0,90 м/с обеспечивает, с одной стороны, эффективный захват частиц сорбента потоком воздуха и его ламинарность, а с другой стороны, достаточно глубокое проникновение частиц сорбента вглубь слоя фильтрующего материала.

Указанная выше необходимая скорость воздушного потока с тонкоизмельченным сорбентом зависит от воздухопроницаемости фильтрующего материала, размеров частиц и плотности напыляемого сорбента, получена авторами изобретения опытным путем и является наиболее приемлемой. Для используемых заявителем фильтрующих материалов и сорбентов при пропускании через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом со скоростью воздушного потока менее 0,15 м/с процесс захвата частиц сорбента потоком воздуха будет недостаточно эффективным, что приведет к снижению поверхностной плотности сорбента в получаемом сорбционно-фильтрующем материале и увеличению длительности процесса напыления. Пропускание через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом со скоростью воздушного потока более 0,90 м/с не позволяет получить ламинарный поток воздуха с равномерным распределением в нем частиц сорбента, что препятствует достижению высокой равномерности поверхностной плотности сорбента по поверхности получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Использование для напыления фильтрующего материала со сравнительно высокой воздухопроницаемостью, составляющей 220-390 дм³/(м²с), обеспечивает более глубокое проникновение большего количества частиц сорбента в слой фильтрующего материала, что приводит к увеличению поверхностной плотности сорбента и следовательно повышению сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала. Применение фильтрующего материала с воздухопроницаемостью, меньшей указанной, не позволяет получить высокой поверхностной плотности сорбента и приводит к существенному возрастанию сопротивления воздушному потоку получаемого сорбционно-фильтрующего материала, что недопустимо в случае применения его в легких сорбционно-фильтрующих респираторах. Использование фильтрующего материала с воздухопроницаемостью, большей указанной, не обеспечивает удовлетворительного осаждения частиц сорбента на его волокнах, что будет приводить к его высыпанию в процессе изготовления, хранения и транспортировки респиратора на основе получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Применение при пропускании через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом воздействия на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 1-30 Гц и относительным изменением давления 0,4-0,9, вызывает, во-первых, отделение от фильтрующего материала нагартованного на его поверхности, внешней по отношению к движущемуся потоку пылевоздушной смеси, слоя тонкоизмельченного сорбента, препятствующего дальнейшему проникновению частиц сорбента в слой фильтрующего материала. Во-вторых, такое воздействие вызывает вибрационные колебания фильтрующего материала, что способствует более глубокому проникновению в его слой частиц тонкоизмельченного сорбента и более прочному осаждению этих частиц на его волокнах. Это обеспечивает увеличение количества вносимого в фильтрующий материал сорбента и поэтому приводит к повышению поверхностной плотности сорбента, увеличению сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Применение после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускания через фильтрующий материал потока воздуха со скоростью воздушного потока 0,3-1,5 м/с в течение 3-10 с в направлении, совпадающем с направлением движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, обеспечивает дальнейшее еще более глубокое проникновение частиц сорбента вглубь слоя фильтрующего материала, что способствует более прочному закреплению частиц сорбента на волокнах фильтрующего материала и препятствует их высыпанию при изготовлении, транспортировке и хранении респиратора. Этим также обеспечивается получение высоких поверхностной плотности сорбента, сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Указанные скорость пропускаемого через фильтрующий материал воздушного потока и интервал времени его пропускания определены авторами изобретения экспериментально, зависят от толщины и воздухопроницаемости фильтрующего материала, размеров частиц и плотности напыляемого сорбента и являются наиболее приемлемыми. При меньших значениях скорости воздушного потока и времени его пропускания не обеспечивается достаточно глубокое проникновение частиц сорбента вглубь слоя фильтрующего материала и прочное закрепление на его волокнах. При значениях скорости воздушного потока и времени его пропускания, больших максимальных значений указанных диапазонов, происходит высыпание частиц сорбента с противоположной стороны фильтрующего материала, что возникает, прежде всего, при наполнении тонких фильтрующих материалов, обладающих высокой воздухопроницаемостью.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи предлагаемого изобретения благодаря наличию у предлагаемого способа наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом перечисленных отличительных признаков.

Поставленная задача решается, согласно другому изобретению, тем, что предлагаемое устройство наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, содержащее, в соответствии с прототипом, камеру напыления с отверстием для подачи сжатого воздуха, установленную на камере напыления кассету для заготовки фильтрующего материала, прижимной цилиндр с приводом, установленный на камере напыления с возможностью зажима кассеты для заготовки фильтрующего материала, и пульсирующий поршень с приводом, установленный в прижимном цилиндре с возможностью осевого перемещения, согласно изобретению снабжено вибровозбудителем, бункером для тонкоизмельченного сорбента с отверстием для подачи сжатого воздуха, установленным на камере напыления с возможностью вибрационного колебания и находящимся во взаимодействии с вибровозбудителем, и газораспределительной решеткой для размещения тонкоизмельченного сорбента, установленной в бункере для тонкоизмельченного сорбента между отверстием для подачи сжатого воздуха и камерой напыления. При этом устройство снабжено газораспределительной решеткой с производительностью по воздуху 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, в прижимном цилиндре выполнено отверстие, прижимной цилиндр снабжен установленным в отверстии вытяжным вентилятором и манометром, установленным с возможностью измерения давления воздуха внутри прижимного цилиндра, а отверстие для подачи сжатого воздуха в камере напыления выполнено между бункером для тонкоизмельченного сорбента и кассетой для заготовки фильтрующего материала.

Снабжение предлагаемого устройства наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом вибровозбудителем, бункером для тонкоизмельченного сорбента, установленным на камере напыления с возможностью вибрационного колебания и находящимся во взаимодействии с вибровозбудителем, и газораспределительной решеткой для размещения тонкоизмельченного сорбента, установленной в бункере для тонкоизмельченного сорбента, дает возможность возбудить вибрационные колебания газораспределительной решетки и передать их размещенным на газораспределительной решетке частицам тонкоизмельченного сорбента. Это позволяет сформировать тем самым виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента. Использование же при наполнении фильтрующего материала виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента, как это было подробно обосновано при описании сущности предлагаемого способа наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, обеспечивает повышение поверхностной плотности сорбента и ее равномерности, приводящее к увеличению сорбционной емкости и времени защитного действия сорбционно-фильтрующего материала.

Снабжение предлагаемого устройства нанесения на фильтрующий материал тонкоизмельченного сорбента бункером для тонкоизмельченного сорбента с отверстием для подачи сжатого воздуха и газораспределительной решеткой для размещения тонкоизмельченного сорбента, установленной в бункере для тонкоизмельченного сорбента между отверстием для подачи сжатого воздуха и камерой напыления и имеющей производительность по воздуху, например, 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, позволяет сформировать ламинарный воздушный поток и пропустить его через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента. Как это было более подробно обосновано при описании сущности предлагаемого способа наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, использование при наполнении фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом пропускаемого через его виброкипящий слой ламинарного воздушного потока обеспечивает повышение равномерности поверхностной плотности сорбента как по поверхности получаемого сорбционно-фильтрующего материала, так и в его объеме не только одной отдельно взятой заготовки фильтрующего материала, но и нескольких заготовок, наполненных сорбентом последовательно во времени, чем обеспечивается увеличение времени защитного действия сорбционно-фильтрующего материала.

При этом выполнение в прижимном цилиндре отверстия и снабжение прижимного цилиндра установленным в отверстии вытяжным вентилятором позволяет создать разрежение во внутренней полости прижимного цилиндра, которое способствует более глубокому проникновению частиц тонкоизмельченного сорбента в слой фильтрующего материала и поэтому приводит к увеличению поверхностной плотности сорбента, сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Выполнение в камере напыления отверстия для подачи сжатого воздуха между бункером для тонкоизмельченного сорбента и кассетой для заготовки фильтрующего материала позволяет после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом осуществлять пропускание через фильтрующий материал потока воздуха в направлении, совпадающем с направлением движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, что обеспечивает дальнейшее еще более глубокое проникновение частиц сорбента вглубь слоя фильтрующего материала, способствует более прочному закреплению частиц сорбента на волокнах фильтрующего материала и препятствует их высыпанию при изготовлении, транспортировке и хранении респиратора. Этим также обеспечивается получение высоких поверхностной плотности сорбента, сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала.

Снабжение прижимного цилиндра манометром, установленным с возможностью измерения давления воздуха внутри прижимного цилиндра, позволяет после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом при пропускании через фильтрующий материал потока воздуха определять давление воздуха после прохождения потока воздуха через заготовку фильтрующего материала. Это позволяет на основании разности давлений воздуха в камере напыления и во внутренней полости прижимного цилиндра, а также известного сопротивления воздушному потоку используемого фильтрующего материала косвенно определять поверхностную плотность сорбента, наполняющего фильтрующий материал, и поэтому судить о необходимости завершения процесса наполнения.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи предлагаемого изобретения благодаря наличию у предлагаемого устройства наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом перечисленных отличительных признаков.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежом, на котором показана схема устройства наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом.

Предлагаемый способ наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом в целях получения сорбционно-фильтрующего материала для легких респираторов осуществляют следующим образом:

- фильтрующий материал, например полимерный или углеродный волокнистый фильтрующий материал с воздухопроницаемостью 220-390 дм³(м²с) и толщиной 0,5-5,0 мм, раскраивают на заготовки, например, в виде круга диаметром 180-200 мм и устанавливают заготовку в камеру напыления;

- размещают на газораспределительной решетке, обладающей производительностью по воздуху, например, 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, тонкоизмельченный сорбент с размером частиц в диапазоне 3-70 мкм;

- формируют виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента посредством вибрации газораспределительной решетки с частотой 15-50 Гц и амплитудой 0,5-3,0 мм;

- формируют газораспределительной решеткой поток воздуха и пропускают его сначала через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента, а затем через заготовку фильтрующего материала со скоростью воздушного потока 0,15-0,90 м/с в течение 3-30 с, наполняя фильтрующий материал тонкоизмельченным сорбентом до достижения поверхностной плотности сорбента 5-25 мг/см²;

- одновременно воздействуют на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 1-30 Гц и относительным изменением давления 0,4-0,9;

- после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускают через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 0,3-1,5 м/с в течение 3-10 с в направлении, совпадающем с направлением движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом.

В результате получают сорбционно-фильтрующий материал с сопротивлением воздушному потоку 10-80 Па при скорости воздушного потока 1 см/с, поверхностной плотностью сорбента 5-25 мг/см² и относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 8-18%.

Возможности применения предлагаемого способа наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом для изготовления сорбционно-фильтрующих материалов для легких респираторов и аналитических фильтров иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1.

Полимерный волокнистый фильтрующий материал типа ФПП-70-0,3 с воздухопроницаемостью 220 дм³/(м²с), диаметром волокон около 7 мкм и толщиной 1 мм наполняли активированным углем марки ОУА с размером частиц 3-5 мкм в течение 15 с со скоростью воздушного потока 0,15 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 15 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 15 Гц и амплитудой 0,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 4 Гц и относительным изменением давления 0,4. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 0,3 м/с в течение 9 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 5 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 8-10% и временем защитного действия по отношению к гексахлорбутадиену 12 часов при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации его в окружающем воздухе 0,4 мг/м³.

Пример 2.

Полимерный волокнистый фильтрующий материал типа ФПП-70-0,3 с воздухопроницаемостью 220 дм³/(м²с), диаметром волокон около 7 мкм и толщиной 1 мм наполняли активированным углем марки ОУА с размером частиц 3-5 мкм, импрегнированным йодом в количестве 10-16% от массы сухого сорбента, в течение 10 с со скоростью воздушного потока 0,3 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 80 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 25 Гц и амплитудой 1,0 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 10 Гц и относительным изменением давления 0,6. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 0,5 м/с в течение 5 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 6 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 10-12% и временем защитного действия по отношению к парам ртути 6 часов при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации их в окружающем воздухе 5 мг/м³.

Пример 3.

Нетканый волокнистый углеродный материал марки Карбопон-Актив с воздухопроницаемостью 380 дм³/(м²с), диаметром волокон около 60 мкм и толщиной 2 мм наполняли цеолитом марки Na-X с размером частиц 50 мкм в течение 8 с со скоростью воздушного потока 0,8 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 140 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 30 Гц и амплитудой 2,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 5 Гц и относительным изменением давления 0,8. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1 м/с в течение 3 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 8 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 13-15% и временем защитного действия по отношению к гексахлорбутадиену и аммиаку соответственно 8 и 10 часов при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации их в окружающем воздухе соответственно 0,4 и 100,0 мг/м³.

Пример 4.

Нетканый волокнистый углеродный материал марки Карбопон-Актив с воздухопроницаемостью 380 дм³/(м²с), диаметром волокон около 60 мкм и толщиной 2 мм наполняли гопкалитом с размером частиц 30 мкм в течение 6 с со скоростью воздушного потока 0,9 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 140 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 50 Гц и амплитудой 2,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 5 Гц и относительным изменением давления 0,8. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1,5 м/с в течение 2 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 8 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 13-15% и временем защитного действия по отношению к гексахлорбутадиену и угарному газу соответственно 8 часов и 30 минут при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации их в окружающем воздухе соответственно 0,4 и 100,0 мг/м³.

Пример 5.

Полимерное иглопробивное полотно марки Геоком Д-230 с воздухопроницаемостью 350 дм³/(м²с), диаметром волокон около 40 мкм и толщиной 3 мм наполняли активированным углем марки ОУА с размером частиц 3-5 мкм, импрегнированным уротропином в количестве 17-23% от массы сухого сорбента, в течение 12 с со скоростью воздушного потока 0,8 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 80 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 15 Гц и амплитудой 0,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 20 Гц и относительным изменением давления 0,8. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1 м/с в течение 4 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 8 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 12-15% и временем защитного действия по отношению к гексахлорбутадиену и радиоактивному йоду соответственно 12 и 6 часов при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации их в окружающем воздухе соответственно 0,4 мг/м³ и 21·10^-12 Ku/л.

Пример 6.

Полимерное иглопробивное полотно марки Геоком Д-230 с воздухопроницаемостью 350 дм³/(м²с), диаметром волокон около 40 мкм и толщиной 3 мм наполняли гранулированным ионитом марки КБ-4 с размером частиц около 40 мкм в течение 10 с со скоростью воздушного потока 0,8 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 140 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 40 Гц и амплитудой 1 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 20 Гц и относительным изменением давления 0,9. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1 м/с в течение 3 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 16 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 12-15% и временем защитного действия по отношению к аммиаку 10 часов при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации его в окружающем воздухе 100 мг/м³.

Пример 7.

Нетканый волокнистый углеродный материал марки Карбопон-Актив с воздухопроницаемостью 380 дм³/(м²с), диаметром волокон около 60 мкм и толщиной 2 мм наполняли гранулированным ионитом марки КБ-4 с размером частиц около 40 мкм в течение 8 с со скоростью воздушного потока 0,8 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 140 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 40 Гц и амплитудой 1 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 5 Гц и относительным изменением давления 0,8. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1 м/с в течение 4 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 8 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 12-15% и временем защитного действия по отношению к гексахлорбутадиену и аммиаку соответственно 8 и 12 часов при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации их в окружающем воздухе соответственно 0,4 и 500,0 мг/м³.

Пример 8.

Полимерное иглопробивное полотно марки Геоком Д-230 с воздухопроницаемостью 350 дм³/(м²с), диаметром волокон около 40 мкм и толщиной 3 мм наполняли гранулированным ионитом марки ПГ-Е с размером частиц около 50 мкм в течение 8 с со скоростью воздушного потока 0,7 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 140 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 30 Гц и амплитудой 2,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 20 Гц и относительным изменением давления 0,8. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1 м/с в течение 3 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для легкого респиратора обладал поверхностной плотностью сорбента 12 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 10-12% и временем защитного действия по отношению к сероводороду 4 часа при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации его в окружающем воздухе 100 мг/м³.

Пример 9.

Полимерное иглопробивное полотно марки Геоком Д-260 с воздухопроницаемостыо 300 дм³/(м²с), диаметром волокон около 40 мкм и толщиной 5 мм наполняли активированным углем марки ОУА с размером частиц 3-5 мкм в течение 20 с со скоростью воздушного потока 0,15 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 15 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 20 Гц и амплитудой 0,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 20 Гц и относительным изменением давления 0,8. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 0,3 м/с в течение 10 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для аналитического фильтра обладал поверхностной плотностью сорбента 16 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 8-12% и сорбционной емкостью по отношению к гексахлорбутадиену 300 мг/г при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации его в окружающем воздухе 0,4 мг/м³.

Пример 10.

Полимерное иглопробивное полотно марки Геоком Д-260 с воздухопроницаемостью 300 дм³/(м²с), диаметром волокон около 40 мкм и толщиной 5 мм наполняли кальцинированной содой с размером частиц около 30 мкм в течение 15 с со скоростью воздушного потока 0,9 м/с. Вибрацию газораспределительной решетки, обладающей производительностью по воздуху 140 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба, осуществляли с частотой 50 Гц и амплитудой 2,5 мм. Воздействовали на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 10 Гц и относительным изменением давления 0,7. После пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускали через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 1,5 м/с в течение 8 с.

Полученный сорбционно-фильтрующий материал для аналитического фильтра обладал поверхностной плотностью сорбента 20 мг/см², относительным отклонением от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала в пределах 12-16% и сорбционной емкостью по отношению к фтористому водороду 500 мг/г при скорости воздушного потока 6 см/с, коэффициенте проскока не более 1% и концентрации его в окружающем воздухе 2 мг/м³.

Определение указанного в примерах 1-10 относительного отклонения от номинального значения поверхностной плотности сорбента по поверхности сорбционно-фильтрующего материала осуществлялось взвешиванием кусков разрезанного сорбционно-фильтрующего материала размером 15×15 мм, а также исследованием срезов сорбционно-фильтрующего материала с помощью микроскопа. Остальные параметры, характеризующие свойства сорбционно-фильтрующего материала, оценивались согласно типовым методикам.

Предлагаемый способ наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом может быть осуществлен с помощью устройства наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, которое является другим предметом изобретения.

На чертеже представлена схема устройства наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, где 1 - станина, 2 - камера напыления, 3 - бункер для сорбента, 4 - виброизолирующее кольцо, 5 - виброплита, 6 - вибровозбудитель, 7 - газораспределительная решетка, 8 -кассета для заготовки, 9 - прижимной цилиндр, 10 - пульсирующий поршень, 11 - рычаг привода прижимного цилиндра, 12 - пневматический цилиндр привода прижимного цилиндра, 13 - пневматический цилиндр привода пульсирующего поршня, 14 - вытяжной вентилятор, 15 - отверстие прижимного цилиндра, 16, 17, 18 - соответственно первый, второй и третий манометры, 19 - отверстие камеры, 20 - отверстие бункера, 21, 22 - соответственно первый и второй редукционные клапаны, 23, 24, 25, 26 - соответственно первый, второй, третий и четвертый пневмоклапаны, 27, 28, 29, 30 - соответственно первая, вторая, третья и четвертая пневмомагистрали, 31 - амортизатор и 32 - пружина.

Предлагаемое устройство наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом содержит станину 1 и установленную на станине 1 камеру 2 напыления, например, в виде цилиндра с отверстием 19 камеры для подачи сжатого воздуха, к которому присоединена третья пневмомагистраль 29, снабженная вторым редукционным клапаном 22 и третьим манометром 18, установленным с возможностью измерения давления в камере 2 напыления. Устройство содержит установленную на амортизаторах 31 виброплиту 5 с размещенным на ней вибровозбудителем 6 и установленный на виброплите 5 бункер 3 для сорбента, например, в виде стакана с отверстием 20 бункера для подачи сжатого воздуха, к которому присоединена первая пневмомагистраль 27. В качестве вибровозбудителя 6 может быть использован пневматический или механический вибровозбудитель кривошипно-шатунного или центробежного типа. Бункер 3 для сорбента соединен с камерой 2 напыления виброизолирующим кольцом 4, выполненным из эластичного материала. В бункере 3 для сорбента между отверстием 20 бункера и камерой 2 напыления установлена газораспределительная решетка 7, имеющая производительность по воздуху, например, 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм водяного столба и выполненная, например, из металлокерамики. Устройство содержит установленную на камере 2 напыления кассету 8 для заготовки, прижимной цилиндр 9, установленный на камере напыления с возможностью зажима кассеты 8 для заготовки, и пульсирующий поршень 10, установленный в прижимном цилиндре 9 с возможностью осевого перемещения с помощью пневматического цилиндра 13 привода пульсирующего поршня, к которому присоединена вторая пневмомагистраль 28. Пульсирующий поршень 10 установлен в прижимном цилиндре 9 с зазором, либо в нем могут быть выполнены отверстия. Прижимной цилиндр 9 снабжен рычагом 11 привода прижимного цилиндра с пружиной 32 растяжения и пневматическим цилиндром 12 привода прижимного цилиндра с присоединенной к нему четвертой пневмомагистралью 30, которые установлены на станине 1 и обеспечивают прижимному цилиндру 9 возможность подъема над камерой 2 напыления и опускания на нее, позволяя осуществлять установку на нее кассеты 8 для заготовки и последующий зажим ее. В прижимном цилиндре 9 выполнено отверстие 15 прижимного цилиндра, в котором установлен вытяжной вентилятор 14. Прижимной цилиндр 9 снабжен первым манометром 16, установленным с возможностью измерения давления воздуха внутри прижимного цилиндра 9. Первая 27, вторая 28, третья 29 и четвертая 30 пневмомагистрали снабжены соответственно первым 23, вторым 24, третьим 25 и четвертым 26 пневмоклапанами, а первая пневмомагистраль 27 снабжена еще первым редукционным клапаном 21 и вторым манометром 17, установленным с возможностью измерения давления в бункере 3 для сорбента. Первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 пневмоклапаны подключены к пневмомагистрали, позволяющей подавать в устройство сжатый воздух.

Предлагаемое устройство наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом работает следующим образом.

Перед началом процесса наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 пневмоклапаны закрыты, а прижимной цилиндр 9 находится в верхнем положении под действием пружины 32 и рычага 11 привода прижимного цилиндра, обеспечивая доступ в камеру 2 напыления. В бункер 3 для сорбента на газораспределительную решетку 7 засыпают тонкоизмельченный сорбент, имеющий в зависимости от используемого сорбента размер частиц от 3 до 70 мкм, закрепляют заготовку фильтрующего материала в кассете 8 для заготовки, устанавливают кассету 8 для заготовки на камере 2 напыления и открывают четвертый пневмоклапан 26, через который сжатый воздух по четвертой пневмомагистрали 30 поступает в пневматический цилиндр 12 привода прижимного цилиндра. Выдвигающийся шток поршня пневматического цилиндра 12 привода прижимного цилиндра, растягивая пружину 32, поворачивает рычаг 11 привода прижимного цилиндра, которым прижимной цилиндр 9 опускается и прижимается к камере 2 напыления, обеспечивая зажим между ними кассеты 8 для заготовки. С помощью первого редукционного клапана 21 по показаниям второго манометра 17 устанавливают в первой пневмомагистрали 27 давление воздуха в пределах 0,5-1,5 МПа, которое должно поддерживаться в бункере 3 для сорбента в процессе наполнения. С помощью второго редукционного клапана 22 по показаниям третьего манометра 18 устанавливают в третьей пневмомагистрали 29 давление воздуха в пределах 1,0-2,5 МПа, которое должно поддерживаться в камере 2 напыления при пропускании через фильтрующий материал потока воздуха после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом.

Для начала наполнения фильтрующего материала сорбентом включают вибровозбудитель 6, который создает вибрационные колебания, передающиеся через виброплиту 5 и бункер 3 для сорбента газораспределительной решетке 7, колеблющейся с частотой 15-50 Гц и амплитудой 0,5-3,0 мм. При этом благодаря соединению бункера 3 для сорбента с камерой 2 напыления с помощью виброизолирующего кольца 4, выполненного из эластичного материала, например резины, вибрационные колебания на камеру 2 напыления и другие элементы предлагаемого устройства не передаются. В результате таких вибрационных колебаний над поверхностью газораспределительной решетки 7 образуется виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента.

Затем открывают первый пневмоклапан 23 и включают вытяжной вентилятор 14. Сжатый воздух из первой пневмомагистрали 27 поступает в бункер 3 для сорбента и проходит через капиллярные каналы газораспределительной решетки 7, в результате чего формируется ламинарный поток воздуха. Этот поток воздуха проходит через образованный над газораспределительной решеткой 7 виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента, захватывает его частицы, переносит частицы сорбента к установленной в кассете 8 для заготовки заготовке фильтрующего материала и проходит сквозь заготовку фильтрующего материала, на практике со скоростью 0,15-0,90 м/с. В результате частицы сорбента вместе с потоком воздуха проникают вглубь слоя заготовки фильтрующего материала и осаждаются на его волокнах, а поток воздуха, освободившийся от частиц сорбента, проходит через зазор или отверстия пульсирующего поршня 10 и выводится из прижимного цилиндра 9 через отверстие 15 прижимного цилиндра вытяжным вентилятором 14.

Одновременно второй пневмоклапан 24 циклически открывают и закрывают с частотой 1-30 Гц, в результате этого сжатый воздух по второй пневмомагистрали 28 поступает в пневматический цилиндр 13 привода пульсирующего поршня, выдвигающийся шток поршня которого приводит в движение пульсирующий поршень 10, обеспечивая воздействие на заготовку фильтрующего материала со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с той же частотой 1-30 Гц и относительным изменением давления 0,4-0,9. Такой пульсирующий перепад давления приводит, во-первых, к отделению от заготовки фильтрующего материала нагартованного на ее поверхности слоя частиц тонкоизмельченного сорбента, препятствующего проникновению частиц сорбента вглубь заготовки фильтрующего материала и, во-вторых, вызывает вибрационные колебания заготовки фильтрующего материала в кассете 8 для заготовки, способствующие более глубокому проникновению частиц сорбента внутрь заготовки фильтрующего материала и более прочному осаждению их на его волокнах. Наполнение фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом производится в течение 3-30 с.

После окончания наполнения закрывают первый пневмоклапан 23, выключают вытяжной вентилятор 14, прекращают периодическое открывание второго пневмоклапана 24 и выключают вибровозбудитель 6, в результате чего прекращаются движение потока воздуха через бункер 3 для сорбента и камеру 2 напыления и воздействие пульсирующим перепадом давления, а также вибрация газораспределительной решетки 7 и формирование виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента. Затем открывают третий пневмоклапан 25 на время 3-10 с. В результате сжатый воздух, находящийся под давлением 1,0-2,5 МПа, по третьей пневмомагистрали 29 поступает в камеру 2 напыления, проходит через установленную в кассете 8 для заготовки заготовку фильтрующего материала со скоростью 0,3-1,5 м/с, способствуя проникновению частиц тонкоизмельченного сорбента вглубь заготовки и более прочному осаждению их на ее волокнах, проходит через зазор или отверстия пульсирующего поршня 10 и выводится из прижимного цилиндра 9 через отверстие 15 прижимного цилиндра. Одновременно по показаниям первого манометра 16 определяют давление воздуха внутри прижимного цилиндра 9 и на основании этого с учетом давления сжатого воздуха в третьей пневмомагистрали 29, известного по показаниям третьего манометра 18, определяют сопротивление воздушному потоку полученного сорбционно-фильтрующего материала. На основании разности полученного после напыления сопротивления воздушному потоку сорбционно-фильтрующего материала и известного исходного сопротивления воздушному потоку использованного фильтрующего материала судят, во-первых, о величине поверхностной плотности сорбента полученного сорбционно-фильтрующего материала, а во-вторых, о необходимости окончания процесса наполнения.

Если процесс наполнения закончен, закрывают третий 25 и четвертый 26 пневмоклапаны и сбрасывают давление в пневматическом цилиндре 12 привода прижимного цилиндра. В результате движение потока воздуха через установленную в кассете 8 для заготовки заготовку фильтрующего материала прекращается, а прижимной цилиндр 9 под действием сжимающейся пружины 32 поднимается рычагом 11 привода прижимного цилиндра над камерой 2 напыления, обеспечивая доступ к кассете 8 для заготовки. Далее снимают кассету 8 для заготовки и вынимают из нее полученный сорбционно-фильтрующий материал.

Таким образом, предлагаемые изобретения обеспечивают повышение сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала, достигаемое за счет увеличения поверхностной плотности сорбента и повышения ее равномерности.

Изобретения относятся к области производства сорбционно-фильтрующих материалов, могут быть использованы при изготовлении средств индивидуальной защиты органов дыхания для очистки воздуха от содержащихся в нем газов и паров, прежде всего, сорбционно-фильтрующих элементов облегченных респираторов, а также газовых аналитических фильтров. Способ включает формование потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом и пропускание его через фильтрующий материал. Для формирования потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом формируют виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента и пропускают поток воздуха через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента. Устройство содержит камеру напыления с отверстием для подачи сжатого воздуха, установленную на камере напыления кассету для заготовки фильтрующего материала, прижимной цилиндр с приводом, установленный на камере напыления с возможностью зажима кассеты для заготовки фильтрующего материала, и пульсирующий поршень с приводом, установленный в прижимном цилиндре с возможностью осевого перемещения. Кроме того, устройство снабжено вибровозбудителем, бункером для тонкоизмельченного сорбента с отверстием для подачи сжатого воздуха, установленным на камере напыления с возможностью вибрационного колебания и находящимся во взаимодействии с вибровозбудителем, и газораспределительной решеткой для размещения тонкоизмельченного сорбента, установленной в бункере для тонкоизмельченного сорбента между отверстием для подачи сжатого воздуха и камерой напыления. Обеспечивается повышение сорбционной емкости и времени защитного действия получаемого сорбционно-фильтрующего материала, достигаемое за счет увеличения поверхностной плотности сорбента и повышения ее равномерности. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, включающий формирование потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом и пропускание его через фильтрующий материал, отличающийся тем, что для формирования потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом формируют виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента и пропускают поток воздуха через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пропускание через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом выполняют при скорости воздушного потока 0,15-0,90 м/с.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкоизмельченный сорбент размещают на газораспределительной решетке и формирование виброкипящего слоя тонкоизмельченного сорбента выполняют путем вибрации газораспределительной решетки с частотой 15-50 Гц и амплитудой 0,5-3,0 мм.4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что пропускаемый через виброкипящий слой тонкоизмельченного сорбента поток воздуха формируют газораспределительной решеткой с производительностью по воздуху 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм вод. ст.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют волокнистый фильтрующий материал с воздухопроницаемостью 220-390 дм³/(м²с).6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют тонкоизмельченный сорбент с размером частиц 3-70 мкм.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при пропускании через фильтрующий материал потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом воздействуют на фильтрующий материал со стороны, противоположной направлению движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом, пульсирующим перепадом давления с частотой 1-30 Гц и относительным изменением давления 0,4-0,9.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что после пропускания потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом пропускают через фильтрующий материал поток воздуха со скоростью воздушного потока 0,3-1,5 м/с в течение 3-10 с в направлении, совпадающем с направлением движения потока воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом.9. Устройство наполнения фильтрующего материала тонкоизмельченным сорбентом, содержащее камеру напыления с отверстием для подачи сжатого воздуха, установленную на камере напыления кассету для заготовки фильтрующего материала, прижимной цилиндр с приводом, установленный на камере напыления с возможностью зажима кассеты для заготовки фильтрующего материала, и пульсирующий поршень с приводом, установленный в прижимном цилиндре с возможностью осевого перемещения, отличающееся тем, что оно снабжено вибровозбудителем, бункером для тонкоизмельченного сорбента с отверстием для подачи сжатого воздуха, установленным на камере напыления с возможностью вибрационного колебания и находящимся во взаимодействии с вибровозбудителем, и газораспределительной решеткой для размещения тонкоизмельченного сорбента, установленной в бункере для тонкоизмельченного сорбента между отверстием для подачи сжатого воздуха и камерой напыления.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено газораспределительной решеткой с производительностью по воздуху 10-150 м³/мин при перепаде давления 600 мм вод. ст.11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в прижимном цилиндре выполнено отверстие и он снабжен установленным в отверстии вытяжным вентилятором.12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что прижимной цилиндр снабжен манометром, установленным с возможностью измерения давления воздуха внутри прижимного цилиндра.13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что отверстие для подачи сжатого воздуха в камере напыления выполнено между бункером для тонкоизмельченного сорбента и кассетой для заготовки фильтрующего материала.