УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2015 года по МПК A62B23/02 

Изобретение относится к универсальным фильтрующим элементам бесклапанных противогазовых респираторов, предназначенных для защиты органов дыхания от вредных веществ, находящихся в воздухе производственных помещений алюминиевых, фосфорных предприятий, минеральных удобрений и цветной металлургии.

В воздухе производственных помещений содержатся вредные для здоровья работающих высокотоксичные газы: диоксид серы (предельно допустимая концентрация (ПДК) - 10 мг/м³, сероводород (ПДК - 10 мг/м³), фтористый водород (ПДК - 0,1 мг/м³) в концентрациях, превышающих ПДК в 10-30 раз. Фтористый водород, диоксид серы, сероводород раздражают дыхательные пути, вызывают одышку, действуют на костные ткани, нарушая кальциевый обмен, при высоких концентрациях возможен отек легких. В связи с этим на предприятиях цветной металлургии, фосфорного, алюминиевого производств, минеральных удобрений осуществляется комплекс технологических, санитарно-технических, лечебно-профилактических мероприятий, среди которых важная роль принадлежит рациональному применению средств индивидуальной защиты органов дыхания.

Изобретение относится к области очистки газов от вредных примесей и может быть использовано для защиты органов дыхания работающих от фтористого водорода (HF) или оксида серы (S0₂), сероводорода (H₂S), выделяющихся в воздух производственных помещений.

Известен универсальный фильтрующий элемент зернистый поглотитель в сочетании с противоаэрозольным фильтром - фильтром Петрянова, который используют в клапанных респираторах для защиты органов дыхания от вредных веществ, присутствующих в воздухе производственных помещений одновременно в виде паров, газов, аэрозолей, дыма и тумана при содержании парогазообразных веществ не свыше 10-15 ПДК (Каминский С.Л., Басманов И.И. Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Москва, 1982, с. 49-50). Недостатком известного противогазового состава является высокое сопротивление дыханию ~80-100 Па при скорости потока воздуха 30 л/мин, что затрудняет его длительное использование (6-8 часов) на рабочем месте. Клапанные противогазы тяжелы (1,2-1,8 кг), создают большое сопротивление дыханию, существенно ограничивают поле зрения (до 50%). Систематическое и ежедневное применение противогазов допускается в исключительных случаях или как крайняя мера при аварийных ситуациях с высокой концентрацией вредных веществ.

Известен универсальный фильтрующий элемент, применяющийся в легком бесклапанном газопылезащитном респираторе «Лепесток-В», где в качестве противогазового фильтра используют сорбционно-фильтрующий материал, полученный напылением мелкодиспергированного углекислого натрия на фильтр противоаэрозольный Петрянова (ФПП), с поверхностной плотностью хемосорбента 6-8 мг/см² (Гигиена труда и профзаболеваний №8, 1983, с. 38-40). Известный состав противогазового фильтра респиратора «Лепесток-В» (ТУ 002, 26-80) улавливает кислые газообразные вещества и предназначен в основном для защиты органов дыхания от фтористого водорода. При концентрации HF в воздухе рабочей зоны до 2 мг/м³ (до 15 ПДК) время защитного действия сорбционно-фильтрующего элемента респиратора «Лепесток-В» составляет около 6 часов.

Недостатком известного фильтрующего элемента является низкая степень защиты (60%, в течение 4 часов) органов дыхания от HF при содержании их в воздухе ~15-30 ПДК. Концентрация вредных веществ после фильтрующего элемента остается выше ПДК, и это не позволяет эффективно использовать известный фильтрующий элемент для защиты органов дыхания от HF и SО₂ при повышенных концентрациях их в воздухе производственных помещений (до 15-30 ПДК). При концентрации SO₂ в воздухе рабочей зоны до 100 мг/м³ (до 10 ПДК) время защитного действия сорбционно-фильтрующего элемента респиратора «Лепесток-В» составляет около 3 часов. В процесс е изготовления респираторов с известным составом противогазового фильтра в ряде технологических операций часть Na₂CO₃ попадает в атмосферу рабочей зоны в концентрациях, превышающих ПДК Na₂CO₃ ~ в 4-5 раз. В результате этого снижается время защитного действия фильтрующего элемента в 1,5-2 раза.

Известен универсальный фильтрующий элемент бесклапанного газопылезащитного респиратора, состоящий из противоаэрозольного и противогазового фильтров, в качестве волокнистого материала, обработанного химическим активным составом, содержит хлопчатобумажную ткань, пропитанную смесью глицерина, воды и оксида кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глицерин 23,8-25,6, вода 9,3-13,6, оксид кальция 35,7-37,2, хлопчатобумажная ткань - остальное (Предварительный патент РК №3708, бюл. №3, 1996).

Недостатком известного состава противогазового фильтра универсального фильтрующего элемента является низкая сорбционная емкость по SО₂, HF при больших концентрациях выше 15-30 ПДК, невозможность защиты органов дыхания от другого кислого газа - H₂S и отсутствие каркасности (жесткости) респиратора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является состав противогазового фильтра универсального фильтрующего элемента для защиты органов дыхания от фтористого водорода и диоксида серы, включающий, мас.%: углекислый калий - 17,0-25,0; гидроксид натрия - 0,7-1,0; силикат натрия - 9,0-12,5; глицерин 9,0-12,5; вода 5,9-7,4; хлопчатобумажная ткань - остальное (Предварительный патент РК №6475, бюл. №7, 14.08.1998).

Известный состав противогазового фильтра универсального фильтрующего элемента предназначен для защиты органов дыхания от фтористого водорода и диоксида серы. Использование водно-глицеринового раствора углекислого калия, гидроокиси и силиката натрия, нанесенного на хлопчатобумажную ткань при указанном выше соотношении в сочетании с противоаэрозольным фильтром (ФПП), обеспечивает низкое сопротивление потоку воздуха, повышенную активность противогазового фильтра для защиты органов дыхания в производственных помещениях, где содержание фтористого водорода в воздухе достигает 30 предельно допустимых концентраций (ПДК), а диоксида серы - 15 ПДК. При этом степень задержки фтористого водорода составляет 98,3%, а время защитного действия фильтра 12-24 часов. Тогда как степень задержки диоксида серы составляет 95,3% и время защитного действия фильтра - 6-12 часов.

Фильтрующий элемент с известным составом не обеспечивает эффективную защиту от диоксида серы при содержании его в воздухе свыше 15 ПДК. Концентрация диоксида серы в воздушной смеси после фильтра в несколько раз превышает ПДК.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение активности состава противогазового фильтра универсального фильтрующего элемента в процессе защиты органов дыхания от диоксида серы, фтористого водорода, дополнительно от сероводорода, а также расширение ассортимента универсального фильтрующего элемента.

Поставленная техническая задача достигается предлагаемым составом противогазового фильтра универсального фильтрующего элемента для защиты органов дыхания от фтористого водорода и диоксида серы, включающим углекислый калий, гидроксид и силикат натрия, глицерин, воду и хлопчатобумажную ткань, отличительной особенностью которого является то, что он дополнительно защищает органы дыхания от сероводорода и дополнительно содержит оксид кальция и сернокислый марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%: углекислый калий - 22,0-32,0; оксид кальция - 0,8-1,1; гидроксид натрия - 1,0-1,5; силикат натрия - 10,0-14,0; глицерин - 9,0-13,0; сернокислый марганец - 0,07-0,12; вода - 12,0-16,0; хлопчатобумажная ткань - остальное.

Предлагаемый состав противогазового фильтра придает универсальному фильтрующему элементу новые свойства. Повышается активность, степень задержки диоксида серы, сероводорода и сорбционная емкость фильтра, что позволяет эффективно использовать фильтр для защиты органов дыхания в производственных помещениях, где содержание диоксида серы в воздухе превышает 15 ПДК, сероводорода - 15 ПДК, а содержание фтористого водорода достигает 30 ПДК. Дополнительная добавка сернокислого марганца в состав предлагаемого фильтра способствует активной регенерации кислорода на его поверхности и, следовательно, повышению сорбционной емкости универсального фильтрующего элемента. Натриево-кальциевый гидросиликат придает хлопчатобумажной ткани необходимую жесткость.

Приготовление противогазового фильтра осуществляют пропитыванием с последующей подсушкой при комнатной температуре до постоянного веса хлопчатобумажной ткани водно-глицериновым раствором углекислого калия, оксида кальция, гидроксида и силиката натрия, сернокислого марганца определенной концентрации. При приготовлении противогазового фильтра используют водно-глицериновый раствор, содержащий, г/л: углекислый калий - 140-265; оксид кальция - 6,0-8,0; гидроксид натрия - 6,5-12,5; силикат натрия 63-120; глицерин 55-115; сернокислый марганец - 0,4-1,2. В качестве носителя используют хлопчатобумажную ткань марлю (ГОСТ 11109-74). Марля удобна тем, что имеет малый вес, низкое сопротивление потоку воздуха, хорошо пропитывается водно-глицериновым раствором с хемосорбентом и быстро подсушивается при комнатной температуре до постоянного веса.

Марля, пропитанная водно-глицериновым раствором хемосорбента указанного выше состава, эффективно задерживает вредные примеси лишь в сочетании ткани противоаэрозольного фильтра Петрянова (ФПП). Ткань ФПП без марли, пропитанной раствором углекислого калия, оксида кальция, гидроксида и силиката натрия, сернокислого марганца, задерживает лишь пыль и аэрозоли, но не задерживает газы (SO₁, HF, H₂S). Состав получаемого противогазового фильтра, мас.%, определяют путем взвешивания на аналитических весах хлопчатобумажной ткани до пропитки и после пропитки водно-глицериновым раствором углекислого калия, оксида кальция, гидроксида и силиката натрия, сернокислого марганца, определенной концентрации и последующей подсушкой до постоянного веса при комнатной температуре. Компоненты противогазового фильтра нелетучие, не реагируют с хлопчатобумажной тканью и поэтому то количество компонентов (в г), которое было в растворе, и остается в составе фильтра. Исходя из массового содержания компонентов противогазового фильтра рассчитывают состав противогазового фильтра в мас.%. Приготовленные таким образом составы противогазовых фильтров испытывают далее на эффективность задержки вредных примесей из воздуха производственных помещений в универсальном фильтрующем элементе, включающем и противоаэрозольный фильтр Петрянова. Для этого противогазовый фильтр указанного выше состава и фильтр Петрянова помещают в алонж, через который пропускают воздух, содержащий 150-300 мг/м³ SO₂, 150-300 мг/м³ H₂S или 1,0-3,0 мг/м³ HF.

Алонж представляет собой две конусообразные воронки, герметично вставленные друг в друга на шлифах. Диаметр воронки соответствует диаметру универсального фильтрующего элемента. Концентрацию вредных веществ в воздушной смеси до фильтрующего элемента и после него определяют по методикам, описанным в руководстве Е.А. Перегуд, Е.В. Гернет «Химический анализ воздуха промышленных предприятий», Л., Химия, 1973 г. Время защитного действия фильтрующего элемента оценивают по промежутку времени с момента пуска постоянного потока очищаемого газа до момента появления вредной примеси за фильтрующим элементом в концентрации, равной или близкой к одной ПДК. Характер воздействия компонентов противогазового фильтра на степень задержки вредных газов, сорбционную емкость, время защитного действия зависит от их концентрации.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие предлагаемое изобретение.

Пример 1. Хлопчатобумажную ткань диаметром 18 см, толщиной 0,25 мм и весом 1 г пропитывают 3 мл водно-глицеринового раствора, содержащего, г: углекислый калий - 0,42, оксид кальция - 0,016, гидроксид натрия - 0,02, силикат натрия - 0,2, глицерин - 0,17, сернокислый марганец - 0,0014. Просушивают при комнатной температуре до постоянного веса и взвешивают. При этом получается противогазовый фильтр весом 2,1 г следующего состава, мас.%: углекислый калий - 22,0, оксид кальция - 0,8, гидроксид натрия - 1,0, силикат натрия - 10,0, глицерин - 9,0, сернокислый марганец - 0,07, вода - 12,0, хлопчатобумажная ткань - 45,1. Универсальный фильтрующий элемент, содержащий противоаэрозольный фильтр ФПП и противогазовый фильтр указанного выше состава, помещают в алонж, через который пропускают со скоростью 30 л/мин воздух, содержащий (мг/м³): HF 3,0, или диоксид серы - 240, или сероводород - 250. При этом время защитного действия фильтрующего элемента от HF составляет 12 часов, а от SO₂ - 10, от H₂S - 9 часов. Концентрация вредных примесей в очищенном воздухе после фильтрующего элемента составляет, мг/м³: HF - 0,05, диоксида серы - 6,0, сероводорода - 8,0. Средняя степень задержки составляет, %: от HF 98,3, от S02 97,6, от H₂S 96,8.

Пример 2. Хлопчатобумажную ткань диаметром 18 см, толщиной 0,25 мм и весом 1 г пропитывают 3 мл водно-глицеринового раствора, содержащего, г: углекислый калий - 0,58, оксид кальция - 0,02, гидроксид натрия - 0,03, силикат натрия - 0,26, глицерин - 0,24, сернокислый марганец - 0,0025. Просушивают при комнатной температуре до постоянного веса и взвешивают. При этом получается противогазовый фильтр весом 2,4 г следующего состава, мас.%: углекислый калий - 26,0, оксид кальция - 1,0, гидроксид натрия - 1,2, силикат натрия - 12,0, глицерин - 11,0, сернокислый марганец - 0,1, вода - 14,0, хлопчатобумажная ткань - 34,7. Универсальный фильтрующий элемент, содержащий противоаэрозольный фильтр ФПП и противогазовый фильтр указанного выше состава помещают в алонж, через который пропускают со скоростью 30 л/мин воздух, содержащий (мг/м³): HF 3,0, или диоксид серы - 250, или сероводород - 250. При этом время защитного действия фильтрующего элемента от HF составляет 18 часов, а от SO₂ - 11,0, от H₂S - 12 часов. Концентрация вредных примесей в очищенном воздухе после фильтрующего элемента составляет, мг/м³: HF - 0,05, диоксида серы - 6,0, сероводорода - 7,0. Средняя степень задержки составляет, %: от HF - 98,3, от SO₂ 97,6, от H₂S 97,2.

Пример 3. Хлопчатобумажную ткань диаметром 18 см, толщиной 0,25 мм и весом 1 г пропитывают 3 мл водно-глицеринового раствора, содержащего, г: углекислый калий - 0,83, оксид кальция - 0,022, гидроксид натрия - 0,04, силикат натрия - 0,36, глицерин - 0,34, сернокислый марганец - 0,0036. Просушивают при комнатной температуре до постоянного веса и взвешивают. При этом получается противогазовый фильтр весом 2,9 г следующего состава, мас.%: углекислый калий - 32,0, оксид кальция - 1,1, гидроксид натрия - 1,5, силикат натрия - 14,0, глицерин - 13,0, сернокислый марганец - 0,12, вода - 16,0, хлопчатобумажная ткань - 22,4. Универсальный фильтрующий элемент, содержащий противоаэрозольный фильтр ФПП и противогазовый фильтр указанного выше состава, помещают в алонж, через который пропускают со скоростью 30 л/мин воздух, содержащий (мг/м³): фтористый водород - 3,0 или диоксид серы - 250, сероводород - 230. При этом время защитного действия фильтрующего элемента от HF составляет 24 часов, от SO₂ - 14, от H₂S - 13 часов. Концентрация вредных примесей в очищенном воздухе после фильтрующего элемента составляет, мг/м³: HF - 0,05, диоксида серы - 6,0, сероводорода - 6,0. Средняя степень задержки составляет, %: от HF 98,3, от SO₂ 97,6, от H₂S 97,4.

Необходимость и достаточность граничного соотношения компонентов противогазового фильтра универсального фильтрующего элемента определялась требованиями, предъявляемыми к фильтрующим элементам: эффективная задержка вредных примесей при скорости воздушной смеси 30 л/мин в течение 2-3 рабочих смен, обеспечивающая концентрацию вредных веществ после фильтрующего элемента, равную или близкую одной ПДК. Содержание в составе противогазового фильтра (в мас.%): углекислого калия ниже 22,0, оксида кальция ниже 0,8, гидроксида натрия ниже 1,0, силиката натрия ниже 10,0, глицерина ниже 9,0, сернокислого марганца ниже 0,07, воды ниже 12,0 не позволяет эффективно задерживать вредные газы HF, SO₂, H₂S (пример 4, таблица). Их концентрация после фильтрующего элемента превышает ПДК в 4 раза.

Содержание в составе противогазового фильтра (в мас.%): углекислого калия выше 32,0, оксида кальция выше 1,1, гидроксида натрия выше 1,5, силиката натрия выше 14,0, глицерина выше 13,0, сернокислого марганца выше 0,12, воды выше 16,0 нецелесообразно, так как не отражается существенно на защитных свойствах универсального фильтрующего элемента (пример 5, таблица).

Сравнительные данные известного и предлагаемого состава противогазового фильтра представлены в таблице. Из приведенных примеров видно, что фильтрующий элемент с известным составом противогазового фильтра не обеспечивают эффективную задержку диоксида серы при содержании его в воздухе в концентрациях выше 15 ПДК в течение рабочей смены. Содержание SO₂ в очищенном газе после известного фильтрующего элемента превышает предельно допустимую концентрацию.

Предлагаемый состав противогазового фильтра в универсальном фильтрующем элементе обеспечивает высокую степень задержки вредных примесей (97,2-98,3%) и сорбционную емкость, что позволяет эффективно использовать его для защиты органов дыхания в производственных помещениях в течение 12-24 часов, где в воздухе содержатся кислые газы - HF, SO₂, H₂S в концентрациях 15-30 ПДК. Концентрация вредных газов в воздушной смеси после фильтрующего элемента близка к одной ПДК.

Изобретение относится к универсальным фильтрующим элементам бесклапанных противогазовых респираторов, предназначенных для защиты органов дыхания от вредных веществ, находящихся в воздухе производственных помещений алюминиевых, фосфорных предприятий, минеральных удобрений и цветной металлургии. Известный состав универсального фильтрующего элемента, включающий, мас.%: углекислый калий - 17,0-25,0; гидроксид натрия - 0,7-1,0; силикат натрия - 9,0-12,5; глицерин - 9,0-12,5; вода - 5,9-7,4; хлопчатобумажная ткань остальное, не обеспечивает эффективную защиту от диоксида серы при содержании его свыше 15 ПДК. Благодаря тому что предлагаемый состав дополнительно содержит оксид кальция и сернокислый марганец при соотношении компонентов, мас.%: углекислый калий 22,0-32,0; оксид кальция 0,8-1,1; гидроксид натрия - 1,0-1,5; силикат натрия - 10,0-14,0; глицерин - 9,0-13,0; сернокислый марганец - 0,07-0,12; вода - 12,0-16,0; хлопчатобумажная ткань - остальное, удается повысить сорбционную емкость фильтра, степень защиты диоксида серы и дополнительной задержки сероводорода, что позволяет эффективно использовать фильтр для защиты органов дыхания в производственных помещениях, где содержание диоксида серы превышает 15 ПДК, сероводорода - 15 ПДК, а содержание фтористого водорода достигает 30 ПДК. 1 табл.

Универсальный фильтрующий элемент, включающий углекислый калий, гидроксид натрия, силикат натрия, глицерин, воду и хлопчатобумажную ткань, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид кальция и сернокислый марганец при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углекислый калий - 22,0-32,0;
гидроксид натрия - 1,0-1,5;
силикат натрия - 10,0-14,0;
глицерин - 9,0-13,0;
вода - 12,0-16,0;
сернокислый марганец - 0,07-0,12;
оксид кальция - 0,8-1,1;
хлопчатобумажная ткань - остальное.