СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ АЭРОЗОЛЕОБРАЗУЮЩЕГО ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО СОСТАВА ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ Российский патент 2019 года по МПК A62D1/00 

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к способу изготовления аэрозолеобразующего пиротехнического состава для генерирования при горении огнетушащей смеси, используемого в зарядах для генераторов огнетушащего аэрозоля при объемном тушении пожаров в замкнутых непроветриваемых помещениях.

Уровень данной области техники характеризует способ получения аэрозолеобразующего состава, описанный в патенте RU 2101054 C1, А62С 3/00, A62D 1/06, 1998 г., который предназначен для приготовления пиротехнического состава, включающего (мас. %): 67-72 окислителя - нитрата калия с удельной поверхностью не менее 1500 см²/г, 8-12 горючего связующего - идитола в форме раствора в смеси этилового спирта с ацетоном и 20-21 газообразующего дициандиамида.

В качестве газообразователя в состав можно дополнительно вводить бикарбонат калия или бензоат калия в количестве 4-12 мас. % (в том числе), с удельной поверхностью не менее 500 см²/г, для уменьшения количества цианистых соединений в аэрозоле.

Для приготовления раствора идитола используют фенолформальдегидную смолу марки СФ-0112 со средним размером частиц не более 15 мкм, а в качестве растворителя горючего связующего используют смесь этилового спирта с ацетоном в отношении (30-50):(70-50).

В промышленный смеситель дозировано загружают измельченные и высушенные порошкообразные компоненты и перемешивают в течение 10 минут для равномерного их распределения в смеси.

Затем в смеситель добавляют предварительно приготовленный технологический раствор идитола в три приема, перемешивая при открытомлюке и температуре 40°С по 5 минут каждую порцию для равномерно распределения его в объеме смеси.

Приготовленную вязкотекучую смесь выгружают и пропускают через сетку гранулятора при постоянном обдуве горячим воздухом с температурой 40°С.

Провяленные гранулы состава раскладывают на перфорированные лотки слоем 2-3 см и выдерживают в атмосфере горячего обдува воздухом с температурой (20-70)°С для удаления влаги и летучих до содержания не выше 1 мас. %.

Приготовленный по описанному способу аэрозолеобразующий пиротехнический состав характеризуется повышенными скоростью горения (2,1-2,5) мм/с, выходом дисперсной фазы в генерируемый аэрозоль (56-64) % по массе и огнетушащей концентрацией ингибиторов горения (35-40) г/м³.

Однако, недостатком известного способа является его нетехнологичность из-за повышенного содержания фенола в рабочем помещении, высокой концентрации вредного летучего растворителя, содержащего ацетон, который по причине относительно низкой температуры вспышки повышает степень опасности производства.

Длительный процесс сушки гранулированного состава увеличивает технологический цикл и потребную производственную площадь. При этом сушка приготовленного пиротехнического состава на верхнем пределе температурного диапазона является пожаро-, взрывоопасной.

Кроме того, пиротехнический состав, полученный по описанной технологии, не обеспечивает стабильности горения и, как следствие, функциональной надежности пожаротушения из-за флегматизирующего действия содержащейся влаги в составе, а также характеризуется неполнотой сгорания компонентов и токсичностью генерируемого аэрозоля.

Более совершенным является способ получения пиротехнического аэрозолеобразующего состава для тушения пожаров по патенту RU 2153376 C1, A62D 1/06, 2000 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному способу.

Предварительно исходные компоненты измельчают и сушат, а также приготавливают раствор фенолформальдегидной смолы СФ-0112 в чистом этиловом спирте, что повышает технологическую безопасность, так как температура вспышки повышается и снижается летучесть растворителя, сравнительно со спирто-ацетоновой смесью по описанному аналогу, при этом пары этилового спирта не токсичны.

Пиротехнический аэрозолеобразующий состав, приготавливаемый по известному способу, практически совпадает с предлагаемой оптимизированной композицией по структурным компонентам и долевому их содержанию (мас. %): 67 нитрата калия, 9-12 идитола (на сухое вещество) и 18-20 дициандиамида.

Этот пиротехнический состав предназначен для промышленного использования в технических средствах объемного тушения пожаров, при оснащении автоматических газоаэрозольных генераторов огнетушащими зарядами.

Предварительно порошок нитрата калия сушат до массовой доли влаги не более 0,08% и растворяют фенолформальдегидную смолу в этиловом спирте при соотношении масс 60:40 соответственно. Известный способ характеризуется тем, что смешивание ингредиентов проводится в два этапа: порошок нитрата калия с 40%-ным раствором фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте (идитолом), куда затем вводят дициандиамид. Готовую смесь далее провяливают и гранулируют, причем последующую сушку смеси проводят при температуре 30-45°С до содержания влаги и летучих не более 0,8 мас. %.

Предварительная сушка нитрата калия обеспечила стабильность горения состава, то есть его функциональную надежность.

Растворение горючего связующего в чистом этиловом спирте повысило безопасность и технологичность в промышленном производстве аэрозолеобразующего пиротехнического состава.

Оптимизированное массовое соотношение фенолформальдегидной смолы и этилового спирта в лаковом растворе обеспечило равномерное распределение в объеме состава всех компонентов простым механическим смешиванием.

Температурный диапазон безопасной сушки приготовленной гранулированной смеси максимально интенсифицирует процесс удаления излишков влаги и летучих при минимуме энергозатрат.

Недостатком известного способа являются следующие:

- трудоемкость операции смешивания нитрата калия с технологическим 40%-ным раствором идитола в этиловом спирте, что определяет повышенное содержание в готовой гранулированной смеси растворителя, удаление которого является вынужденно продолжительным при ограничении температуры провяливания, гранулирования и сушки;

- замедленная сушка обдувом горячим воздухом, нагретым до температуры в диапазоне 30-45°С, вынуждает увеличивать протяженность и площадь поточного производства пиротехнического состава;

- массовое соотношение компонентов огнетушащего пиротехнического состава является не оптимальным для эффективного пожаротушения функциональным аэрозолем, генерируемым при его горении, и который содержит минимум вредных веществ.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является сокращение производственного цикла смешивания компонентов и сушки гранулированного состава для повышения сыпучести и улучшения прессуемости из него зарядов, при достижении лучшихпоказателей назначения генерируемого при горении функционального аэрозоля.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном способе приготовления пиротехнического состава для тушения пожаров, включающем нитрат калия, идитол и дициандиамид, который содержит подготовку исходных компонентов и раствора идитола в этиловом спирте для последовательного смешивания, грануляцию готовой смеси на сите с ячеями 1-2 мм и финишную сушку, совмещенную с провяливанием, на перфорированных лотках слоями 2-3 см, до контролируемого содержания летучих и влаги, согласно изобретению, идитол вводят в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте и в виде порошка дозами в отношении как 1:3 соответственно, при этом раствор идитола в количестве 2,5-3,0 мас. % смешивают с 61-65 мас. % нитрата калия, куда затем добавляют порошки (мас. %): 24-26 дициандиамида и 8,5-10,0 идитола, а сушат гранулированную смесь до содержания летучих и влаги не более 0,6 мас. %.

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили заметное сокращение времени сушки состава до более низкого содержания летучих и влаги, так как в смеси использовано втрое меньшее количество, чем по прототипу, технологического спирта, при этом создана общность формы и функции, когда новые технологические приемы формируют новизну качества приготовленного состава - более высокую эффективность пожаротушения.

Достигнутая оптимизация соотношения массового содержания структурных компонентов в приготовленном по предложенному способу пиротехническом составе обеспечила улучшение основных показателей назначения, при уменьшении количества вредных веществ в тушащей газоаэрозольной смеси.

Использование минимального объема горючего связующего в форме 50%-ного спиртового раствора идитола позволило сформироватьвязкотекучую смесь термической основы состава в виде кластеров двуединой композиции, на поверхности которых образуется при последующем смешивании с порошками идитола и дициандиамида горючее и газогенерирующее покрытие, хорошо воспламеняемое и стабильно горящее.

Введение в смесь термической основы дозы идитола в виде порошка позволяет дополнить содержание горючего до необходимого расчетного количества в составе простым смешиванием компонентов.

Отношение идитола в форме технологического спиртового раствора и идитола в виде порошка как 1:3 оптимизировано экспериментально из необходимости, с одной стороны, формирования при смешивании с нитратом калия термической основы состава, имеющей непосредственное контактное примыкание структурных составляющих, а с другой стороны, - минимизировать содержание растворителя в готовой смеси для технологичности операции сушки от сокращения времени производственного цикла.

При этом повышена сыпучесть гранулированного состава на операции объемного дозирования мерных заготовок для прессования из него пиротехнических зарядов, при улучшении прессуемости габаритных зарядов для аэрозольных генераторов.

Использование 50%-ного раствора идитола в этиловом спирте на операции смешивания с нитратом калия определено достаточной его текучестью и липкостью для формирования бинарной смеси термической основы состава с максимально необходимым контактом окислителя и горючего в химическом взаимодействии при горении.

Выбор содержания в готовом пиротехническом составе по изобретению летучих и влаги на более 0,6 мас. % продиктован условиями его сыпучести при объемном дозировании и технологичностью операции прессования из него зарядов.

Введение большей части идитола в форме порошка, совместно с газообразующим дициандиамидом, на поверхность ранее сформированных кластеров термической основы состава, упростило технологию и обеспечило распределение в его объеме дискретных источников воспламенения и горения.

Горение пиротехнического состава происходит динамично в объеме заряда, при интенсификации газообразования рабочего тела для транспортирования генерируемых ингибиторов горения, в том числе и конденсированных частиц рабочего аэрозоля, в очаг возгорания, который активно подавляется.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым эффектом суммы признаков.

Ниже приведен технологический пример выполнения предложенного способа, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.

Количественное соотношение компонентов предложенного аэрозолеобразующего пиротехнического состава, в пределах оптимизированных диапазонов, было рассчитано по математической модели планирования эксперимента и подтверждено результатами экспериментальной проверки функционирования опытных образцов зарядов по назначению, которые показали достижение улучшенных характеристик по эффективности пожаротушения в закрытых объемах за счет интенсификации выноса ингибиторов горения, создающих в очаге возгорания необходимую тушащую концентрацию.

Пиротехнический огнетушащий состав, который приготавливается по предложенному способу, включает (мас. %):

нитрат калия 61-65 идитол 11-13 дициандиамид 24-26,

причем 2,5-3,0 мас. % идитола введено в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте, а 8,5-10,0 мас. % идитола - в виде порошка.

Этот аэрозолеобразующий пиротехнический состав приготавливается на промышленном оборудовании по следующей технологической схеме последовательных операций смешивания компонентов в доверительном диапазоне их содержания, обеспечивающего заданные потребительские характеристики.

Для приготовления пиротехнического состава по изобретению используют:

- нитрат калия по ГОСТ 19790-74 (химической формулы KNO₃);

- фенолформальдегидную смолу (условной формулы С₁₃Н₁₂О₂) марки СФ-0112А-50 (OCT В841467-77) в качестве горючего связующего;

- дициандиамид C₂H₄N₄ технический по ГОСТ 6988-73, выполняющий функцию газообразователя, рабочего тела, транспортирующего генерируемые при горении ингибиторы горения.

Предварительно нитрат калия селективно отбирают с размером частиц 55±10 мкм и сушат до содержания влаги не более 0,08 мас. %, исключения ее флегматизирующего действие при окислении горючего, чтобы стабилизировать горение пиротехнического состава в аэрозольном генераторе.

Дициандиамид отбирают с размером частиц 140±10 мкм при содержании влаги не более 0,7 мас. %. Увеличение (сравнительно с прототипом) содержания дициандиамида, при соответствующем уменьшении доли окислителя, ведет к снижению температуры в зоне химических реакций горения, что обеспечивает получение заданного объема транспортирующих газов. При этом уменьшена зона диффузионного горения иувеличивается доля конденсированной фазы азота в огнетушащем аэрозоле, повышая тем самым его тушащую способность.

Селективный отбор мелкодисперсного порошкового дициандиамида необходим для его равномерного распределения в составе при смешивании компонентов.

Измельченную и просеянную навеску фенолформальдегидной смолы, содержащей влагу 1,5-2,0 мас. %, засыпают в смеситель с этиловым спиртом, при равном соотношении масс и перемешивают со скоростью 80-85 оборотов в минуту при температуре 40-60°С в течение часа-полутора до получения однородной массы.

Соотношение компонентов состава для смешивания выбирают согласно заявленным диапазонам их содержания (мас. %): 63±2 нитрата калия, 2,75±0,25 идитола в форме 50%-ного раствора фенолформальдегидной смолы в этиловом спирте и 9,25±0,75 в виде порошка фенолформальдегидной смолы, всего 12±1 идитола, и 25±1 дициандиамида.

Навеску нитрата калия засыпают в приготовленный в смесителе спиртовой раствор идитола в виде липкого лака и перемешивают в течение 5-7 минут, обеспечив равномерное их распределение, при максимальном контакте активных компонентов термической основы в форме автономных кластеров.

После этого в смеситель добавляют порошки фенолформальдегидной смолы и дициандиамида, которые перемешивают в течение 10-15 минут, формируя конгломераты с покрытием из горючего и газообразователя, налипших на поверхности кластеров термической основы в непосредственном примыкании по развитой поверхности химического взаимодействия при горении, которые характеризуются хорошей воспламеняемостью и стабильным горением.

Приготовленную смесь далее гранулируют протиранием в смесителе через сетку с ячеями 1-2 мм.

Затем гранулированный материал раскладывают на перфорированных лотках слоем 2-3 см для провяливания, совмещенного с сушкой при температуре 30-45°С, удаляя спирт. При этом контролируют содержание в составе летучих и влаги не более 0,6 мас. %. Процесс сушки гранулированного материала длится 2-3 часа.

Из приготовленного пиротехнического материала объемным дозированием формируют мерные полуфабрикаты под прессование зарядов для аэрозольных генераторов.

Технические результаты сравнительных огневых испытаний по аэрозолеобразованию при горении зарядов для генераторов, выполненных из пиротехнических составов, приготовленных по способам прототипа и предложенному, приведены в таблице.

Стендовые и макетные испытания приготовленных аэрозолеобразующих пиротехнических составов для объемного тушения пожаров по предложенному изобретению фактически подтвердили достижение повышенных показателей назначения.

Предложенный способ приготовления более технологичных огнетушащих составов, сравнительно с прототипом, характеризуется сокращением продолжительности производственного цикла безопасного изготовления пиротехнического состава, генерирующего при горении аэрозоль повышенной эффективности пожаротушения, с минимальным содержанием вредных веществ, что позволяет рекомендовать его для практической реализации в техпроцессе по выпуску пиротехнических зарядов для аэрозольных генераторов.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по огнетушащим материалам, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления аэрозолеобразующего пиротехнического состава на действующем в отрасли оборудовании, можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности к способу изготовления пиротехнического аэрозолеобразующего состава для генерирования при горении огнетушащей смеси, используемого в зарядах для генераторов огнетушащего аэрозоля при объемном тушении пожаров в замкнутых непроветриваемых помещениях. Способ приготовления пиротехнического состава для объемного тушения пожаров включает подготовку исходных компонентов и раствора идитола в этиловом спирте для последовательного смешивания, при этом смешивают 61-65 мас.% нитрата калия с 2,5-3,0 мас.% идитола в виде 50%-го раствора в этиловом спирте, а затем добавляют порошки, в мас.%: 24-26 дициандиамида и 8,5-10,0 идитола, полученную гранулированную смесь сушат до содержания летучих и влаги не более 0,6 мас.%. Грануляцию готовой смеси осуществляют на сите с ячеями 1-2 мм и финишную сушку, совмещенную с провяливанием, на перфорированных лотках слоями 2-3 см, которые обдувают воздухом с температурой 30-45°С до контролируемого содержания летучих и влаги. Идитол вводят в форме 50%-го раствора в этиловом спирте и в виде порошка дозами в отношении как 1:3 соответственно. Способ обеспечивает сокращение времени сушки состава для повышения сыпучести и улучшения прессуемости из него зарядов, а также улучшение основных показателей назначения при уменьшении количества вредных веществ в тушащей газоаэрозольной смеси. 1 табл.

Способ приготовления пиротехнического состава для тушения пожаров, включающего нитрат калия, идитол и дициандиамид, который содержит подготовку исходных компонентов и раствора идитола в этиловом спирте для последовательного смешивания, грануляцию готовой смеси на сите с ячеями 1-2 мм и финишную сушку, совмещенную с провяливанием, на перфорированных лотках слоями 2-3 см, до контролируемого содержания летучих и влаги, отличающийся тем, что идитол вводят в форме 50%-го раствора в этиловом спирте и в виде порошка дозами в отношении как 1:3 соответственно, при этом раствор, содержащий идитол в количестве 2,5-3,0 мас.%, смешивают с 61-65 мас.% нитрата калия, куда затем добавляют порошки, в мас.%: 24-26 дициандиамида и 8,5-10,0 идитола, а сушат гранулированную смесь до содержания летучих и влаги не более 0,6 мас.%.