способ получения сорбционно-фильтрующего материала и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения сорбционно-фильтрующего материала посредством продувания воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом через волокнистый материал, отличающийся тем, что напыление производят при наложении на слой материала или на поток воздуха знакопеременной пульсирующей вибрации, создаваемой механическим вибратором или пульсатором давления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибрацию, создаваемую механическим вибратором, осуществляют с частотой 1 - 30 Гц, амплитудой 1 - 30 мм и числом циклов 10 - 30.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибрацию осуществляют пульсатором давления с частотой 5 - 30 Гц, числом циклов 20 - 150 и при соотношении давления вибрации к давлению потока воздуха 1,5 - 30.

4. Устройство для получения сорбционно-фильтрующего материала, содержащее вентилятор, камеру напыления с распылителем, бункер с сорбентом и вспомогательные фильтры очистки, отличающееся тем, что оно снабжено лентопротяжным механизмом для протягивания волокнистой ленты-заготовки через напылительную камеру, а также механическим вибратором волокнистого слоя либо пульсатором давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике очистки газов от радиоактивных и высокотоксичных химических веществ, в частности к получению сорбционно-фильтрующих материалов для улавливания аэрозолей и паров вредных веществ.

Известны способ приготовления фильтра для поглощения газов и аэрозолей из целлюлозных волокон и активированного угля в виде картона, литьевым способом [1] и способ приготовления адсорбирующего материала путем смешения порошка активного угля с вискозой, перемешивания смеси и обработки ее коагулятором вискозы [2].

Недостатком известных способов являются большое сопротивление потоку проходящего через материал воздуха и хрупкость материала.

Наиболее близким к изобретению является способ и устройство для изготовления сорбционно-фильтрующего материала [3] , который предназначен для внесения методом напыления различных тонкоизмельченных сорбентов на фильтрующий материал ФП (Фильтр Петрянова) с целью получения фильтрующих элементов универсальных респираторов типа "Лепесток".

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что при нанесении тонкоизмельченных сорбентов путем простого продувания воздуха с распыленным в нем сорбентом через волокнистый слой материала частицы сорбента по закону фильтрации осаждаются на волокнах и располагаются в волокнистом слое по экспоненциальной зависимости от толщины слоя и слабо проникают в глубину слоя, что ограничивает количество вносимого сорбента в волокнистый слой и снижает сорбционную способность изготовляемого материала.

Изобретение позволяет повысить сорбционные свойства материала за счет более глубокого проникновения мелких фракций сорбента в волокнистый слой и создания в нем протяженного слоя сорбента.

В способе получения сорбционно-фильтрующего материала, состоящего в продувании воздуха с распыленным в нем сорбентом через волокнистый слой материала, согласно изобретению, продувание производят при наложении на слой материала или на поток воздуха знакопеременной пульсирующей вибрации, создаваемой механическим вибратором или воздушным пульсатором, под действием которой происходит перераспределение осаждаемых частиц сорбента на волокнах и проникновение их в глубину волокнистого слоя материала. При этом также разрушается поверхностная корка сорбента, находящегося на лобовом слое материала и создающая дополнительное сопротивление проходящему потоку воздуха при сорбции паров.

Изобретение осуществляют следующим образом.

При механическом воздействии, в процессе нанесения угольного сорбента с размером частиц меньше 40 мкм на волокнистый материал ФПП-70 со скоростью 10-50 см/с, вибрацию производят с частотой 1 - 30 Гц, амплитудой 1 - 30 мм и числом циклов (ударов) 10 - 30. Пределы вибрации выбраны в соответствии с данными в табл. 1.

При выбранных пределах вибрации в волокнистом слое достигается глубокое проникновение мелких частиц сорбента в волокнистый слой материала и образуется протяженное и равномерное их распределение по глубине слоя. Это увеличивает при работе материала контакт улавливаемых паров с сорбентом и повышает его поглощающую способность и емкость. Увеличение частоты вибрации и амплитуды за указанные пределы нецелесообразны, поскольку это не оказывает существенного влияния на распределение сорбента в слое и приводит только к увеличению его сопротивления при сорбции паров, что увеличивает энергозатраты на изготовление материала и его использование.

При применении пульсатора давления нанесение угольного сорбента с размером частиц меньше 40 мкм на волокнистый материал ФПП-70, находящийся на слое склеенных волокон, со скоростью 20 - 45 см/с вибрацию производят с частотой 5 - 30 Гц, при соотношении давления пульсации к давлению основного потока 1,5 - 30 и числе циклов 20 - 150. Пределы вибрации выбраны в соответствии с данными в табл.2.

Выбранные пределы пульсации давления на поток воздуха с распыленным в нем сорбентом достаточны для создания в волокнистом материале протяженного слоя сорбента на всю глубину слоя, что существенно увеличивает сорбционную способность изготовляемого материала. Увеличение частоты за указанные пределы сглаживает пульсацию и уменьшает соотношение давлений, что приводит к ухудшению распределения сорбента по глубине волокнистого слоя. Увеличение соотношения давлений за указанные пределы увеличивает энергозатраты на вибрацию.

Для изготовления сорбционно-фильтрующего материала в качестве волокнистого материала был выбран рыхлый фильтрующий материал ФПП-70 (диаметр волокон 7 мкм) с плотностью слоя не более 3% и сопротивлением 0,3 мм вод. ст. при скорости проходящего потока воздуха 1 см/с. Этот материал показал наилучший результат внесения в него сорбента.

Устройство для получения сорбционно-фильтрующего материала содержит камеру напыления, вентилятор, бункер, распылитель сорбента и очистные фильтры. Просасывание воздуха с распыленным в нем сорбентом осуществляют снизу вверх на движущую волокнистую ленту-заготовку за счет разрежения в верхней части камеры с одновременным наложением ударной вибрации на слой волокнистого материала, создаваемой механическим вибратором по схеме, изображенной на фиг. 1, либо пульсирующего давления на поток просасываемого воздуха с помощью плунжерного компрессора по схеме, изображенной на фиг.2.

Устройство позволяет полностью автоматизировать процесс приготовления сорбционно-фильтрующего материала и изготовлять его в виде широкой или узкой ленты.

Получение сорбционно-фильтрующего материала в виде рулона СФМ-И на установке, изображенной на фиг. 1, осуществляют путем напыления на склеенные в рулон полотна фильтрующего материала ФПП-70-0.3 со скоростью потока воздуха 10 см/с мелкоизмельченного угля ОУ-А, импрегнированного азотнокислым серебром, при наложении на материал пульсирующей механической вибрации с частотой 1 -3 Гц, амплитудой 10 мм и числом циклов 10-30.

Устройство для этого состоит из камеры 1 напыления с распылителем 6 сорбента, лентопротяжного механизма с двумя бобинами 4 для намотки волокнистого материала 2, вентилятора 3 среднего давления для отсоса воздуха, бункера 5 с сорбентом, распылителя 6 и механического вибратора 10, расположенного в верхней части напылительной камеры 1, а также вспомогательной бобины 7 с прикрывающим волокнистым материалом и фильтром очистки 8, расходомером 8.

Устройство работает следующим образом.

Заправляют в установку рулоны основного волокнистого и вспомогательного прикрывающего материала, засыпают в бункер сорбент и подают его в камеру напыления. Затем включают лентопротяжный механизм, вентилятор и механический вибратор. При этом происходит распыление сорбента в нижней части камеры, просасывание его через движущийся волокнистый материал и под действием вибрации заполнение волокнистого слоя сорбентом. На выходе из напылительной камеры напыленный волокнистый материал прикрывается свежим слоем вспомогательного волокнистого материала и сматывается на бобину в рулон.

Таким способом был получен сорбционно-фильтрующий материал СФМ-И с содержанием сорбента 4 - 5 мг/см², что обеспечило улавливание аэрозоля и паров радиоактивного йода с эффективностью свыше 90%. Материал СФМ-И предназначен и применяется для определения загрязненности воздуха радиоактивным йодом.

Способ и устройство обеспечивают также получение узких сорбционно-фильтрующих лент типа СФЛ-2И-50 и СФЛ-Р-50 для улавливания и анализа содержания в воздушных выбросах радиоактивного йода и ртути соответственно. Нанесение сорбента осуществлено путем продувания воздуха с распыленным в нем тонкоизмельченным сорбентом через движущую волокнистую ленту из материала ФПП-70-0.3, находящегося на слое проклеенных волокон со скоростью 20 см/с. В процессе напыления сорбента на поток воздуха накладывают вибрацию, создаваемую плунжерным пульсатором 11 давления с частотой 12 Гц, числом ударов 120 и при соотношении давления пульсации к давлению основного потока воздуха через волокнистый материал 2.

Устройство для изготовления лент состоит из лентопротяжного механизма, бобин 4,7 с волокнистыми лентами-заготовками, вентилятора 3, напылительной камеры 1, бункера 5, распылителя 6 сорбента, фильтров очистки 8 и пульсатора давления 11, расходомера 9. Устройство схематически изображено на фиг.2.

Устройство работает так же, как предыдущее, только вибрация создается плунжерным компрессором 11.

С помощью заявляемого устройства осуществлено промышленное изготовление сорбционно-фильтрующих лент с содержанием сорбента 3 -8 мг/см², что обеспечивает эффективно улавливание паров и аэрозолей радиоактивного йода и ртути.

Ленты СФЛ-2И-5- и СФЛ-Р-50 предназначены и применяются в радиометрах для отбора проб и определения содержания соответственно радиойода и ртути в воздухе.

Использование предлагаемых способа и устройств для получения сорбционно-фильтрующего материала позволило получить материал с более протяженным равномерным слоем сорбента, обеспечивающим увеличение эффективности сорбции и времени защитного действия на несколько процентов.

Кроме того, предлагаемый способ позволил получить сорбционно-фильтрующий материал не только в виде отдельных заготовок, но и в виде длинной ленты, и полностью автоматизировать технологический процесс производства материала.