Регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів

Реферат: Регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів містить надпероксид калію та структуроутворюючу добавку. Як структуроутворюючу добавку містить спучений вермикуліт, на який способом адсорбції нанесений надпероксид калію у співвідношенні від 0,6:1 до 1,4:1. UA 75578 U (12) UA 75578 U UA 75578 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до складів хімічних продуктів для одержання кисню, які використовуються в ізолюючих дихальних апаратах та системах регенерації повітря. Найбільш поширені з відомих складів хімічних продуктів для одержання кисню базуються на використанні гранульованого або таблетованого твердого надпероксиду калію. Запуск реакції розкладу цієї речовини проходить в присутності вологи і нагріванні її тим чи іншим способом. Після запуску розклад надпероксиду калію проходить з утворенням атомарного кисню і калій гідроксиду. Подальше виділення кисню забезпечується за рахунок вологи і карбон діоксиду, які видихаються людиною. Карбон діоксид, реагуючи з калій гідроксидом і утворюючи калій карбонат та калій бікарбонат, дає необхідне тепло, а волога, яка при цьому виділяється, і волога, що видихається людиною, каталізують подальший розклад надпероксиду калію. З огляду на те, що надпероксид калію є речовиною нестійкою, його необхідно стабілізувати, що досягається застосуванням різного типу добавок, в основному добавок сульфату магнію. Регенеративні продукти для одержання кисню на основі твердого надпероксиду калію отримують двома способами. За першим з них необхідні компоненти спочатку отримують у твердому стані, потім механічно змішують і з отриманої суміші формують таблетки або гранули. Недоліком продукту, отриманого шляхом механічного змішування твердих речовин, є практична неможливість рівномірного розподілу компонентів, тобто неможливість отримання продукту зі стабільними характеристиками, зокрема динамікою виділення кисню. Регенеративні продукти для одержання кисню за другим способом отримують шляхом змішування вихідних компонентів у рідкій фазі. Як правило, до розчину гідроген пероксиду додають необхідні добавки і твердий калій гідроксид. Зрозуміло, при цьому відбуваються певні хімічні реакції з виділенням великої кількості теплоти, що вимагає значних зусиль по охолодженню суміші і "розтягує" процес у часі. Отриманий розчин потім, як і при виготовленні твердого надпероксиду калію, піддають висушуванню у потоці сушильного агенту. Недоліком продукту, отриманого таким способом, є опливання гранул, тобто утворення на їх поверхні щільного шару з карбонатів і гідроксидів, який ізолює внутрішні шари матеріалу. Це, по-перше, знижує коефіцієнт використання надпероксиду калію і, по-друге, погіршує динаміку виділення кисню, що веде до нестійкої роботи апаратів і раптових відмов у роботі. Крім того, в таких продуктах спостерігається комкування гранул, що також призводить до утворення в об'ємі регенеративного продукту нещільностей і розривів та впливає на динаміку виділення кисню, і таким чином знижує експлуатаційні характеристики дихальних апаратів. Крім того, регенеративні продукти для одержання кисню отримують шляхом змішування кисневмісного продукту та структуроутворюючої добавки. Відомий регенеративний продукт, який складається з твердого надпероксиду калію та хризоліту (заявка ФРГ № 1546513, МПК А62В19/00, опубл. 05.06.1970 г.). Недоліком цього регенеративного продукту є те, що використання як структуроутворюючої добавки подрібненого хризоліту, волокна якого виходять на поверхню гранул регенеративного продукту, призводить до підвищення аеродинамічного опору диханню користувача. Крім того, при змішуванні і подальшій обробці механічно слабкий хризоліт руйнується, і таким чином його дрібні частки можуть проходити через фільтри та потрапляти до органів дихання людини, що, враховуючи канцерогенність хризоліту, є неприпустимим. Найбільш близьким до заявленого регенеративного продукту є регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів, який містить надпероксид калію, надпероксид натрію, а як структуроутворюючу добавку містить силікат кальцію у вигляді волокнистого матеріалу воластоніту. Регенеративний продукт отримують шляхом механічного змішуванням компонентів. (Патент Российской Федерации на изобретение № 2335316 "Регенеративный продукт для изолирующих дыхательных аппаратов", МПК A62D9/00, публ. 10.10.2008 г.). Недоліком такого регенеративного продукту є те, що кисневмісна речовина - надпероксид калію у масі регенеративного продукту лишається у вигляді агломератів, кожен з яких здатен до опливання поверхні, а також поверхня, доступна для вологи з продуктів дихання для вивільнення атомарного кисню, є обмеженою, що гальмує подачу кисню при інтенсивному диханні. В основу корисної моделі поставлена задача створити регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів, який містить кисневмісну речовину, нанесену на структуроутворюючу добавку, з постійною динамікою виділення кисню та повним використанням кисневмісної речовини, що забезпечує покращення експлуатаційних характеристик дихальних апаратів Поставлена задача вирішується тим, що регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів містить надпероксид калію та структуроутворюючу добавку, згідно з корисною 1 UA 75578 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 моделлю, як структуроутворюючу добавку містить спучений вермикуліт, на який способом адсорбції нанесений надпероксид калію у співвідношенні від 0,6:1 до 1,4:1. Суть запропонованої корисної моделі полягає в наступному. Як регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів пропонується застосовувати спучений вермикуліт, на який адсорбують надпероксид калію. Спучений вермікуліт має низьку насипну масу і розвинену поверхню з великим відсотком відкритих порожнин. Адсорбований на спучений вермикуліт надпероксид калію рівномірно тонким шаром вкриває стінки порожнин, що дозволяє покращити динаміку виділення кисню за рахунок збільшення площі контакту активної речовини з вологою та вуглекислим газом і запобігає ізоляції активної речовини за рахунок "опливання", що підвищує ступінь використання надпероксиду калію. Для приготування регенеративного продукту спочатку готують концентрований розчин калій гідроксиду, до якого додають магній сульфат. При температурі, не вищій за 2 С, цей розчин поступово при постійному перемішуванні приливають до потрібної кількості 47-50 %-го водного розчину гідроген пероксиду з розчиненим у ньому магній сульфатом. По закінченні змішування компонентів суміш перемішують ще 20-30 хв. і поступово підігрівають до кімнатної температури. Для розчинення осаду, що випав, до суміші додають необхідну кількість дистильованої води. Отриманий розчин дипероксогідрату пероксиду калію при кімнатній температурі поступово втрачає активний кисень, але для практичного використання зберігає свою придатність протягом до 3-4 діб. В межах цього часу розчин поміщають в широку ємність, поставлену до вакуумного ексикатора. В цю ж ємність поміщають марлеві мішечки з просушеним спученим вермикулітом. Мішечки накривають лійкою Бюхнера з таким розрахунком, щоб вони весь час знаходилися повністю зануреними у розчин. Ексикатор підключають до вакуумного насоса і останній вмикають. Вакуум "витягає" з пор спученого вермикуліту повітря. Після відключення ексикатора від вакууму атмосферний тиск "заганяє" на місце, яке звільнилося, розчин дипероксогідрату пероксиду калію. Процедуру "відкачка-тиск атмосфери" повторюють три-чотири рази, після чого мішечки витягають з ексикатора, обмивають ззовні дистильованою водою і поміщають до сушильної шафи, де проходить диспропорціонування до надпероксиду калію безпосередньо в порожнинах вермикуліту. Для гарантованого видалення вологи висушений носій з адсорбованим надпероксидом калію ще гарячим поміщають до вакуумного ексикатора і додатково протягом 50-60 хв. відсмоктують залишки парів вологи. Готовий продукт зберігають у запаяному вакуумованому поліетиленовому пакеті або у склянці з притертою пробкою. Приклади виготовлення регенеративного продукту. Приклад 1. В конічній колбі розчиняють 132 г 85-90 %-го калій гідроксиду гранульованого (КОН) у 280 мл дистильованої води. Розчин охолоджують до температури не вище 0 °C. У тригорлу реакційну колбу, оснащену механічною мішалкою, крапельною лійкою та термометром, розташовану у водяній бані, поміщають 260 мл 47-50 %-го розчину гідроген пероксиду (Н2О2). Розчин охолоджують до температури, не більшої 2 °C. До розчину додають 1,2 г магній сульфату семиводного (MgSO4×7Н2O). Після цього при перемішуванні по краплях вводять розчин калій гідроксиду (КОН) так, щоб температура не піднімалась вище 2 °С. По закінченні введення калій гідроксиду перемішування продовжують при тій же температурі ще 15-20 хвилин, після чого суміш у колбі поступово підігрівають до кімнатної температури. Осад, що утворився, розчиняють у додаткових 50 мл дистильованої води. Аналіз розчину (йодометричним методом) показав вміст 8,5 % активного кисню, що відповідає 48 %-й концентрації дипероксогідрату пероксиду калію. Частка розчину, залишена для вивчення його стійкості, показала поступове падіння вмісту активного кисню до 0,3 % за 24 дня, тобто до 0,35 % за добу. Основна частина розчину поміщається до широкої хімічної склянки, яку, в свою чергу, ставлять до вакуумного ексикатора. В розчин занурюють три мішечки з висушеним і зваженим вермикулітом, які накривають лійкою Бюхнера з таким розрахунком, щоб вони весь час були вкриті рідиною. Ексикатор підклюють до вакууму і повітря відкачують протягом 30 хвилин при залишковому тиску в 10-15 мм рт. ст. Кран ексикатора перекривають, вакуум відклюють і в ексикатор обережно впускають повітря. Операція відкачка - впуск повітря повторюється ще три рази. Мішечки витягають, обмивають дистильованою водою і поміщають до сушильної шафи. Сушка (диспропорціонування) проводиться протягом доби при температурі 85-90 °C. Отримані результати наведено нижче (табл. 1). 60 2 UA 75578 U Таблиця 1 Фракція № вермикуліту, зразка мм 1 0,5-1 2 1-2 3 3-4 4 5-6 5 10 Маса сухого зразка до просочування, г Маса просоченого і висушеного зразка, г Адсорбовано, г/% 4,23 5,01 3,99 4,78 5,93 7,26 5,61 7,28 1,70/40,3 2,24/44,7 1,62/40,6 2,50/52,4 Приклад 2. В конічній колбі розчиняють 132 г 85-90 %-го калій гідроксиду гранульованого (КОН) у 280 мл дистильованої води. Розчин охолоджують до температури не вище 0 °C. У тригорлу реакційну колбу, оснащену механічною мішалкою, крапельною лійкою та термометром, розташовану у водяній бані, поміщають 286 мл 47-50 %-го розчину гідроген пероксиду (Н2О2). Розчин охолоджують до температури не вище 2 °C. До розчину додають 1,2 г магній сульфату семиводного (MgSO4×7Н2O). Після цього при перемішуванні по краплях вводять розчин калій гідроксиду (КОН) так, щоб температура не піднімалась вище 2 °C. Далі, як в прикладах 1 та 2. Аналіз розчину (йодометричним методом) показав вміст 9,2 % активного кисню, що відповідає 51,75 %-й концентрації дипероксогідрату пероксиду калію. Частка розчину, залишена для вивчення його стійкості, показала поступове падіння вмісту активного кисню до тих же 0,3 % за 24 дня, тобто до 0,35 % за добу. Отримані результати наведено нижче (табл. 2). 15 Таблиця 2 № зразка 1 2 3 4 20 25 Фракція вермикуліту, мм 0,5-1 1-2 3-4 5-6 Маса сухого зразка до просочування, г 6,76 7,34 8,62 7,92 Маса просоченого і висушеного зразка, г 10,15 11,18 13,32 12,42 Адсорбовано, г/% 3,39/50,2 3,84/52,3 4,70/54,5 4,50/56,8 Приклад 3. В конічній колбі розчиняють 132 г 85-90 %-го калій гідроксиду гранульованого (КОН) у 280 мл дистильованої води. Розчин охолоджують до температури не вище 0 °C. У тригорлу реакційну колбу, оснащену механічною мішалкою, крапельною лійкою та термометром, розташовану у водяній бані, поміщають 312 мл 47-50 %-го розчину гідроген пероксиду (Н2О2). Розчин охолоджують до температури не вище 2 °C. До розчину додають 1,2 г магній сульфату семиводного (MgSO4×7H20). Після цього при перемішуванні по краплях вводять розчин калій гідроксиду (КОН) так, щоб температура не піднімалась вище 2 °C. Далі, як в прикладах 1 та 2. Аналіз розчину (йодометричним методом) показав вміст 9,1 % активного кисню, що відповідає 51,18 %-й концентрації дипероксогідрату пероксиду калію. Частка розчину, залишена для вивчення його стійкості, показала поступове падіння вмісту активного кисню до тих же 0,3 % за 24 дня, тобто до 0,35 % за добу. Отримані результати наведено нижче (табл. 3). 30 Таблиця 3 № зразка 1 2 3 4 35 Фракція вермикуліту, мм 0,5-1 1-2 3-4 5-6 Маса сухого зразка до просочування, г 8,83 9,18 7,49 12,75 Маса просоченого і висушеного зразка, г 13,19 14,05 11,28 20,07 Адсорбовано, г/% 4,36/49,4 4,87/53,1 3,79/50,6 7,32/57,4 Для дослідження стабільності отриманих регенеративних продуктів при зберіганні у сухому вигляді (у склянці з притертою пробкою) було відібрано по одній з фракцій кожного прикладу для аналізу на зміну активного кисню (йодометрією) протягом двох місяців. Отримані результати наведено нижче. 3 UA 75578 U Зміна вмісту активного кисню (%) у регенеративному продукті при зберіганні у герметичній ємності (табл. 4). Таблиця 4 Зразок Приклад 1, фракція 1 Приклад 2, фракція 2 Приклад 3, фракція 4 5 0 17,6 17,8 18,1 Час від початку досліджень, діб 15 30 45 16,9 16,3 15,8 17,0 16,4 15,9 17,2 16,5 15,9 60 15,3 15,3 15,3 Динаміку розкладу (виділення активного кисню) вивчали шляхом нагрівання зволожених зразків при різних температурах. Зміна вмісту активного кисню (%) при нагріванні зволоженого регенеративного продукту (табл. 5). Таблиця 5 Температура, °С 20 Приклад 1, фракція 2 30 20 Приклад 2, фракція 3 30 20 Приклад 3, фракція 1 30 Зразок 0 17,7 17,7 17,9 17,9 17,7 17,7 2 12,8 9,9 12,9 10,0 12,7 9,8 Час від початку дослідження, хв. 4 6 8 8,3 4,2 0,4 4,6 0,1 0,1 8,3 4,3 0,4 4,7 0,1 0,1 8,2 4,1 0,4 4,6 0,2 0,1 10 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 10 Створений регенеративний продукт дає можливість отримати технічний результат, який полягає в збільшені динаміки виділення кисню та повному використанні кисневмісної речовини, що забезпечує покращення експлуатаційних характеристик дихальних апаратів. 15 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Регенеративний продукт для ізолюючих дихальних апаратів, що містить надпероксид калію та структуроутворюючу добавку, який відрізняється тим, що як структуроутворюючу добавку містить спучений вермикуліт, на який способом адсорбції нанесений надпероксид калію у співвідношенні від 0,6:1 до 1,4:1. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4