Засіб для дезінфекції

Реферат: Винахід належить до дезінфікуючих засобів, а саме до препаратів для обеззаражування промислових, побутових, сільськогосподарських об'єктів від комах, грибків, плісені, мікробів, бактерій. Заявлено засіб для дезінфекції, що містить сірку та наповнювач, причому як наповнювач містить речовини з ряду силікатів або з ряду природних мінералів або їх суміші, причому щільність засобу для дезінфекції визначається залежністю: 3 брик  0,90  2,02  1  0,2с н  г  см , де: брик - щільність брикету засобу для дезінфекції, г  см3 ; с н - масова частка наповнювача в засобі для дезінфекції. UA 105128 C2 (12) UA 105128 C2 UA 105128 C2 5 10 15 20 25 Винахід належить до дезінфекційних засобів, а саме до препаратів для обеззаражування промислових, побутових, сільськогосподарських об'єктів від комах, грибків, плісені, мікробів, бактерій. Серед великої кількості речовин, що використовуються для знищення шкідливих комах, кліщів, а також проти грибкових та бактеріальних інфекцій одним з самих відомих та ефективних є діоксид сірки SO2. Спочатку діоксид сірки одержували шляхом спалювання сірки безпосередньо в приміщення, в яких проводиться дезінфекція, але такий спосіб генерації дезінфікуючого агента SO2 виявився неефективним, до того ж він є пожежонебезпечним та шкідливим для людей. Тому для генерації діоксиду сірки стали використовувати такі хімічні сполуки, як пірофосфат калію та пірофосфат натрію. Ці хімічні речовини безпосередньо в оброблюваному приміщенні розкладаються з виділенням в оточуючий простір діоксиду сірки SO2 (авторське свідоцтво СРСР № 1320919, 190875, патенти РФ RU2116726,1998; RU 2028037, 1995; RU 20415898, 1995). Недоліком цього засобу є його низькі споживчі властивості, оскільки зберігання пірофосфату калію та пірофосфату натрію в складських умовах є неможливим в силу нестабільності цих сполук. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що передбачається, є дезінфікуючий склад згідно з патентом РФ RU 2199 856, 2003. До складу цього засобу входить сірка в кількості 60-90 % вагових та наповнювачі: двоводний гіпс та цемент у співвідношенні 1:1 в кількості 10-40 % вагових. Засіб виробляється у вигляді пресованого брикету. При підпалювання цього засобу відбувається горіння сірки: S+O2  SO2+362,4 кДж. (1) Характеристикою ефективності засобу для дезінфекції Ε служить відносна кількість згорілого засобу:  30 35 40 45 50 55  зг  100% , о (2) де: Мзг - маса згорілої частини засобу; М0 - початкова маса засобу. У відомому засобі за патентом РФ RU 2199 856, 2003 ефективність Ε становить не більше 38 %. Причиною цього є нераціональна організація пресованої структури виробу і, як наслідок, не ефективний процес його згоряння. У відповідності до теорії горіння, процес горіння брикету деззасобу, що складається з сірки та наповнювача, правомірно розглядати як горіння макрогетерогеної системи, в якій відбувається дифузійне поширення полум'я вздовж поверхні горючого матеріалу. Інтенсивність горіння визначається тепло - та масопереносом в передній кромці полум'я та залежить від величини потоку окислювача (в даному випадку кисню повітря), що надходить в зону горіння та від величини потоку продуктів реакції горіння (в даному випадку діоксиду сірки), який відводиться з зонти горіння в оточуюче середовище. Ці потоки в свою чергу залежать від властивостей гетерогенної структури брикету деззасобу: кількості домішок у його складі та щільності брикету. Розглянемо процеси, що відбуваються при горінні деззасобу, який має вигляд пресованого брикету та складається з сірки з наповнювачем. На фіг. 1 представлені структурна схема брикету деззасобу, що складається з сірки та наповнювача. На фіг. 2 представлена схема горіння деззасобу. В процесі горіння деззасобу, яке відбувається в напрямку зверху вниз, верхні шари сірки поступово згоряють. Гетерогенний фізико-хімічний процес горіння двокомпонентної системи сірка-наповнювач складається з наступних стадій: - фільтрація повітрі з нижньої частого виробу в зону реакції окислення (горіння); - горіння сірки; - фільтрація продуктів горіння сірки - диоксиду сірки SO2 із зони горіння через каркасну структуру в зовнішнє середовище. Фільтраційний потік VO2 кисню з нижньої частини брикету через його пористу структуру проникає в зону горіння. Згідно з законом Дарсі цей потік визначається як 1 UA 105128 C2 VO2    1  p  O2  g , O 2 (3) де: K1 - проникливість, яка характеризує здатність пористого середовища до проникнення кисню; O 2 - динамічна в'язкість кисню; 5 Δр - градієнт тиску; O 2 - щільність кисню; g - прискорення сили тяжіння. Відповідно, потік діоксиду сірки, який рухається із зони горіння через верхню частину брикету деззасобу назовні, визначається як: VSO 2  10   2  p  SO 2  g , SO 2 (4) де: K2 - проникливість, яка характеризує здатність пористого середовища до проникнення діоксиду сірки; SO 2 - динамічна в'язкість діоксиду сірки; Δр - градієнт тиску; 15 SO 2 - щільність діоксиду сірки; g - прискорення сили тяжіння. Градієнт тиску Δр є незначним в порівнянні з інерційною складовою рівнянь (3) та (4) ρ•g, тому правомірно припустити, що VO2  VSO 2 20 1  O2  g; O 2 (5) 2   SO 2  g. SO 2 (6) Фізичні параметри кисню та діоксиду сірки відомі: O 2 = 19,1 • 10-6 Па • с; SO 2 =11,6·• 10-6 Па • с; O 2 = 1, 429 кг•м -3; SO 2 = 2,86 кг·•м -3. Для визначення коефіцієнта проникності газу в пористому середовищі K скористаємося залежністю: (Гиматудинов Ш.К. Физика нефтяного и газового пласта. - Μ., Недра, 1971): 25 30  m  r2 , 8 (7) де: m - пористість; r - розмір порового каналу. Пористість m брикету визначаємо як частку елементарного об'єму, яка не зайнята твердою речовиною. У вихідному стані, до підпалювання, пористість брикету деззасобу позначаємо як m0. Пористість m1 верхньої каркасної частини брикету, в якій вигоріла сірка, дорівнює m1  35 m0 c н , (8) де: cн - масова доля наповнювача в деззасобі. Позначаємо початковий розмір порового каналу в брикеті деззасобу, до його підпалювання як rо. Визначаємо проникність газу в брикеті деззасобу у вихідному стані, до підпалювання як: 0  2 m0  r0 8 . (9) Поровий канал r1 в брикеті деззасобу верхньої каркасної частини брикету, в якій вигоріла сірка, збільшується за рахунок вигорілої складової деззасобу - сірки до розміру r1  40 m0 c н . (10) Виходячи з рівнянь (7-10) визначаємо проникність газу в верхній частині брикету як 1   0  m0 c н . (11) 2 UA 105128 C2 5 10 Виходячи з умов горіння, на основі практичних даних приймаємо масову частку наповнювача в деззасобі cн = 0,05  0,35. Для досягнення максимальної ефективності деззасобу необхідно забезпечити оптимальні умови для його горіння, - коли потік кисню, що надходить з нижньої частини деззасобу в зону горіння, гарантовано перевищує потік продукту горіння - діоксиду сірки SO2, від зони горіння назовні: VO2  1,5 VSO2. (12) Підставляючи в рівняння (5) та (6) одержані значення проникливості K0 та K1 в нижній верхній та верхній зоні брикету деззасобу та числові значення фізичних параметрів кисню та діоксиду сірки, одержуємо: m0=0,2cн. (13) Пористість брикету деззасобу m0 визначається як m0  1  брик мон , (14) де: брик - щільність брикету деззасобу; 15 мон - щільність "моноліту" брикету деззасобу, так якщо б він був виготовлений зовсім без пор. З рівнянь (13) та (14) визначаємо: брик = мон • (1-0,2 c ). (15) н 20 Середнє значення щільності моноліту мон - суміші сірки та наповнювача в робочих -3 концентраціях дорівнює (0,90  2,02) г•см . Звідси остаточно визначаємо залежність для щільності деззасобу, при якій досягається його максимальна ефективність: брик = (0,90  2,02) • (1-0,2 c ) г•см -3, (16) н 25 30 35 40 45 де: cн - масова частка наповнювача в деззасобі. Винахідницький рівень пропонованого технічного рішення полягає у наступному. Виконання засобу для дезінфекції у вигляді брикету, який складається з сірки та наповнювача, з щільністю, яка визначається залежністю брик = (0,90  2,02) • (1-0,2 cн), де: Сн - масова доля наповнювача в деззасобі, дозволяє створити раціональну структуру згоряючої твердої субстанції, яка одночасно забезпечує горіння в нелімітованому по окислювачу - кисню повітря режимі та достатню швидкість відводу з зони горіння в оточуюче середовище продукту горіння - діоксиду сірки SO2, який і є дезінфікуючим агентом. Ця нова властивість гетерогенної структури брикету деззасобу досягається саме за рахунок оптимального співвідношення: щільність одержаних брикетів брик та кількість домішок - масова доля наповнювача в деззасобі Сн, яка визначається залежністю (16). У відомих засобах для дезінфекції згорання брикету, що складається з сірки та наповнювача носить неорганізований, стихійний характер, внаслідок чого ефективність їх низька та не перевищує 38 %. Нижче наведені приклади конкретного використання запропонованого засобу для дезінфекції. Було виготовлено зразки брикетів засобу для дезінфекції, які складаються з сірки з різними наповнювачами, різною масовою часткою наповнювача cн, з різною щільністю одержаних брикетів брик . Далі одержані зразки спалювалися в зовнішньому просторі. Ефективність зразків засобу для дезінфекції Ε оцінювали за відносною кількістю згорілого засобу:   зг  100% , о де: Мзг - маса згорілої частини засобу; М0 - початкова маса засобу. Результати досліджень представлені в таблиці. 50 3 UA 105128 C2 Таблиця Дослідження ефективності засобу для дезінфекції Діапазон Значення щільності щільності, брик , г•см -3 Масова зразків вирахуваний частка Зразок За Наповнювач наповнювача по В межах № в деззасобі, залежності залежності межами залежнос брик , Сн (16) (16) ті (16) -3 г•см 1 2 3 4 5 6 1-1 0,81 1-2 0,90 0,05 0,892,0 1-3 1,51 1-4 2,06 2-1 0,80 2-2 0,98 0,1 0,881,98 Група Ρ 2-3 1,51 Силікати 2-4 2,2 (цемент, 3-1 0,79 гіпс, крейда 3-2 0,92 та інші) 0,20 0,861,94 3-3 1,77 3-4 2,1 4-1 0,75 4-2 0,91 0,35 0,841,88 4-3 1,62 4-4 1,90 4 Ефективності засобу для дезінфекції Е, % В межах За межами залежное залежності ті (16) (16) 7 8,8 9,1 22,5 24,6 58,6 53,0 42,4 40,5 8 7,6 7,0 20,4 18,7 44,3 39,5 36,5 33,7 UA 105128 C2 Продовження табл. 1 Група R Природні мінерали (цеоліт, шунгіт, кварцит, пісок та інші) Група S Суміш речовин груп Ρ-R у співвідношенні 1:1 5 10 15 20 25 2 5-1 5-2 5-3 5-4 6-1 6-2 6-3 6-4 7-1 7-2 7-3 7-4 8-1 8-2 8-3 8-4 9-1 9-2 9-3 9-4 10-1 10-2 10-3 10-4 11-1 11-2 11-3 11-4 12-1 12-2 12-3 12-4 3 4 0,05 0,892,0 0,1 0,881,98 0,20 0,861,94 0,35 0,841,88 0,05 0,892,0 0,1 0,881,98 0,20 0,861,94 0,35 5 0,96 1,80 0,95 1,86 0,90 1,83 0,91 1,75 0,95 1,83 0,95 1,81 0,96 1,75 0,96 1,74 0,841,88 6 0,83 2,14 0,81 2,2 0,82 2,18 0,80 1,95 0,80 2,2 0,84 2,05 0,77 2,1 0,75 2,05 7 7,8 8,6 24,8 26,1 56,7 52,1 42,0 39,6 7,7 8,8 24,8 26,9 54,8 53,1 43,4 41,0 8 4,2 6,5 19,6 20,1 41,5 38,1 34,1 32,6 3,8 4,9 16,9 21,3 39,5 36,5 36,2 32,4 Результати досліджень свідчать, що в діапазоні щільності засобу для дезінфекції брик = -3 (0,90  2,02) г•см , та при значеннях масової долі наповнювача в деззасобі С н = (0,05  0,35) виготовлення брикету з щільністю, що відповідає залежності брик = (0,90  2,02) • (1-0,2 cн) г•см -3 , дозволяє підвищити його ефективність в порівнянні з відомими засобами на 14-46 %. Таке суттєве підвищення ефективності пропонованого деззасобу досягається завдяки виготовленню його з оптимальними показниками щільності, що визначається залежністю (16). В цьому випадку реалізуються найкращі умови горіння деззасобу, коли потік кисню, що проникає в зону горіння скрізь нижню незгорілу масу виробу, щонайменше в 1,5 разу перевищує потік продукту горіння - дезінфікуючого агента діоксиду сірки SO2 від зони горіння назовні скрізь скелетну структуру негорючих домішок. В відомій науково-технічній літературі відсутні рішення, аналогічні заявленому. Це дозволяє зробити висновок про відповідність пропонованого засобу для дезінфекції умові патентоздатності "новизна". Тільки виготовлення засобу для дезінфекції у відповідності до заявлених показників щільності, що визначаються залежністю (16) дозволяє досягти бажаного результату: підвищенню ефективності засобу для дезінфекції. Це дає підстави говорити про відповідність пропонованого технічного рішення вимозі патентоздатності "винахідницький рівень". Таким чином, суть винаходу характеризується у наступним: Оскільки процес горіння деззасобу, що складається з сірки та наповнювача, є гетерогенним дифузійним, швидкість процесу згоряння та його повнота, тобто ефективність, залежить від 5 UA 105128 C2 5 величини дифузійних потоків кисню, що шляхом фільтрації проникає в зону горіння та від величини дифузійних потоків продукції реакції, що також шляхом фільтрації відводяться з зони горіння. При цьому важливо дотримання принципу оптимального співвідношення між потоками кисню VO2 та потоками продуктів реакції VSO2. Необхідно, щоб ці потоки відповідали співвідношенню: VO2  1,5 VSO2. Лише при додержані цих умов можливо досягнення технічного результату: підвищення ефективності згоряння деззасобу Е, яка визначається відносною кількістю згорілого деззасобу:  10 15  зг  100% , о де: Мзг - маса згорілої частини засобу; М0 - початкова маса засобу. Вказана технічна задача вирішується тим, що пропонований засіб для дезінфекції, який містить відомі ознаки: - складається з сірки та наповнювача; - виготовлений у вигляді брикету; містить нову ознаку: - щільність деззасобу визначається залежністю брик = (0,90  2,02) • (1-0,2 c ) г•см -3, н де: брик - щільність брикету засобу для дезінфекції, г•см ; Сн - масова частка наповнювача в деззасобі. Тільки виготовлення засобу для дезінфекції у відповідності до заявлених показників щільності, що визначаються залежністю (16) дозволяє досягти того ефекту, що потік кисню, що надходить в зону горіння, щонайменше в 1,5 разу перевищує потік продуктів реакції, що відводяться з зони горіння. Внаслідок цього досягається максимальна повнота згоряння деззасобу і, як наслідок, досягається бажаний технічний результат: підвищується ефективність засобу для дезінфекції. В порівнянні з відомими технічними рішеннями ефективність пропонованого засобу для дезінфекції зростає на 14-46 %. Засіб для дезінфекції виробляється наступним чином: вихідні компоненти - сірка та наповнювач змішуютьсяв міксерах циркуляційного, об'ємного чи дифузійного типу. Далі суміш дозується та формується у брикети. -3 20 25 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 1. Засіб для дезінфекції, який містить сірку та наповнювач, виготовлений у вигляді брикету, який відрізняється тим, що щільність його визначається залежністю брик  0,90  2,02  1  0,2с н  г  см3 , де: брик - щільність брикету засобу для дезінфекції, г  см3 ; 40 с н - масова частка наповнювача в засобі для дезінфекції. 2. Засіб за п. 1, який відрізняється тим, що як наповнювач він містить щонайменше одну речовину з ряду силікатів: цемент, гіпс, крейда та інші. 3. Засіб за п. 1, який відрізняється тим, що як наповнювач він містить щонайменше одну речовину з ряду природних мінералів: цеоліт, шунгіт, кварцит, пісок та інші. 4. Засіб за п. 2 або п. 3, який відрізняється тим, що як наповнювач містить суміш щонайменше однієї речовини, вказаної в п. 2, та щонайменше однієї речовини, вказаної в п. 3. 45 6 UA 105128 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 7