RU2591964C1 - Aerosol sorbing air filter - Google Patents

Abstract

FIELD: treatment plants.

SUBSTANCE: invention relates to sorption equipment, particularly to means of collective protection, which can be used to clean air of radioactive aerosols, vapors of molecular iodine and its organic compounds, for example, in systems of air ventilation at radiochemical plants, as well as in systems of ventilation vessels civil and naval fleet with atomic reactors. Air filter comprises housing, in which there is removable cartridge with two filter elements made of folded zigzag-like three-layer sorption-filtering material, with separating separators located between folds. First layer of material along air course is made of thermo glued nonwoven web with surface density of 28-30 g/m². Second layer is made of fibrous nonwoven activated carbon material impregnated with silver nitrate and 1,4 diazo-bicyclo (2.2.2) octane and having static sorption activity as pairs of benzene 180-220 mg/g. Third layer is made of filtering cardboard having resistance to air flow 6-8 mm of water column. Ratio of fold height, gap between peaks of neighbouring folds and total thickness of material is (20÷25):(2.5÷3.0):1.

EFFECT: technical result is increased efficiency with least resistance of filter to air flow.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области сорбционной техники, в частности к средствам коллективной защиты, которые могут быть использованы для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей, паров молекулярного йода и его органических соединений, например в системах вентиляции воздуха на радиохимических производствах, а также в системах вентиляции судов гражданского и Военно-Морского флота с атомными реакторами.The invention relates to the field of sorption technology, in particular to collective protective equipment that can be used to purify air from radioactive aerosols, molecular iodine vapors and its organic compounds, for example, in air ventilation systems at radiochemical plants, as well as in civil and Navy with nuclear reactors.

Известен фильтр для очистки газов, содержащий сорбционно-фильтрующий композиционный материал на основе полимерных волокон и углерода. Сорбционно-фильтрующий материал - трехслойный, при этом средний слой выполнен из ультратонких перхлорвиниловых волокон, содержащих частицы активированного угля, обработанного нитратом серебра, или из активированных углеродных волокон, обработанных нитратом серебра, а внешние слои выполнены из смеси перхлорвиниловых проклеенных между собой ультратонких волокон с диаметром 5-9 и 0,5-1,2 мкм (РФ, кл. B01D 39/16, A62B 23/02, пат. №2188695 от 23.11.2000).A known filter for gas purification, containing a sorption-filtering composite material based on polymer fibers and carbon. The sorption-filtering material is three-layered, with the middle layer made of ultrafine perchlorovinyl fibers containing particles of activated carbon treated with silver nitrate, or of activated carbon fibers treated with silver nitrate, and the outer layers are made of a mixture of perchlorovinyl glued together ultrathin fibers with a diameter 5-9 and 0.5-1.2 μm (RF, class B01D 39/16, A62B 23/02, pat. No. 2188695 from 11.23.2000).

Известен фильтр для очистки воздуха от радиоактивного йода, содержащий многослойный фильтрующий элемент, при этом фильтр содержит лобовой по ходу фильтруемого воздуха слой фильтрующего элемента, выполненный из карбонизированного углеволокнистого фильтровального неимпрегнированного материала с поверхностной плотностью не менее 200 г/м², также фильтрующий элемент содержит слои, выполненные из фильтровального сорбирующего материала, содержащего частицы высокопористого сорбента, импрегнированного йодидом калия, третичным амином, нитратом серебра и/или йодидом бария в количестве не более 10%, а последний слой фильтрующего элемента по ходу очищаемого потока воздуха выполнен из тонковолокнистого материала (РФ, кл. G21F 9/02, B01D 53/68, пат. №2262758 от 24.11.2003).A known filter for air purification from radioactive iodine containing a multilayer filter element, the filter contains a frontal layer of filtering element made of carbonized carbon fiber filter non-impregnated material with a surface density of at least 200 g / m ² , and the filter element contains layers made from a filtering sorbent material containing particles of a highly porous sorbent impregnated with potassium iodide, tertiary amine, nit a silver atom and / or barium iodide in an amount of not more than 10%, and the last layer of the filter element in the course of the cleaned air stream is made of fine fiber material (RF, class G21F 9/02, B01D 53/68, patent No. 2262758 from 24.11. 2003).

Недостатками вышеописанных фильтров является использование в них сорбционно-фильтрующих материалов, содержащих частицы измельченного активированного угля и имеющих высокую поверхностную плотность углеволокнистого материала, что приводит к повышенному сопротивлению фильтра очищаемому потоку воздуха и выделению радиоактивной пыли.The disadvantages of the above filters are the use of sorption-filtering materials containing particles of crushed activated carbon and having a high surface density of carbon fiber material, which leads to increased filter resistance of the cleaned air stream and the release of radioactive dust.

Также известен фильтр для очистки газовых сред от аэрозолей, паров молекулярного йода и его соединений, содержащий корпус, снабженный средствами для входа и выхода газовой среды, в котором размещен сорбционно-фильтрующий многослойный материал в виде двух модулей, при этом первый модуль содержит слой, выполненный из высокопористого стекловолокнистого нетканого материала, слой волокнистого активированного углеродного материала и слой волокнистого углеродного импрегнированного материала. Второй модуль содержит слой из тонковолокнистой стеклобумаги или слой из нетканого волокнистого материала, полученного путем электроформования из раствора полиамида. Сорбционно-фильтрующий материал уложен в корпусе фильтра с образованием гофрированной структуры, слои в первом модуле разделены между собой сепараторами в виде сетки из металла, устойчивого к коррозии, а на входе фильтра имеется съемная вставка, содержащая слой нетканого волокнистого полиэфирного материала с диаметром волокон 10-50 мкм при толщине слоя не более 20 мм (РФ, кл. B01J 20/28, B01D 39/00, пат. №2487745 от 02.12.2011).Also known is a filter for cleaning gaseous media from aerosols, molecular iodine vapors and its compounds, comprising a housing equipped with means for entering and exiting a gaseous medium, in which sorption-filtering multilayer material in the form of two modules is placed, the first module comprising a layer made of highly porous fiberglass nonwoven material, a layer of fibrous activated carbon material and a layer of fibrous carbon impregnated material. The second module contains a layer of fine fiber glass paper or a layer of non-woven fibrous material obtained by electroforming from a solution of polyamide. Sorption-filtering material is laid in the filter housing with the formation of a corrugated structure, the layers in the first module are separated by separators in the form of a corrosion-resistant metal mesh, and at the inlet of the filter there is a removable insert containing a layer of non-woven fibrous polyester material with a fiber diameter of 10- 50 microns with a layer thickness of not more than 20 mm (RF, class B01J 20/28, B01D 39/00, US Pat. No. 2487745 dated 02.12.2011).

Недостатками описанного фильтра является громоздкость его конструкции, сложность процесса сборки фильтра из-за большого количества составляющих единиц, достаточно большое сопротивление многослойного сорбционно-фильтрующего материала.The disadvantages of the described filter is the bulkiness of its design, the complexity of the filter assembly process due to the large number of constituent units, a sufficiently large resistance of the multilayer sorption-filtering material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является аэрозольный сорбирующий фильтр для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений, содержащий корпус, в котором размещен фильтрующий элемент, выполненный из зигзагообразно сложенного многослойного сорбционно-фильтрующего материала с расположенными между складками разделительными сепараторами, где все слои крупноволокнистого фильтровального материала, кроме последнего по ходу потока очищаемого воздуха, содержат частицы тонкоизмельченного высокопористого сорбента диаметром 1-100 мкм в количестве 10-500 г/м², а последний слой выполнен из тонковолокнистого материала, не содержащего сорбента, а разделители-сепараторы выполнены из гофрированного алюминиевого листа (РФ, кл. B01D 39/16, G21F 9/02, пат. №2192914 от 27.12.2000). Этот фильтр принят за прототип заявляемого изобретения.The closest in technical essence and the achieved result is an aerosol sorbent filter for purifying air from radioactive aerosols and vapors of molecular iodine and its organic compounds, containing a housing in which a filter element is placed, made of a zigzag folded multilayer sorption-filtering material with separation separating between the folds separators, where all layers of coarse filter material, except the last along the stream of cleaned air , contain particles of finely ground highly porous sorbent with a diameter of 1-100 μm in an amount of 10-500 g / m ² and the last layer is made of a thin fiber material that does not contain sorbent, and the separators are made of corrugated aluminum sheet (RF, class B01D 39 / 16, G21F 9/02, Pat. No. 2192914 dated 12/27/2000). This filter is taken as a prototype of the claimed invention.

Недостатками данного фильтра являются пылевыделение из-за использования в нем тонкоизмельченного сорбента и стекловолокна, особенно в условиях эксплуатации при большой удельной скорости воздушного потока (объемной скорости воздуха на единицу фильтрующей поверхности), незащищенность открытого фильтрующего элемента от возможных механических повреждений, однократность использования фильтра.The disadvantages of this filter are dust emission due to the use of finely ground sorbent and fiberglass in it, especially under operating conditions at a high specific air flow rate (air volumetric velocity per unit filter surface), the open filter element is not exposed to possible mechanical damage, and the filter is used once.

Технический результат от использования предлагаемого фильтра заключается в отсутствии пылевыделения из-за применения материала, не содержащего частиц измельченного сорбента; в существенном продлении жизненного цикла фильтра и повышении его надежности благодаря наличию сменной кассеты, содержащей два фильтрующих элемента, защищенных корпусом кассеты; в увеличении эффективности очистки при наименьшем сопротивлении фильтра очищаемому потоку воздуха из-за выбранной композиции сорбционного-фильтрующего материала.The technical result from the use of the proposed filter is the lack of dust due to the use of a material that does not contain particles of crushed sorbent; in a significant extension of the filter life cycle and increasing its reliability due to the presence of a replaceable cartridge containing two filter elements protected by a cartridge housing; in increasing the cleaning efficiency at the lowest filter resistance of the cleaned air flow due to the selected composition of the sorption-filtering material.

Указанный технический результат достигается предложенным фильтром для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений, корпус которого снабжен сменной кассетой с двумя фильтрующими элементами, выполненными из зигзагообразно сложенного трехслойного сорбционно-фильтрующего материала с расположенными между складками разделительными сепараторами, при этом первый слой материала по ходу воздуха выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м², второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г, а третий слой выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст., при этом соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1.The specified technical result is achieved by the proposed filter for purifying air from radioactive aerosols and vapors of molecular iodine and its organic compounds, the casing of which is equipped with a removable cartridge with two filter elements made of a zigzag folded three-layer sorption-filtering material with separation separators located between the folds, while the first a layer of material on the air course formed from thermally bonded nonwoven fabric with a surface weight of 28-30 g / m ² sec the second layer is made of fibrous non-woven activated carbon material impregnated with silver nitrate and 1,4 diazo-bicyclo (2.2.2) octane and having a static sorption activity for benzene vapors of 180-220 mg / g, and the third layer is made of filter paper having resistance to air flow 6-8 mm of water. Art., while the ratio of the height of the fold, the gap between the vertices of the adjacent folds and the total thickness of the material is (20 ÷ 25) :( 2.5 ÷ 3.0): 1.

Отличие предлагаемого фильтра от прототипа заключается в том, что его корпус снабжен сменной кассетой с двумя фильтрующими элементами, изготовленными из трехслойного материала, в котором первый слой по ходу воздуха выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м², второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г, а третий слой выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст., при этом соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1.The difference between the proposed filter and the prototype is that its housing is equipped with a removable cartridge with two filtering elements made of a three-layer material, in which the first layer along the air is made of thermally bonded non-woven fabric with a surface density of 28-30 g / m ² , the second layer made of fibrous non-woven activated carbon material impregnated with silver nitrate and 1,4 diazobicyclo (2.2.2) octane and having a static sorption activity for benzene vapor of 180-220 mg / g, and the third layer made of filter paper having resistance to air flow of 6-8 mm of water. Art., while the ratio of the height of the fold, the gap between the vertices of the adjacent folds and the total thickness of the material is (20 ÷ 25) :( 2.5 ÷ 3.0): 1.

Из научно-технической и патентной литературы авторам не известен фильтр подобной конструкции.From the scientific, technical and patent literature, the authors do not know a filter of this design.

На фиг. 1 изображен внешний вид фильтра, где ниже перечисленные позиции обозначают:In FIG. 1 shows the appearance of the filter, where the following items indicate:

1 - корпус фильтра;1 - filter housing;

2 - сменную кассету;2 - replaceable cartridge;

3 - фильтрующий элемент;3 - filter element;

4 - входной диффузор;4 - input diffuser;

5 - выходной диффузор.5 - output diffuser.

На фиг. 2 изображены складки трехслойного сорбционно-фильтрующего материала (1, 2, 3 - слои материала) с расположенными между складками разделительными сепараторами из гофрированного электроизоляционного картона (4),In FIG. 2 shows the folds of a three-layer sorption-filtering material (1, 2, 3 - layers of material) with separation separators made of corrugated insulating cardboard (4) located between the folds

где А - высота складки;where A is the height of the fold;

В - зазор между вершинами соседних складок;B is the gap between the vertices of adjacent folds;

С - суммарная толщина материала.C is the total thickness of the material.

Фильтр работает следующим образом: очищаемый воздух через входной диффузор (4) поступает в кассету (2), проходит через фильтрующие элементы (3) и очищенным выходит через диффузор (5).The filter works as follows: the cleaned air through the inlet diffuser (4) enters the cartridge (2), passes through the filter elements (3) and cleansed out through the diffuser (5).

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленный фильтр отличается тем, что первый слой выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м². Увеличение плотности выше 30 г/м² приводит к увеличению сопротивления полотна потоку очищаемого воздуха, а уменьшение плотности ниже 28 г/м² влияет на прочность полотна, особенно по показателю разрывной нагрузки. Назначение первого слоя - предотвратить прилипание волокон среднего слоя, выполненного из волокнистого активированного углеродного материала, к сепараторам и обеспечить свободное прохождение очищаемого воздуха, так как прилипание волокон влечет за собой повышение сопротивления.Comparative analysis of the prototype has shown that the inventive filter is characterized in that the first layer is made of thermally bonded nonwoven web having a basis weight of 28-30 g / m ^2. An increase in density above 30 g / m ² leads to an increase in web resistance to the flow of cleaned air, and a decrease in density below 28 g / m ² affects the strength of the web, especially in terms of breaking load. The purpose of the first layer is to prevent the adhesion of the fibers of the middle layer, made of fibrous activated carbon material, to the separators and to ensure the free passage of the cleaned air, since the adhesion of the fibers entails an increase in resistance.

Другое отличие состоит в том, что второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г. Статическая активность выше 220 мг/г или ниже 180 мг/г приводит к уменьшению сорбционной динамической активности материала по парам радиоактивного йода и его органических соединений.Another difference is that the second layer is made of fibrous non-woven activated carbon material impregnated with silver nitrate and 1,4 diazo-bicyclo (2.2.2) octane and having a static sorption activity of 180-220 mg / g for benzene vapor. Static activity above 220 mg / g or below 180 mg / g leads to a decrease in the sorption dynamic activity of the material in pairs of radioactive iodine and its organic compounds.

Следующее отличие заключается в том, что третий слой выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст. Использование фильтровального картона с сопротивлением более 8 мм приводит к увеличению сопротивления фильтра, а менее 6 мм - к увеличению коэффициента проницаемости по аэрозолям (уменьшению эффективности очистки).Another difference is that the third layer is made of filter paper, which has a resistance to air flow of 6-8 mm of water. Art. The use of filter paper with a resistance of more than 8 mm leads to an increase in filter resistance, and less than 6 mm to an increase in aerosol permeability coefficient (decrease in cleaning efficiency).

Указанная композиция трехслойного материала при большой удельной скорости воздушного потока, равной 1 дм³/мин·см², обеспечивает очистку воздуха от паров радиоактивного молекулярного йода и йодистого метила с эффективностью 99,99%, от аэрозоля тонкодисперсного масляного тумана (имитирующего радиоактивный аэрозоль) с диаметром частиц 0,15 мкм и концентрацией 1250 мг/дм³ - 99,98%. При этом сопротивление материала составляет 902 Па.The specified composition of a three-layer material with a large specific air flow rate equal to 1 dm ³ / min · cm ² provides air purification from vapors of radioactive molecular iodine and methyl iodide with an efficiency of 99.99%, from an aerosol of fine oil fog (simulating a radioactive aerosol) with a particle diameter of 0.15 μm and a concentration of 1250 mg / dm ³ - 99.98%. Moreover, the material resistance is 902 Pa.

В отличии от прототипа два фильтрующих элемента расположены в сменной кассете, которая помещена в корпусе фильтра, а каждый фильтрующий элемент выполнен из трехслойного сорбционно-фильтрующего материала, уложенного в корпусе кассеты с образованием зигзагообразной структуры, при этом соотношение высоты складки (А), зазора между вершинами соседних складок (В) и суммарной толщины материала (С) составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1, а сепараторы выполнены из гофрированного электроизоляционного картона (см. фиг. 2).Unlike the prototype, two filter elements are located in a replaceable cartridge, which is placed in the filter housing, and each filter element is made of a three-layer sorption-filter material, laid in the cartridge case with the formation of a zigzag structure, with the ratio of the height of the fold (A), the gap between the vertices of adjacent folds (B) and the total thickness of the material (C) is (20 ÷ 25) :( 2.5 ÷ 3.0): 1, and the separators are made of corrugated insulating cardboard (see Fig. 2).

Наличие двух фильтрующих элементов увеличивает работающую поверхность сорбционно-фильтрующего материала, повышает надежность фильтра. В результате этого уменьшается сопротивление потоку воздуха и увеличивается эффективность очистки.The presence of two filter elements increases the working surface of the sorption-filtering material, increases the reliability of the filter. As a result, the resistance to air flow decreases and the cleaning efficiency increases.

Соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала выбрано на основании многочисленных испытаний и, как показала практика, является оптимальным, что дает возможность размещать в единице объема сменной кассеты фильтра максимум рабочей поверхности сорбционно-фильтрующего материала при меньшем сопротивлении потоку воздуха и увеличить эффективность очистки.The ratio of the height of the folds, the gap between the vertices of adjacent folds and the total thickness of the material is selected on the basis of numerous tests and, as practice has shown, is optimal, which makes it possible to place the maximum surface of the sorption-filtering material in the unit volume of the filter cartridge with less resistance to air flow and increase cleaning efficiency.

При изменении этого соотношения в части увеличения зазора между вершинами соседних складок сокращается фильтрующая поверхность, что приводит к увеличению сопротивления и уменьшению эффективности очистки. При уменьшении заявленного соотношения возникает ряд технологических проблем и слипание складок, что также увеличивает сопротивление потоку воздуха.When this ratio changes, in terms of increasing the gap between the vertices of adjacent folds, the filtering surface decreases, which leads to an increase in resistance and a decrease in cleaning efficiency. When reducing the claimed ratio, a number of technological problems arise and the wrinkles stick together, which also increases the resistance to air flow.

Таким образом, предложенный аэрозольный сорбирующий фильтр для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений отличается повышенной эффективностью при незначительном сопротивлении фильтра потоку очищаемого воздуха, особенно при его больших удельных скоростях, увеличенным жизненным циклом, надежностью и отсутствием пылевыделения.Thus, the proposed aerosol sorbent filter for purifying air from radioactive aerosols and vapors of molecular iodine and its organic compounds is characterized by increased efficiency with insignificant resistance of the filter to the flow of purified air, especially at its high specific speeds, increased life cycle, reliability and lack of dust emission.

Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.From the foregoing, it follows that each of the features of the claimed combination to a greater or lesser extent affects the solution of the problem, and the entire population is sufficient to characterize the claimed technical solution.

Claims (1)

Аэрозольный сорбирующий фильтр для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей и паров молекулярного йода и его органических соединений, содержащий корпус, в котором размещен фильтрующий элемент, выполненный из зигзагообразно сложенного многослойного сорбционно-фильтрующего материала с расположенными между складками разделительными сепараторами, отличающийся тем, что корпус фильтра снабжен сменной кассетой с двумя фильтрующими элементами, изготовленными из трехслойного материала, в котором первый слой по ходу воздуха выполнен из полотна нетканого термоскрепленного с поверхностной плотностью 28-30 г/м², второй слой выполнен из волокнистого нетканого активированного углеродного материала, импрегнированного нитратом серебра и 1,4 диазо-бицикло (2.2.2) октаном и имеющего статическую сорбционную активность по парам бензола 180-220 мг/г, а третий выполнен из фильтровального картона, имеющего сопротивление потоку воздуха 6-8 мм вод. ст., при этом соотношение высоты складки, зазора между вершинами соседних складок и суммарной толщины материала составляет (20÷25):(2,5÷3,0):1. An aerosol sorption filter for cleaning air from radioactive aerosols and vapors of molecular iodine and its organic compounds, comprising a housing in which a filter element is made of a zigzag folded multilayer sorption-filtering material with separation separators located between the folds, characterized in that the filter housing is provided interchangeable cartridge with two filter elements made of a three-layer material, in which the first layer along the air is made of heat-bonded nonwoven fabric with a surface density of 28-30 g / m ² , the second layer is made of fibrous non-woven activated carbon material impregnated with silver nitrate and 1,4 diazo-bicyclo (2.2.2) octane and having a static sorption activity of 180- benzene 220 mg / g, and the third is made of filter cardboard having a resistance to air flow of 6-8 mm of water. Art., while the ratio of the height of the fold, the gap between the vertices of the adjacent folds and the total thickness of the material is (20 ÷ 25) :( 2.5 ÷ 3.0): 1.

Images