Солефреоновая суспензия и способ ее получения

 

Солефреоновая суспензия предназначена для тушения различных классов пожаров. Она содержит минеральную основу, органическую жидкость и диспергирующую добавку при определенном соотношении компонентов. В качестве диспергирующей добавки она содержит лецитин. В качестве активной основы она содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия. В качестве органической жидкости она содержит, по крайней мере, один из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси. Способ получения солефреоновой суспензии включает приготовление ее из активной минеральной основы, органической жидкости и диспергирующей добавки. Последнюю предварительно растворяют в небольшом количестве фреона или смеси фреонов и вводят в выбранном количестве жидкой фазы. Техническим результатом является повышение огнетушащей способности. 2 с. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области огнетушащих средств, используемых для тушения пожаров различных горючих материалов, и способам получения составов и может найти применение в химической промышленности, в производстве огнетушащих средств.

В связи с развитием химии фтора и химической промышленности в качестве средств пожаротушения стали применяться хладоны (галогенуглероды), огнетушащее действие которых основано на их способности ингибировать химические реакции в пламени, за счет чего они обладают большей эффективностью, чем вода, пены, некоторые порошки.

Для поверхностного и объемного тушения применяют газообразные и жидкие хладоны. Высокая плотность хладонов в жидком и парообразном состоянии создает возможность проникновения капель непосредственно в пламя и удержания паров возле очага горения. Низкие температуры замерзания позволяют применять хладоны для тушения в условиях отрицательных температур.

Малая коррозионная активность в сочетании с коротким временем создания огнетушащей концентрации делает хладоны удобными средствами пожаротушения. Преимущество хладонов состоит и в отсутствии электропроводности. Наибольшее применение в пожаротушении нашли следующие хладоны: СBr₂F₂ - дифтордибромметан (жидкость); СF₃Br - трифторбромметан (газ); С₂Сl₃F₃ - 1,2,2-трифтортрихлорэтан (жидкость); С₂Сl₂F₄ - 1,2-дихлортетрафторэтан (жидкость); С₂СlBr₂F₃ - 1,1,2-трифтор-1,2-дибромхлорэтан (жидкость); С₂Вr₂F₄ - 1,2-дибромтетрафторэтан (жидкость).

Низкая объемная огнетушащая концентрация, незначительно уменьшающая концентрацию кислорода в помещении, и сравнительно небольшая токсичность самих хладонов не препятствует присутствию людей в горящем помещении.

Однако в 70-х годах учеными было обнаружено разрушающее действие фреонов на озоновый слой и в дальнейшем был принят ряд правовых документов, направленных на защиту озонового слоя. В них предусмотрено сокращение производства хладонов, в том числе и тех, которые являются эффективными средствами пожаротушения. В дальнейшем для отдельных стран, в частности России, были сделаны исключения, снимающие запрет на использование некоторых хладонов. К тому же не все ученые уверены, что именно фреоны разрушают озоновый слой. Некоторые из них считают, что вклад галогенуглеродов в этот процесс составляет не более 30%, другие полагают, что главная причина озонового дефицита в стратосфере связана с атмосферными процессами, всплесками солнечной активности.

По международным соглашениям 1987-1997 гг. политика в отношении хладонов для целей пожаротушения несколько смягчилась. Наработанные хладоны могут использоваться в системах пожаротушения без ограничения. (А.Я.Корольченко. Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. М.: Пожнаука, 2000, с. 85). В этой связи должны быть ужесточены требования по эксплуатации хладоновых установок пожаротушения и более эффективно проводить регенерацию хладонов для повторного применения.

В таблице 1 приведены некоторые свойства хладонов, применяемых и возможных для применения в качестве пожаротушащих средств.

В справочнике под редакцией А.Н.Баратова и А.Я.Корольченко (М.: Химия, 1990, с. 103-107) в качестве рекомендованных средств для объемного тушения различных веществ и материалов из 12 наименований в девяти является хладон 114В2, а именно - неполярные, углеводородные жидкости (в т.ч. нефтепродукты); - полярные углеводородные жидкости (спирты, ацетон, эфир и др.); - твердые углеродистые и целлюлозные материалы (древесина, бумага, каучуки, пластмассы, хлопок и др.);
- пыли органических материалов (пластмасс, красителей и др.);
- кремнийорганические соединения, мономеры (в том числе органохлорсиланы);
- кремнийорганические соединения, полимеры;
- углеводородные газы (в том числе сжиженные);
- водород;
- щелочные металлы (натрий, калий и др.).

В качестве основы огнетушащих порошкообразных составов используются простые неорганические соли - карбонаты, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты, хлориды и др. А также применяют смеси солей. Для обеспечения необходимых свойств в огнетушащие порошки вводятся специальные добавки. В большинстве случаев тушение пожаров порошковыми составами происходит за счет следующих факторов:
- разбавления горючей среды газообразными продуктами разложения порошков;
- охлаждения зоны реакции за счет нагрева частиц порошка с последующим разложением и испарений;
- ингибирования химической реакции в пламени.

В таблице 2 представлены свойства неорганических солей, наиболее используемых в качестве активной основы в огнетушащих составах.

Из таблиц 1 и 2 следует, что плотность фреонов (хладонов) и удельные веса порошков - активной основы находятся в одинаковом диапазоне, а именно от 1,456 до 2,267 г/см³ для фреонов и от 1,586 до 2,200 г/см³ для порошков.

Известен порошок СИ-2, изготовляемый по ТУ 38-10877, состоящий из крупнопористого силикагеля, насыщенного жидким 1,2-дибромтетрафторэтаном - С₂Вr₂F₄. Массовое соотношение компонентов 1:1. Размер частиц порошка до 2 мм, насыпная плотность ~ 10³ кг•м^-3. Этот порошок применяется для тушения пожаров металлорганических соединений, характеризующихся отрицательными температурами самовоспламенения, а также для тушения обычных ЛВЖ (нефтепродуктов).

К недостаткам порошка относятся способность тонуть в горящих жидкостях, постепенное улетучивание жидкого компонента из состава из-за недостаточной герметизации оборудования для хранения.

Известен состав для тушения пожаров в виде минерально-водяной суспензии, состоящей из жидкого стекла, глины и воды (патент RU 2098158), предназначенный преимущественно для тушения лесных пожаров.

Наиболее близким аналогом является пламегасящий состав для тушения пожаров по патенту 5055208 (США), отличающийся низким потенциалом разрушения озона, и представляет собой безводную смесь порошкообразного пламегасителя (предпочтительней является смесь бикарбоната и бората натрия) и органической жидкости - реагента бромдихлорметана или дихлортрифторэтана, приготовленную в виде тиксотропного геля. В качестве гелеобразующего агента рекомендуется смесь SiO₂/Al₂О₃. Там же описан способ приготовления из активной минеральной основы и органической жидкости.

Технической задачей является получение огнетушащих составов в виде суспензий, в качестве дисперсионной среды которых применяются фреоны, а дисперсной фазы - активная основа. Возможность приготовления суспензий в широком диапазоне соотношений жидкой и твердой фаз позволяет получать их с различной вязкостью (текучестью) от водо- до сметаноподобных консистенций. Вязкость суспензии будет зависеть не только от соотношения фаз, но и от размера частиц активной основы и температуры. Все это позволяет повысить огнетушащую способность суспензии.

Данный технический результат достигается тем, что солефреоновая суспензия для тушения пожаров, включающая активную минеральную основу и органическую жидкость, согласно изобретению содержит дополнительно диспергирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Активная основа - 10,0 - 50,0
Органическая жидкость - 48,5 - 89,6
Диспергирующая добавка - 0,4 - 1,5
Солефреоновая суспензия в качестве диспергирующей добавки содержит лецитин.

Солефреоновая суспензия в качестве активной основы содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия.

Солефреоновая суспензия в качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси.

Данный технический результат и повышение устойчивости суспензии достигается также способом получения солефреоновой суспензии для тушения пожаров путем приготовления ее из активной минеральной основы и органической жидкости, в котором согласно изобретению вводят диспергирующую добавку.

Диспергирующая добавка, предварительно растворенная в небольшом количестве фреона или смеси фреонов, вводится в выбранное количество жидкой фазы.

Минеральная активная основа содержит частицы размером 0,5-1000 мкм.

Диспергирующая добавка вводится в количестве 0,4-1,5 мас.% с учетом размера частиц твердой фазы.

В качестве активной основы суспензия содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия.

В качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси.

Органическую жидкость с диспергирующей добавкой и минеральную активную основу берут равной плотности и смешивают до получения суспензии.

В зависимости от температуры смешения вводят поправку на плотность органической жидкости.

Суспензия содержит активную основу от 10 до 50 мас.%.

На фиг. 1 приведены величины плотностей фреонов и удельных весов солей (активной основы), применяемых в пожаротушении. Так, для фреона 114В2 - С₂Br₂F₄ с плотностью 2,163 г/см³ в качестве дисперсной фазы можно брать КНСО₃ и NaCl с удельными весами 2,170 и 2,165 г/см³ соответственно.

Поскольку фреоны хорошо смешиваются между собой в любых соотношениях, то взяв, например, фреон 113 с плотностью 1,576 г/см³ и фреон 114В2 с плотностью 2,163 г/см³ и смешав их в определенных соотношениях, можно получить промежуточные плотности, соответствующие удельным весам солеактивной основы.

На фиг. 2 приведена расчетная линия плотностей для определения соотношения фреонов, которое по плотности соответствует удельному весу требуемой активной основы. Так, для приготовления суспензии с активной основой KCl соотношение фреона 113 и фреона 114В2 должно быть 30:70, а для NH₄H₂PO₄ - 60: 40.

При приготовлении суспензии необходимо учитывать температуру. Зависимость плотности фреонов от температуры приведена на фиг.3, откуда следует, что изменение температуры на 10^oС увеличивает (снижает) плотность на 0,02-0,03 г/см³.

Размер частиц измельченного сухого порошка (активной основы) для приготовления суспензии может быть от 0,5 до 1000 мкм. В зависимости от размеров частиц твердой фазы неоднородные системы разделяются на грубые суспензии (размер частиц более 100 мкм) и тонкие суспензии (размер частиц от 0,5 до 100 мкм). Устойчивость дисперсной системы характеризуется неизменностью во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в среде. Потеря устойчивости системы может быть вызвана объединением частиц, приводящим к коагуляции дисперсной фазы. Такое объединение частиц силами молекулярного притяжения может привести к образованию сплошной структурированной системы, обладающей фазовой устойчивостью.

Управляют структурообразованием посредством добавления веществ, модифицирующих поверхность. Такой диспергирующей добавкой для неводных сред является лецитин растительный - сложный эфир глицерина, фосфорной и жирной кислот:
RСОООСН₂CH(OOCR)CH₂OP(OH)OOCH₂CH₂N(ОН)(СН₃)₃.

В зависимости от среднего диаметра частиц или удельной поверхности порошка количество лецитина для получения стабильной суспензии берется с учетом данных таблицы 3.

Способ получения огнетушащего средства заключается в том, что выбирают активную основу (например, одну из приведенных в таблице 2), высушенную и измельченную с определенным размером частиц (удельной поверхности) и по удельному весу (фиг. 1, 2) подбирают соответствующую дисперсионную среду (фреон или смесь фреонов). Необходимое количество фреона загружается в емкость или цистерну автомобиля, затем добавляется приготовленный раствор лицитина во фреоне и осуществляется перемешивание мешалкой, либо циркуляция насосом, после чего вводится требуемое количество активной основы (соотношение жидкой и твердой фаз может быть выбрано из таблицы 3. Образцы 3, 7, 11, 14, 18, 21, 24, 28, 31, 35, 38, 42, 45, 49 представляют собой хорошо текучую суспензию с содержанием твердых от 30 до 50%. Увеличение содержания жидкой фазы будет способствовать созданию еще более текучей системы) и повторяется перемешивание, после чего суспензия готова к применению.

Для повышения огнетушащей способности можно применять распыленную или тонкораспыленную суспензию (в случае, если размер частиц твердой фазы менее 50 мкм), а также компактные струи (при высоких концентрациях твердой фазы). Для повышения смачивающей и проникающей способности фреонов вводится поверхностно-активная добавка - лецитин, снижающая поверхностное натяжение дисперсионной фазы.

В зависимости от выбора активной основы солефреоновые суспензии могут применяться для тушения пожаров различных классов.

Формула изобретения

1. Солефреоновая суспензия для тушения пожаров, включающая активную минеральную основу, органическую жидкость, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно диспергирующую добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Активная основа - 10,0-50,0
Органическая жидкость - 48,5-89,6
Диспергирующая добавка - 0,4-1,5
2. Солефреоновая суспензия по п.1, отличающаяся тем, что она в качестве диспергирующей добавки содержит лецитин.

3. Солефреоновая суспензия по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве активной основы она содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия.

4. Солефреоновая суспензия по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси.

5. Способ получения солефреоновой суспензии для тушения пожаров путем приготовления ее из активной минеральной основы, органической жидкости, отличающийся тем, что в нее вводят диспергирующую добавку.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что диспергирующая добавка, предварительно растворенная в небольшом количестве фреона или смеси фреонов, вводится в выбранное количество жидкой фазы.

7. Способ по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что минеральная активная основа содержит частицы размером 0,5-1000 мкм.

8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что диспергирующая добавка вводится в количестве 0,4-1,5 мас.% с учетом размера частиц твердой фазы.

9. Способ по любому из пп.5-8, отличающийся тем, что в качестве активной основы суспензия содержит, по крайней мере, одно из соединений: моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, сульфат аммония, карбонат аммония, бикарбонат калия, хлорид калия, хлорид натрия.

10. Способ по любому из пп.5-9, отличающийся тем, что в качестве органической жидкости содержит, по крайней мере, одну из ряда: дифтортетрахлорэтан, трифтортрихлорэтан, дихлортетрафторэтан, фтортетрахлорэтан, дифтортрихлорэтан, трифтордихлорэтан, дифтордибромметан, трифтордибромхлорэтан, дибромтетрафторэтан или их смеси.

11. Способ по любому из пп.5-10, отличающийся тем, что органическую жидкость с диспергирующей добавкой и минеральную активную основу берут равной плотности и смешивают до получения суспензии.

12. Способ по любому из пп.5-11, отличающийся тем, что в зависимости от температуры смешения вводят поправку на плотность органической жидкости.

13. Способ по любому из пп.5-12, отличающийся тем, что суспензия содержит активную основу от 10 до 50 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7