12.3 Механизм и математические модели массопереноса физиологически активных веществ в средствах индивидуальной защиты кожи фильтрующего типа

Возможности фильтрующих материалов по защите от капель ТХ ограничены и существенно зависят от массы капель, плотности заражения и расположения пропитанного материала в комплекте. Например, при воздействии на импрегнированное обмундирование ДГ капель иприта массой 1,5 - 2,0 мг наблюдается мгновенный проскок в 100 % случаев, а для капель массой 0,3 мг время защитного действия не менее 20 минут. При использовании поверх импрегнированного обмундирования плащ-палатки время защитного действия такого комплекта от капель иприта массой 0,5 мг составляет 50 минут и более.

Все изложенное выше показывает, что в определенных условиях защитные фильтрующие материалы могут обеспечить защиту кожи человека от капель токсичных химикатов. Защитные свойства в этом случае обусловлены механизмом проникания, который определяется размером капель, типом пропитки и расположением защитного слоя в комплекте защитной одежды.

12.3.1 Механизм проникания капель тх сквозь материалы сизк фильтрующего типа

Механизм проникания мелких капель ТХ сквозь защитные фильтрующие материалы можно представить следующим образом (рисунок 12.3).

1 – верхний слой фильтрующих СИЗК (огнезащитный материал); 2 – фильтрующий защитный слой (сорбционный); 3 и 4 – капля ТХ при попадании на верхний слой и после впитывания в него; 5 – подложка (нательное бельё).

Рисунок 12.3 – Схема проникания мелких капель ТХ сквозь пакеты фильтрующих материалов

При попадании капель ТХ на фильтрующий материал (ткань или нетканый материал) происходит впитывание и растекание жидкости под действием сил тяжести и поверхностного натяжения. На месте падения капли образуется пятно, размеры которого намного больше размеров капли и определяются они массой капли, видом ТХ и типом ткани.

При этом основная масса жидкости будет находиться в виде пленки на поверхности волокон и нитей. Формирование пятна от капли происходит в течение нескольких минут. В дальнейшем оно мало изменяется. На нижележащий материал или к коже человека может поступать либо только пар, либо пар и жидкость. В случае попадания капель ТХ массой 0,5 мг и менее на ткани летнего армейского обмундирования, куртки и брюк ОКЗК-М пленка жидкости в толще верхней ткани удерживается настолько прочно, что переход ТХ на нижележащую ткань (белье или защитное белье) возможен лишь в виде пара. В случае более крупных капель возможно поступление и жидкости.

Процесс растекания и впитывания для материалов, содержащих сорбент, полезен, так как по мере увеличения площади растекания увеличивается и количество сорбента, которое вовлекается во взаимодействие с ТХ. Для летнего армейского обмундирования процесс растекания вреден, так как приводит к увеличению площади испарения и контакта кожи с зараженной тканью.

12.3.2 Механизм проникания паров тх в фильтрующих средствах защиты кожи и закономерности подвода

Главной причиной проникания паров ТХ сквозь фильтрующий материал является диффузия. Проникание за счет просасывания имеет второстепенное значение, так как действию ветрового напора подвержено не более половины поверхности тела человека, а просасывание на этой половине будет иметь место лишь по крупным порам и на тех участках, которые неплотно прилегают к коже. В общем случае такие участки занимают незначительную часть поверхности тела человека.

Подвод паров ТХ к поверхности фильтрующего материала из окружающей среды представляет собой процесс массопередачи ТХ из подвижной воздушной среды к поверхности твердого тела. Он может происходить как в аэродинамических, так и в статических условиях воздействия ТХ. Для аэродинамических условий, которые характерны в условиях использования средств защиты, воздушный поток под действием ветра обтекает материал с сорбентом. Этот процесс можно рассматривать как один из случаев конвективной массопередачи и для математического описания использовать закон Щукарева. Для отдельного фильтрующего материала это уравнение будет иметь вид

(12.7)

где Q_П – количество вещества, подводимое к единице поверхности ткани;

β_Д – коэффициент массоотдачи в условиях конвективного

массообмена;

С₀ – концентрация паров ТХ в ядре воздушного потока;

С_ТК – концентрация паров ТХ у поверхности ткани;

t – время.

Условия подвода паров ТХ применительно к защите кожи человека определяются в основном скоростью ветра и расположением материала с сорбентом в СИЗК. Поэтому для фильтрующего материала, на которые воздействуют пары ТХ в реальных аэродинамических условиях предложено эмпирическое уравнение для коэффициента массоотдачи, как функция воздушного потока

, (12.8)

где U – скорость воздушного потока, м/с;

β_Д – коэффициент массоотдачи, см/с.

Для материала в многослойной защитной одежде, когда он расположен во втором слое, вместо _Д следует использовать коэффициент массопередачи (К_Д).

(12.9)

где _ТК – толщина верхнего слоя ОКЗК-М;

D_П – коэффициент диффузии ТХ в ткани верхнего слоя с учетом

эффективного сечения диффузионного потока и

извилистости диффузионного пути;

_В – толщина воздушной прослойки между верхним слоем

и фильтрующим материалом.

Применительно к средствам защиты типа ОКЗК-М он может быть рассчитан из диффузионного сопротивления как суммы аддитивных слагаемых (рисунок 12.4)

Рисунок 12.4. – Схема проникания паров ТХ сквозь многослойные средства защиты кожи

Для статических условий уравнение подвода паров ТХ в многослойном пакете материалов имеет вид

(12.10)

где δ – расстояние от поверхности жидкого ТХ до поверхности

сорбирующего материала;

С_S – концентрация насыщенного пара ТХ.

При практических расчетах подвода паров ТХ наибольшую сложность представляет определение величины С_ТК, поэтому в большинстве случаев её принимают равной нулю.