12.3.3 Механизм и закономерности поглощения паров тх

Поглощение паров сорбентами в СИЗК происходит в условиях, когда зараженный воздух обтекает поверхность фильтрующего материала с сорбентом, если он находится в верхнем слое. В случае, когда материал находится во втором слое, зараженный воздух обтекает только верхний экранирующий материал. Поступление паров ТХ в фильтрующий материал и к расположенным в толще его частицам сорбента происходит в следствие конвективной и молекулярной диффузии. Фильтрация зараженного воздуха между частицами сорбента в подавляющем большинстве случаев отсутствует. Наличие сквозных межниточных пор в тканях приводит к тому, что может наблюдаться мгновенный проскок малых количеств ТХ. Эта особенность обусловлена тем, что время проникания молекул ТХ сквозь ткань по крупным порам соизмеримо со временем подвода таких же молекул к частицам сорбента. Таким образом, процесс поглощения паров ТХ происходит практически одновременно с накоплением их за материалом (рисунок 12.5).

Рисунок 12.5 – Зависимость количества проникшего ТХ сквозь фильтрующий адсорбционный материал от времени (выходная кривая в полулогарифмических координатах).

Количество пара ТХ, поглощенного сорбирующим материалом образца средств защиты кожи фильтрующего типа, зависит от принципа поглощения и природы сорбента, его количества на материале и статической активности (максимальной поглотительной способности). Для адсорбционных материалов в случае линейной изотермы адсорбции величина адсорбции будет равна

(12.11)

где а – величина адсорбции;

q – количество адсорбента в единице объема материала;

Г – коэффициент Генри;

С – концентрация ТХ в порах материала.

Для хемосорбционных материалов в условиях избытка хемосорбента по отношению к пару ТХ приращение величины сорбции будет равно

(12.12)

где λ – константа скорости взаимодействия хемосорбента и ТХ;

t – время.

Константа λ характеризует количество ТХ, вступающее в реакцию с хемосорбентом в единице объема материала на единицу времени.

12.3.4 Кинетика проникания паров тх сквозь фильтрующий защитный материал

Проскок – момент времени, когда количество проникшего ТХ достигнет пороговой токсодозы, т.е. сорбирующий материал средств защиты кожи исчерпал свои защитные свойства.

Защитные свойства фильтрующего материала и СИЗК характеризуют временем защитного действия и действующей токсодозой. При переменной концентрации значение действующей токсодозы получают из уравнения:

(12.13)

Главной задачей кинетических исследований является нахождение зависимости количества проникшего ТХ как функции свойств ТХ, фильтрующего защитного материала и условий подвода, которая позволила бы получить математический аппарат для расчета и прогнозирования защитных свойств.

Из вышеизложенного следует, что для описания кинетики проникания паров ТХ сквозь пакет материалов средств защиты кожи можно использовать законы диффузии. Рассмотрим одномерный процесс проникания пара ТХ сквозь фильтрующий материал как сквозь однородное пористое тело, образованное хаотически расположенными волокнами. На поверхности волокон и нитей, образующих поры, содержится сорбент, поглощающий ТХ. Отсюда следует, что градиент концентрации должен иметь поправку на величину, учитывающую количество сорбированного вещества (α_ФМ), а коэффициент диффузии должен учитывать эффективное сечение и извилистость пор (D_П). В этом случае исходные уравнения для одномерной диффузии будут иметь вид

(12.14)

(12.15)

где Q – количество проникшего ТХ;

S – площадь проникания;

С – концентрация пара ТХ в порах материала;

α_ФМ – величина сорбции ТХ в фильтрующем материале;

t – время;

x – текущая координата.

При решении этой системы уравнений принимаются определенные начальные и граничные условия.

Начальное условие

при (12.16)

граничные условия

, (12.17)

, при t > 0. (12.18)

Переходя от коэффициента массоотдачи β_Д к диффузионному критерию Био получим

(12.19)

Тогда уравнение диффузионного потока подводимого пара (12.17) примет вид

. (12.20)

Решением системы уравнений (12.14, 12.15) операционным методом с использованием преобразований Лапласа и критериев подобия при указанных выше начальных и граничных условиях для линейной изотермы сорбции получается приближенная форма уравнения кинетики проникания, которая имеет вид

(12.21)

где δ_М – толщина фильтрующего материала;

С₀ – концентрация пара ТХ в воздухе;

D_Э – коэффициент диффузии в материале, учитывающий сорбцию

в пропитке;

М – функция трех безразмерных критериев

F₀' (диффузный критерий Фурье F₀' = D_Э ∙ t/δ_М),

В_i (диффузный критерий Био В_i = β_Д ∙ δ_М/D_П),

ψ (хемосорбционный критерий ψ = (λ/D_Э)^1/2 ∙ δ_М).

Для расчета количества ТХ, проникшего сквозь фильтрующий защитный материал могут использоваться табличные значения функции М.