Effect of filtering box parameters on the protective action of gas filters

User Rating:  / 0


S. I. Cheberiachko, Dr. Sc. (Tech.), Prof., orcid.org/0000-0003-3281-7157, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

O. O. Yavorska, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof., orcid.org/0000-0001-5516-5310, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

D. H. Klimov, orcid.org/0000-0002-3817-9697, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

A. V. Yavorskyi, Cand. Sc. (Tech.), Assoc. Prof., orcid.org/0000-0003-4484-3723, Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2020, (2): 89-95

 повний текст / full article



Purpose. To determine the dependence between the design parameters (diameter and height) of a filtering box, the gas filter resistance and the protective power time.

Methodology. The calculation results of the filter sorption capacity for the specified organic compound are obtained involving classic statements of the theory of monomolecular adsorption. Experimental studies of gas filters were carried out according to DSTU EN 13274-3:2005 “Respiratory protective devices. Testing methods”.

Findings. It is shown that in terms of the similar sorbent volume and dimensions of the outlet of a filtering box with the exhale valve, the increasing filter area reduces considerably the breathing resistance; however, that results in the reduced protective time of a gas respirator. It has been determined that in this case an increased filter area causes nonuniform distribution of the filtration rate over the filter area and, as a result, nonuniform use of the filter sections. A section in front of the outlet experiences the greatest load in terms of sorption of the harmful gases.

Originality. It has been specified that the increase in the outlet diameter relative to the filter diameter prolongs the protective time of a filter in terms of the same sorbent volume.

Practical value. Dimensions of a filtering box have been identified to provide uniform use of the sorbent and maximum protective time.


1. Majchrzycka, K., Okrasa, M., Szulc, J., & Gutarowska, B. (2017). The impact of dust in filter materials of respiratory protective devices on the microorganisms viability. International Journal of Industrial Ergonomics, (58), 109-116. https://doi.org/10.1016/j.ergon.2017.02.008.

2. Kirin, R. (2019). Statutory and regulatory requirements in the process of mineral mining in Ukraine. Review and analysis. Mining of Mineral Deposits13(2), 59-65. https://doi.org/10.33271/mining13.02.059.

3. Kaptsov, V. A., & Chirkin, A. V. (2015). Weightless threshold. Problems of using respiratory protective equipment. Safety and labour protection of the National Association of The Labour Protection Centers, Nizhnii Novgorod, 1, 59-63.

4. Vasiliev, Ye. V., Gizatullin, Sh. F., & Spelnikova, M. I. (2014). Problems of selecting and using gas aerosol filtering half-masks. In Reference book for labour protection specialist12, 51-55.

5. Balanay, J. A., Bartolucci, A. A., & Lungu, C. T. (2014). Adsorption characteristics of activated carbon fibers (ACFs) for toluene: application in respiratory protection. Journal of Occupational and Environmental Hygiene11, 133-43. https://doi.org/10.1080/15459624.2013.816433.

6. Tefera, D., Hashisho, Z., Philips, J., Anderson, J., & Nichols, M. (2014). Modeling Competitive Adsorption of Mixtures of Volatile Organic Compounds in a FixedBed of Beaded Activated Carbon. Environmental Science & Technology48, 5108-5117. https://doi.org/10.1021/es404667f.

7. Xu, Z., Cai, J., & Pan, B. (2013). Mathematically modeling fixed-bed adsorption in aqueous systems. J. Zhejiang Univ. Sci. A16, 147-153. https://doi.org/10.1631/jzus.A1300029.

8. Jo Anne G. Balanay, Evan L. Floyd, & Claudiu T. Lungu (2015). Breakthrough Curves for Toluene Adsorption on Different Types of Activated Carbon Fibers: Application in Respiratory Protection. Annals of Occupational Hygiene, 59(4), 481-490. https://doi.org/10.1093/annhyg/meu105.

9. Landa, H., & Flockerzi, D. (2012). A Method for Efficiently Solving the IAST Equations with an Application to Adsorber Dynamics. AIChE Journal, 59, 1263-1277. https://doi.org/10.1002/aic.13894.

10. Petrianov, I. V., Koshcheiev, V. S., Basmanov, P. I., Borisov, N. B., Goldshtein, D. S., Shatskii, S. N., Filatov, Yu. N., & Kirichenko, V. N. (2015). Lepestok. Light-weighted respirators: monograph. Moscow: Nauka.

11. Lashaki, M., Atkinson, J., Hashisho, Z., Phillips, J., Anderson, J., Nichols, M., & Misovski, T. (2016). Effect of desorption purge gas oxygen impurity on irreversible adsorption of organic vapors. Carbon99, 310-317. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.12.037.

12. Lashaki, M., Atkinson, J., Hashisho, Z., Phillips, J., Anderson, J., & Nichols, M. (2016). The role of beaded activated carbon’s surface oxygen groups onirreversible adsorption of organic vapors. Journal of Hazardous Materials317, 284-294. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.05.087.

13. Vovna, O., Zori, A., & Laktionov, I. (2017). Improving efficiency of information measurement system of coal mine air gas protection. Mining of Mineral Deposits11(1), 23-30. https://doi.org/10.15407/mining11.01.023.

14. Basu, R. (2017). Evaluation of some renewable energy technologies. Mining of Mineral Deposits11(4), 29-37. https://doi.org/10.15407/mining11.04.029.

15. Falshtynskyi, V. S., Dychkovskyi, R. O., Saik, P. B., Lozynskyi, V. H., & Cabana, E. C. (2017). Formation of thermal fields by the energy-chemical complex of coal gasification. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (5), 36-42.

16. Mangano, E., Friedrich, D., & Brandani, S. (2015). Robust Algorithms for the Solution of the Ideal Adsorbed Solution Theory Equations. AIChE Journal61, 981-991. https://doi.org/10.1002/aic.14684.

17. Kinziabulatov, D. Z., & Gabdrakhmanova, K. F. (2015). Mathematical statistics as the method to assess the research efficiency. International scientific and research journal, 10(41), 22-25. https://doi.org/10.18454/IRJ.2015.41.160.

18. Cheberiachko, S. I., Cheberiachko, Yu. I., Yavors’ka, O. O., & Radchuk, D. I. (2017). Study of the Efficiency of Dust Filters in Terms of Coal Mines. Mechanics, Materials Science & Engineering, (10), 218-228. https://doi.org/10.18454/IRJ.2015.41.160.

19. Cheberiachko, S., Yavorska, O., Cheberiachko, Yu., & Yavorskyi, A. (2018). Analysis of pressure difference changes in respirator filters while dusting, E3S Web Conf. Vol. 60, 00012, Ukrainian School of Mining Engineeringhttps://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000012.

20. Cheberiachko, S. I., Yavorskyi, A. V., Yavorska, O. O., & Tykhonenko, V. V. (2018). Evaluating the risks of occupational respiratory diseases of coal mine workers. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (6), 104-111. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-6/13.

Tags: gas filterrespiratoractivated carbonbreathing resistanceprotective power time

Newer news items:

Older news items: