книги из ГПНТБ / Николай Александрович Шилов [сборник]

Сравнение угля и противогазов московского и петроградского образцов

ОБ ЩИ Е В Ы В О Д Ы

1.Уголь из противогазов петроградского образца, быв­ ших в носке или активном действии, не ухудшается в смыс­ ле его защитного действия (изменение динамической актив­ ности). Общее количество угля в противогазе значительно падает лишь в первые шесть месяцев носки противогаза (10%); в следующие шесть месяцев уменьшение общего ко­ личества значительно замедляется и не превышает 6%. На уменьшение общего количества угля и на окатку его значи­ тельно влияет влажность угля, благоприятствуя окатке и уменьшению общего веса.

2.Предыдущий вывод, как следствие, дает возможность

настаивать на том, чтобы при починке противогазов в почи­ ночной мастерской при фронтовом складе противогазов обя­ зательно был использован старый уголь из починяемых про­ тивогазов.

3. При индивидуальной оценке угля большое значение имеет относительное количество мелких и крупных зерен, его окатанность и влажность. Измельчение зерна угля и увели­ чение влажности увеличивает динамическую активность уг­ ля. Увеличение зерен угля и окатка их понижают динамичес­ кую активность угля.

4.Влажность петроградского угля благоприятствует его окатке.

5.Противогазы в целом при сравнении бывших в упот­ реблении с новыми, в смысле величины их защитного дейст­ вия, ухудшились; величина их защитного действия упала на 50%. Это ухудшение произошло, вероятно, в первое время (первые 1—2 месяца) пользования противогазом, так как

бывшие в употреблении противогазы имеют одинаковую ве­ личину защитного действия вне зависимости от продолжи­ тельности пребывания у солдат.

6.Противогазы, отдохнувшие после газовой атаки и оку­ ривания, побывавшие в носке и учении, имеют одинаковую величину защитного действия.

7.При индивидуальной оценке каждого противогаза на величину его защитного действия главным образом влияют

следующие факторы: 1) относительное количество мелкого и крупного зерна угля (увеличение количества мелкого увели­ чивает защитное действие), 2) влажность угля, 3) окатан­ ность угля и, вероятно, 4) величина сопротивления противо­ газа дыханию, характеризующая плотность набивки проти­ вогаза.

8. Негерметичных противогазов среди новых не оказа­ лось; среди старых обнаружено 6% (главным образом у верхнего горлышка).

135

9. При сравнении угля и противогазов московского и пет­ роградского образцов можно отметить:

а) уголь московский и петроградский при сравнении в одинаковых условиях имеет одинаковую активность (дина­

мическую) ; б) уголь петроградский рыхлее, более окатанный, более

теряет в носке свой вес, нежели московский; в) петроградский уголь суше московского;

г) петроградский противогаз теряет в среднем 10% свое­ го сухого угля, московский — лишь 2%;

д) величина защитного действия петроградского противо­ газа по сравнению с новыми противогазами тех же серий упа­ ла на 50%, московского — на 34°/0, что указывает на боль­ шую стойкость московского образца (угля);

е) новый петроградский противогаз хуже нового москов­ ского в два раза; старый петроградский противогаз хуже ста­ рого московского в четыре раза.

10. В виду значительного падения величины защитного действия петроградского противогаза, казалось бы, следова­ ло считать необходимым перезарядить все петроградские противогазы вынутым из них же углем. Такая перезарядка может быть произведена в починочной мастерской Западного фронта.

П р и м е ч а н и я :

а) Все вышеупомянутые выводы относятся к противогазам и углю из них петроградского образца и характеризуют защитное действие про­ тивогазов по отношению к хлору.

б) В виду того, что исследование газоатачных противогазов происхо­ дило через несколько месяцев после перенесенной противогазом атаки, возможно, что уголь в противогазах за это время мог отдохнуть.

Таким образом, вопрос о немедленной смене противогазов после га­ зовой атаки остается открытым.

Врио заведующего Химической лабораторией Западного фронта ГАВРИЛОВ

на Западном фронте

1 августа 1917 года

№ 126

ОТЧЕТ № 19А

Дальнейшее развитие наблюдений и выводов, изложен­ ных в отчетах № б, 8, касающихся теории и механизма явле­ ния адсорбции газов углем, а также изучение литературы по данному вопросу (особенно статей: 1) Me Bain, 2) Hold Ed­

136

gar and Firth, 3) Ida Frances Homfray)приводит к следующей общей схеме этого явления.

Адсорбция газов углем слагается из явлений: поглощения газа на поверхности угля и диффузии его во внутренние слои. Равновесие между газовой средой, с одной стороны, и повер­ хностью угля или его внешними слоями, с другой стороны, наступает очень быстро и останавливается, конечно, при ус­ тановившемся определенном соотношении парциальных дав­ лений поглощаемого газа в твердой и газообразной среде. Напротив, установка равновесия с внутренними слоями угля, т. е. диффузия поглощаемого газа внутри его, совершается несравненно медленнее и в конечное время, обычное для ла­ бораторных опытов, захватывает все-таки только более или менее поверхностные слои, причем и скорость поглощения, и глубина поглощающей зоны в угле стоит в зависимости от ус­

ность газа и чем меньше его парциальное давление в газооб­ разной среде, тем в большей степени явление адсорбции ог­ раничивается поверхностью и наружным слоем угля.

Обратное должно наблюдаться для легких, быстро диф­ фундирующих газов и для более высокого давления, под вли­ янием которого газ проникает , глубже внутрь угля.

Этот различный характер, который приобретают адсорб­ ционные явления в зависимости от внешних условий, и может служить объяснением несоответствия наблюдаемых для них количественных соотношений с законом Генри—Дальтона, требующим пропорциональности между концентрацией газа в твердой и газообразной среде, т. е. между количеством по­ глощенного газа и его парциальным давлением.

По опытам Homfray этот закон справедлив для адсорбции смеси газов лишь при определенном давлении и дает более или менее резкие колебания при переходе от одного давления к другому; этот факт находит себе удовлетворительное объ­ яснение в том предположении, что изменение давления при адсорбции газа должно не только изменять его концентра­ цию в различных слоях, но должно также влиять на число поглощающих слоев.

В связи с этим интересно отметить, что наиболее близко к закону Генри—Дальтона стоит явление адсорбции углем во­ дорода, весьма мало поглощаемого поверхностью угля при обыкновенной температуре, но зато отличающегося своей спо­

137

межутки и практически нацело. При больших же давлениях должны принимать участие более глубокие слои и равновесие в них устанавливается более или менее медленно (это под­ тверждается нашими специально поставленными опытами, см. также Титов. Диссертация об адсорбции газов углем) и с тем меньшей скоростью, чем более глубокие слои принимают участие в явлении.

Благодаря этой трудности «вдавливания» газа внутрь уг­ ля и «отставания» глубоких слоев поглощаемое углем.коли­ чество газа по мере повышения давления возрастает в мень­ шей степени, чем этого требует строгая пропорциональная за­ висимость, т. е. закон Генри—Дальтона.

Далее необходимо иметь в виду, что при некоторых усло­ виях достижение полного равновесия может требовать про­ межутков времени, стоящих далеко за пределами обычных лабораторных опытов, и измеряемых неделями и месяцами; в таком случае благодаря резкой разнице скоростей поглоще­ ния газа поверхностными и глубокими слоями промежуточ­ ный момент процесса адсорбции может казаться окончатель­ ным положением равновесия.

Не мало характерных штрихов для подтверждения выска­ зываемого нами взгляда дает также изучение процесса пог­ лощения различных газов углем во времени, т. е. исследова­ ние кинетики адсорбционных явлений. Исследование произ­ водилось нами в строго сравнимых условиях, в специально сконструированном приборе, позволяющем вести наблюдения с первых моментов соприкосновения угля с газом, началь­ ное парциальное давление которого в наших опытах было равно около 0,5 атмосферного. Во время опыта парциальное давление поглощаемого газа постепенно падало, но общее давление оставалось постоянным и равным атмосферному.

При опытах измерялось непосредственно изменение обще­ го объема при поглощении газа и для этого применялось при­ способление, описанное в отчете Химической лаборатории За­ падного фронта № 8. Для опытов брался уголь из клапан­ ных респираторов серии 449, причем большинство опытов ве­ лось с 10 г угля. Вместо того, чтобы приводить полностью все полученные нами цифры, при сем приложены диаграммы, в которых каждая точка, отмеченная на кривых, есть резуль­ тат непосредственного отсчета.

Беглого взгляда на диаграмму (рис. 1) достаточно, чтобы заметить характерные особенности, отличающие полученные нами результаты от обычных представлений об адсорбции га­ зов углем. Так, например, аммиак, при обычных опытах очень энергично поглощаемый углем, дает по приведенным выше кривым очень малую скорость адсорбции; то же на­ блюдается для хлороводорода и углекислого газа.

13S

Рис. 1. Поглощение газов углем

Этому кажущемуся противоречию можно дать вполне удовлетворительное объяснение. Все опыты по изучению ад­ сорбции, производившиеся до сих пор другими исследовате­ лями, ставились с более или менее тщательно эвакуирован­ ным углем, так что газ, подлежащий наблюдению, входил в него первым. Эвакуация угля достигалась или непосредствен­ ным удалением воздуха и вообще находившегося в угле га­ за при помощи воздушного насоса, или же действием высо­ кой температуры, или, наконец, применением того и другого агента.

Для выяснения теории адсорбционных явлений такая по­ становка опытов с эвакуированным углем имеет много пре­ имуществ, значительно упрощая картину явления. Однако, если говорить о практическом вопросе поглощения газов уг­ лем в противогазе (особенно через некоторое время после его приготовления), то этот вопрос сводится как раз к таким ус­ ловиям, при которых поглощение газа происходит в угле не эвакуированном, но стоящем более или менее близко к рав­ новесию с газами атмосферы (азотом, кислородом, углекис­ лым газом и водяными парами).

То же, очевидно, относится и к адсорбции различными твердыми телами газов в обстановке практически осуществи­ мых, а не искусственно созданных лабораторных условий. Из таких соображений возникла задача исследования поглоще­ ния того или иного газа в угле, частично или нацело насы­ щенном каким-нибудь другим газом, т. е. исследование диф­ ференциальной скорости поглощения или относительной ад­ сорбции, разумея под этим термином понятие, противополож­ ное абсолютной адсорбции в эвакуированном угле.

С этой точки зрения нами были исследованы различные сочетания газов попарно, причем исследовалась не только

139

скорость адсорбции газов в этих условиях, но и равновесие их с углем, для чего применялась специально видоизмененная гемпелевская бюретка. Общий вывод поставленных опытов

шается в общем согласно закону Генри—Дальтона, т. е. каж­ дый газ в зависимости от его парциального давления стре­ мится установить свое собственное равновесие и распределе­ ние в угле и в газообразной среде. Однако наблюдаются бо­ лее или менее резкие отклонения при переходе от одного дав­ ления к другому, что зависит согласно нашей схеме так же, как и в случае единичных газов, от участия в равновесии для каждого газа и при каждом давлении различной глубины слоев, а также оттого, что для различных газов наблюдается различная зависимость от давления как скорости, так и са­ мой величины адсорбции.

Когда уголь, стоящий в равновесии с каким-либо газом при атмосферном его давлении, вносится в атмосферу друго­ го газа, то, очевидно, при установке нового равновесия пер­ вый газ должен выходить, а второй — входить в уголь. Долж­ на происходить таким образом частичная смена одного газа другим. При этом суммарный эффект в изменении общего объема газовой среды в зависимости от различной степени адсорбции и скорости диффузии для обоих газов может быть очень различен и далеко не всегда, по крайней мере, в пер­ вый момент должен отвечать уменьшению общего объема. Возможны (и наблюдались на опыте) случаи, когда общий объем, особенно в первые моменты, возрастает подобно то­ му, как мы это имеем в водородном фонтане при частичной замене воздуха водородом путем диффузии через пористую перегородку.

Чтобы завершить эту аналогию с водородным фонтаном, надо только мысленно представить себе в сплошном кусочке угля несчетное число такого рода пористых пластинок, насло­ енных друг на друга. Все опыты, отвечающие приведенным выше диаграммам, поставлены в таких условиях, что дают возможность судить именно лишь о суммарном изменении общего объема, который есть результат разницы скорости по­ глощения одного газа и выделения другого, т. е. все кривые диаграмм представляют собой результат измерения «относи­ тельной» адсорбции. Общий результат изменения объема при относительной адсорбции, как это указывалось выше и как это действительно наблюдалось на опыте, может быть как положительным, так и отрицательным, т. е. наблюдается или увеличение, или уменьшение общего объема. Уменьшение общего объема наблюдается в тех случаях, когда более тя­ желый, сильно адсорбируемый газ сменяет собой более лег­ кий, менее адсорбируемый и быстро диффундирующий. Уве­

140

личение объема может наблюдаться при обратных условиях опыта. Полученные нами результаты, несмотря на ориентиро­ вочный и исключительно относительный характер опытов, позволяют сделать некоторые заключения о смене Друг Дру­ гом газов при их адсорбции углем. В этих опытах мы .каса­ лись исключительно поглощения в угле газов, но не паров жидкости, хотя бы с точкой кипения, близкой к обыкновен­ ной температуре. Некоторые предварительные опыты указы­ вают на особенные условия поглощения углем жидкостей и паров. Этому вопросу будет посвящен один из дальнейших опытов.

Чем больше плотность газа и чем в большей степени он адсорбируется углем по сравнению с тем газом, который уже находится в угле, тем энергичнее и быстрее идет смена газов в угле. Легкие газы быстро выходят из угля, как бы освобож­ дая свое место новому газу, подобно обратному действию во­ дородного фонтана. Напротив, легкий газ лишь медленно за­ меняет собою тяжелый, хотя бы этот последний адсорбировал­ ся в меньшей степени. Вообще эффект относительной адсорб­ ции тем резче, чем больше разница плотностей входящего и вытесняемого газов.

На приведенных выше диаграммах (рис. 2, 3, 4) приведе­ ны результаты исследования различных газов попарно в раз­ личных сочетаниях. Особенно характерны результаты опытов

Рис. 2. Поглощение хлора углем в различных условиях

с углем (рис. 5), обработанным водородом на холоду. В та­ кой уголь, как насыщенный легким, мало адсорбируемым и быстро диффундирующим газом, все другие газы входят весьма энергично, по крайней мере в более или менее наруж-

141

300

Рис. 3. Поглощение сернистого газа в различных условиях

Рис. 4. Поглощение хлороводорода в различных условиях

пые слои, как будто бы они были эвакуированы. Поэтому на­ сыщение угля водородом на холоду есть своего рода «акти­ вация» его поверхности. Конечно, такая активация по суще­ ству своему не может быть устойчивой и при соприкоснове­ нии с атмосферой должна быстро исчезать благодаря смене водорода воздухом (рис. 4 — опыты с углем, активированным водородом, поставленные немедленно и после «отдыха»).

Чрезвычайно характерно также влияние адсорбируемой углем влаги на способность ее поглощать газы. Из результа­ тов, полученных нами для хлора, можно предположить (рис. 6), что адсорбция с поверхности замедляется в присут-

142

ствии влаги, тогда как диффузия в более глубокие слои, на­ против, облегчена, а потому кривые для сухого угля и для угля с различным содержанием влаги взаимно пересекаются.

ЮО \ч /

Ш//

И/ /

ф /

В р ем я , мин

00 /20 /60 240 300 360 420 480 540 600 660 720

Рис. 5. Поглощение газов углем после действия па него водородом на холоду

Рис. 6. Поглощение хлора углем при различной степени влажности

Не лишены также интереса опыты повторного действия па уголь одним и тем же газом после неполного насыщения им угля. Когда вторичное поглощение начинается тотчас или вскоре после первого, то характер соответствующей кривой (рис. 2) указывает на замедленную адсорбцию газа с поверх­ ности, тогда как после более или менее продолжительного «отдыха» поверхность снова приобретает способность быстро­ го поглощения, тогда как диффузия в более глубокие слои становится более затрудненной. Поэтому та и другая кривые пересекаются. Этот опыт говорит за то, что уголь, поглотив­ ший газ в первый момент своей поверхностью и наружными

143