книги из ГПНТБ / Николай Александрович Шилов [сборник]

слоями, и перенесенный затем в атмосферу другого газа, под­ вергается изменению: постепенно и отчасти выделяет погло­ щенный газ в атмосферу, отчасти же засасывает его в более глубокие слои, из которых обратная диффузия затруднена и замедлена. Кроме того, в угле могут постепенно наступать химические взаимодействия с углем, усложняющие и изме­ няющие общую картину явления.

Заключенный таким образом внутрь угля газ препятству­ ет, конечно, быстрому проникновению в глубокие слои не только новым количеством себе подобного газа, но и всякого другого, уменьшая этим относительную скорость его адсорб­ ции, по крайней мере в конечный промежуток времени.

Мы подходим, таким образом, к понятию о так называе­ мой «газоемкости» угля, т. е. к способности его поглощать определенное количество того или иного газа, находясь в чис­ той атмосфере этого газа в течение определенного времени или до кажущегося полного насыщения. Насыщение поверх­ ности при таких условиях происходит очень быстро, практи­ чески моментально, но затем поглощенный газ начинает диф­

подвижное равновесие для каждого слоя с соседними слоями.

Чем глубже лежит слой, тем медленнее проникает до него газ и тем меньшая концентрация газа отвечает подвижному равновесию в нем. Очевидно, с другой стороны, что чем вы­ ше давление газа в газовой среде, тем большая концентра­ ция отвечает подвижному равновесию как в поверхностном, так и в более глубоких слоях, тем больше будет величина адсорбции или газоемкости в данных условиях, т. е. тем в бо­ лее глубоких слоях концентрация газа в течение конечного времени успеет достигнуть конечной величины.

Таким образом, с нашей точки зрения величина газоемко­ сти есть ничто иное, как определенный момент подвижного равновесия, отвечающий конечному промежутку времени; полное равновесие может быть достигнуто лишь месяцами и годами с той неизмеримо малой скоростью, которая харак­ терна для диффузии в твердой среде и которая в малые про­ межутки времени имеет незаметную величину (сравнить дан­ ные отчета № 1).

Если такая точка зрения правильна, то различной глубины слои какого-нибудь куска угля должны нести следы и слу­ жить отголоском истории этого куска в его соприкосновениях

144

ющих друг за другом, в общем подобных годичным кольцам

древесных стволов.

Такая точка зрения дает возможность хотя бы только по­ ставить вопрос о том, какое реальное значение может иметь процесс «активации» противогазового угля и в чем заклю­ чается обратный процесс падения общей хлороемкости (или вообще газоемкости) угля при его хранении.

Согласно нашей схеме активация, помимо механического разрыхления угля и облегчения проникновения в него газов, сводится к его эвакуации и удалению не только смолистых продуктов неполного сгорания, но также и газов атмосферы, заключенных в угле. Такая эвакуация достигается высокой температурой и одновременной обработкой угля водяным па­ ром. Надо думать, что при условиях такой активации угля водяной пар и продукты его диссоциации — водород и кисло­ род— проникают до самых глубоких слоев, причем благода­ ря окислению угля за счет кислорода в составе газа полу­ чается некоторый избыток водорода.

При быстром охлаждении, особенно в плотно закрытых «тушильниках», уголь застывает частично эвакуированным и в таком виде он не стоит в равновесии с газами атмосферы. Это было доказано нашими опытами (см. отчет № 8), а так­ же подтверждается двумя опытами со свежим и старым уг­ лем, поглощавшим углекислый газ (рис. 1).

Когда уголь остыл, установление равновесия с газами ат­ мосферы в глубоких слоях происходит лишь очень медленно, особенно в компактной массь в плотно закрытой коробке, как мы это имеем в противогазе. Наступает постепенное медлен­ ное проникновение в глубокие слои угля воздуха, углекисло­ го газа и влаги, и именно этот процесс диффузии можно рас­ сматривать как причину постепенного падения общей хлоро­ емкости угля в виду того, что смена газов в глубоких слоях и обратная диффузия представляется затрудненной и замедлен­ ной. Что касается поверхностных слоев угля, то они должны быстро входить в равновесие с воздухом, возобновляя это со­ стояние по мере засасывания газов в глубь вещества.

т. е. именно тех, которые применимы при газовой атаке из баллонов, насыщение поверхности угля воздухом не имеет су­ щественного значения, так как именно значительная их плот­ ность, являющаяся непременным условием возможности при­ менять их при газовых атаках, обеспечивает им также и большую относительно воздуха скорость поглощения и поз­ воляет легко входить в наружные слои угля, даже если эти последние заняты уже воздухом, т. е. смена газов при этих условиях происходит быстро и легко.

Другое дело легкие газы, для которых, судя по нашим опытам с аммиаком и ацетиленом, дело обстоит менее бла­ гоприятно, если только они не легко сгущаются в жидкость. Это последнее условие особенно важно потому, что уменьша­ ет опасность плохого поглощения синильной кислоты — един­ ственного легкого газа, какого можно ожидать в военной практике. (Опыты с поглощением синильной кислоты были уже поставлены в Химической лаборатории Западного фрон­ та и дали, вообще говоря, благоприятный результат; о них будет сказано в одном из позднейших отчетов).

Все изложенное выше может показаться слишком теоре­ тичным и оторванным от жизни, а между тем принимаемая нами схема дает возможность непосредственно сделать впол­ не определенные практические выводы.

1. Из нашего отчета № 6 вытекало, что динамическая ак тивность угля, т. е. его способность поглощать удушливые газы, примешанные в малой концентрации к току воздуха, не имеет прямой связи с общей хлороемкостью, т. е. с общим количеством хлора, способного насыщать уголь при действии этого газа в неразбавленном состоянии и в избытке. Тот же

чет № 10). Этот вывод находит теперь теоретическое обосно­ вание. ‘

Активация угля согласно нашей схеме вызывает повыше­ ние не только динамической активности, но также и общей его хлороемкости. Дальнейшее же изменение той и другой во времени различно. Общая хлороемкость, зависящая от воз­ можности свободного проникания газа в глубь угля, падает неизменно, постепенно, почти независимо от внешних усло­ вий, и это падение вызвано медленным, но непрерывным про­ никанием воздуха и влаги во внутренние слои угля. Динами­ ческая же активность угля зависит от поглощения газа бо­ лее или менее наружными слоями, а эти слои вскоре уже по­ сле активации становятся в равновесие _с атмосферой и в дальнейшем их изменение, с точки зрения способности погло­ щения тяжелых газов, не может быть существенным. Ско­ рость динамического поглощения того или другого газа стоит зато в зависимости от свойств самого угля. К счастью, как говорилось выше, поглощенный наружными слоями воздух мало препятствует адсорбции газов более тяжелых, чем сам воздух, а таких только и можно ожидать при газовой атаке из баллонов.

Таким образом, динамическая активность угля, устано­ вившись на определенной величине, не должна подвергаться резким изменениям под влиянием соприкосновения с атмос­

146

ферой (хотя бы и влажной) и потому она является достаточ­ но устойчивым свойством активированного угля.

Однако существуют механические воздействия, изменяю­ щие поверхностный слой угля, причем он перетирается и ока­ тывается. При этом он, судя по числам, полученным при ис­ следовании старых противогазов (отчет № 10), теряет иногда около 10—15% своей первоначальной динамической активно-' сти. Есть, впрочем, основание предполагать, что это падение должно быть отнесено исключительно за счет уменьшения при окатке поглощающей поверхности угля и что зато при­ обретенные углем округлые очертания делают его в дальней­ шем более устойчивым к механическим воздействиям и пото­ му старый уголь является ценным противогазовым материа­ лом, не уступающим в своих свойствах свежему углю.

Практический вывод из этих соображений можно форму­ лировать так: старый уголь (по крайней мере того возраста, каким мы его имеем в настоящее время, т. е. около года) вполне пригоден для противогазовой службы. Переделка рес­ пираторов должна поэтому заключаться в отсеивании, сорти­ ровке и добавлении угольной массы, а также в тщательном ремонте коробки и шлема, которые легче всего подвергаются порче. Иными словами освежения и контроля требует не толь­

можностью уменьшить скорость его поглощения. Такого вли­ яния можно было бы ожидать от примеси к хлору брома и фосгена, но к счастью непосредственные опыты, изложенные в отчетах № 12, 13, показали нам, что это влияние не велико и практически не может иметь существенного значения. Это объясняется, вероятно, тем обстоятельством, что фосген и особенно бром при поглощении их углем превращаются в жидкость и в таком виде служат растворителями хлора.

Однако не только более тяжелые газы замедляют ско­ рость поглощения более легких, но вообще всякий газ, при­ сутствуя в угле, оказывает некоторое препятствие проникно­ вению другого, особенно в более глубокие слои, а потому на скорость адсорбции хлора должна отзываться примесь и на­ личность в угле посторонних газов, особенно углекислого га­ за и хлороводорода, т. е. тех газов, которые неизбежно долж­ ны сопутствовать хлору при газовых атаках во влажной ат­ мосфере и во время дыхания через противогаз. С другой сто­ роны, эти газы сами мало поглощаются и даже выделяются из угля во время поглощения им хлора (это установлено не­ посредственным наблюдением), а это обстоятельство может сильно затруднять дыхание в противогазе.

Вот почему настоятельно необходимо устранить продукты дыхания от соприкосновения с углем в моменты его противо­ газовой службы. Необходимо, следовательно, устроить в про­ тивогазе выдыхательный клапан, направляющий ток отрабо­ тавшего воздуха, независимо от пути вдыхаемого воздуха и от угольной массы.

3. Не только после газовых учений и испытаний в камере, но также и после газовых атак, уголь является насыщенным хлором только с поверхности и эта поверхность может «от­ дыхать» от поглощенных газов. После кратковременного воз­ действия для отдыха достаточно несколько часов, после-зна- чительного динамического насыщения требуется более про­ должительный срок (около месяца и более). Но затем после продувания, осмотра и проверки внешней целости противогаз может быть применен снова, хотя бы в менее ответственных частях, в тылу расположения передовых войск.

4.Влияние влаги в том количестве, в каком она может поступить из атмосферы, судя по непосредственным опытам с хлором и фосгеном, не может быть существенным и не мо­ жет внушать опасений. Надо, впрочем, отметить, что в этом отношении условия складываются несколько менее благопри­ ятно для паров тех удушливых жидкостей, которые приме­ няются в химических снарядах.

5.Есть основание предполагать, что при повторных газо­ вых волнах уголь, использованный динамическим поглощени­ ем газа при какой-нибудь определенной концентрации, ока­ жется неспособным поглощать тот же газ при меньшем его парциальном давлении, сохраняя поглотительную способ­

ность для более высоких концентраций. Такое своего рода анафилактическое явление в угле подтверждает целесообраз­ ность при газовых атаках так называемого «шока», т. е. осу­ ществления хотя бы на короткое время в начале газовой вол­ ны очень высокой концентрации газа. Это может иметь не только моральный, но и материальный эффект.

6. В заключение я постараюсь сделать попытку, поль­ зуясь изложенными выше наблюдениями и положениями, на­ метить основные пункты теории действия противогаза в его целом. Надо, однако, оговориться, что такая теория должна быть чрезвычайно сложной, поэтому в настоящее время мож­ но затронуть лишь самые общие положения.

Удушливый газ, встречая на своем пути в противогазе участки свежего угля, поглощается им прежде всего с поверх­ ности или в самых наружных слоях. Однако данные отчета № 11 указывают на то, что явление постепенно усложняется. Исследование вопроса о зависимости динамической активно­ сти угля от длины противогаза ясно доказало, что поглощен­ ный в отработавшем противогазе газ распределен в нем не­ равномерно: передняя и задняя части противогаза в этом

148

смысле несимметричны. Участки угля, лежащие первыми по пути газа, во время работы противогаза успевают поглотить большее количество газа, чем участки, лежащие дальше за ними по пути газа. В первых участках газ, очевидно, успева­ ет проникнуть относительно в более глубокие слои угля, т. е. в них выступает роль диффузии.

Если для каждого участка угля в противогазе выразить общее количество поглощаемого газа за время полезного дей­ ствия противогаза ординатою, а на оси абсцисс отложить дли­ ну противогаза, то соединение вершин ординат линиями дает некоторую кривую, более или менее круто ниспадающую к оси абсцисс по направлению тока газа и в точке, отвечающей длине противогаза, имеющую ординату, практически хотя и близкую к нулю, но имеющую некоторую конечную величи­ ну, выражающую динамическое поглощение крайнего участ­ ка угля.

Площадь, ограниченная осями координат и этой кривой, т. е. квадратура ее, даст нам общую сумму поглощенного в противогазе газа, и для изучения полезной работы противога­ за чрезвычайно важно установить, какие факторы и в какой степени влияют на величину этой суммы.

позади, успевают насыщать более глубокие слои угля, значи­ тельно увеличивая этим общее количество поглощенного га­ за. Таким образом, каждый новый участок угля, удлиняю­ щий противогаз, вносит в полезную его работу не столько своей собственной газоемкостью, сколько повышением газоемкости всех лежащих после него участков. В нижней (обра­ щенной кнаружи) части противогаза важна способность уг­ ля быстро адсорбировать своей поверхностью возможно боль­

1 4 9

б) Иное явление дает условие увеличения концентрации поглощаемого газа в токе воздуха. Как вытекает из всех ис­ следований адсорбции, скорость ее должна при этом возра­ стать, между тем время полезного действия противогаза (т. е. время, в течение которого происходит полное поглощение в нем газа), как показывает опыт, сокращается, при чем сог­ ласно данным нашего отчета № 6, ввиду приблизительной об­ ратной пропорциональности концентрации газа и времени за­ щитного действия противогаза общее количество поглощен­ ного газа при изменении концентрации его в воздухе в первом приближении остается неизменным, иными словами при -уве­ личении концентрации газа в токе воздуха должна изменять­ ся конфигурация рассматриваемой нами кривой, изображаю­ щей динамическое поглощение в противогазе, но при этом конфигурация кривой меняется таким образом, что квадра­ тура ее сохраняет приблизительно постоянную величину.

в) Наше исследование влияния на динамическую актив­ ность угля общей скорости тока воздуха на единицу площади сечения противогаза показало, что в данном случае сущест­ вует зависимость, близкая к обратной пропорциональности. Очевидно, что такое соотношение должно быть справедливо не только для противогаза в целом, но и для каждого участ­ ка угля. Обращаясь к кривой динамического поглощения в противогазе, надо принять, что при изменении скорости тока воздуха количество поглощенного газа в каждой точке изме­ няется обратно пропорционально этой скорости, т. е. конфи­ гурация кривой в общем сохраняется без изменения и кривая лишь передвигается приблизительно параллельно самой себе по оси ординат.

г) Аналогичный результат дало исследование влияния из­ менения ширины противогаза на динамическую активность угля. Однако в данном случае дело усложняется при широ­ ких противогазах неполным использованием краевых частей, а при узких — влиянием соотношения между величиной уголь­ ного зерна и площадью сечения противогаза. В результате динамическая активность угля изменяется в меньшей степе­ ни, чем этого требует прямая пропорциональная зависимость ее от величины площади сечения противогаза.

д) Наконец, остается рассмотреть влияние величины угольного зерна на динамическую активность угля.

Специальные опыты убедили нас, что в известных преде­ лах среднего диаметра зерна от 3 до 9 мм динамическая ак­ тивность угля изменяется приблизительно пропорционально изменению величины диаметра зерна, уменьшаясь с его уве­ личением.

Такой результат может быть объяснен предположением, что, как всякий процесс, протекающий в неоднородной среде с участием твердого тела и потому зависящий от величины

150

его поверхности, явление адсорбции оказывается пропорцио­ нальным отношению объема угля к его поверхности. Если сделать такое заключение и в первом приближении принять угольные зерна шарообразными, то это приводит нас к зави­ симости динамической активности от отношения объема и по­

физической точки зрения остается неясной и мало понятной. Вероятнее всего, что мы имеем здесь явление, представляю­ щее результат сложного сочетания условий и факторов и только в грубом приближении и при несовершенстве методов

сделать следующий практический вывод: самым важным мо­ ментом для увеличения динамической активности угля в про­ тивогазе или вообще полезного действия противогаза в его целом является его длина, если только мы отвлечемся от ка­

ширина противогаза оказывают меньшее влияние; они долж: ны быть скомбинированы таким образом, чтобы при прочих равных условиях позволить прежде всего увеличить длину угольного слоя настолько, насколько это возможно, не за­ трудняя дыхание и не делая противогаз слишком громозд­ ким. <

Подлинный подписал:

заведующий Химической лабораторией Западного/фронта профессор ШИЛОВ

С подлинным верно:

помощник заведующего средствами химической борьбы на

Западном фронте капитан БАТАШЕВ

ОБ ЩИ Е В ЫВ ОД Ы

котчетам Химической лаборатории Западного фронта

за № 16 и 19

Для характеристики противогаза важны как свойства уг­ ля, его наполняющего, так и признаки всего противогаза в целом. Что касается угля, то его защитные свойства, завися­ щие от динамической активности, т. е. от его способности быстро улавливать удушливый газ из тока вдыхаемого воз­ духа, весьма мало изменяются от времени, как это много­ кратно указывалось в отчетах Химической лаборатории фрон­ та и как это подтвердилось статистическими данными послед­ них отчетов.

На защитное действие угля влияет, однако, его влажность, причем присутствие до 30—35% влаги увеличивает динами­ ческую активность, а более высокое содержание — понижает ее. Так как по данным последних отчетов влажность в про­ тивогазах, находящихся на фронте, обыкновенно повышается с их возрастом, но не превышает 20%, то на практике мы и имеем, очевидно, дело только с благоприятным влиянием вла­ ги на динамическую активность угля, если противогаз слу­ чайно не был подвергнут непосредственному действию воды.

Кроме влаги, на динамическую активность угля могло бы оказывать влияние механическое действие, но оно сказывает­ ся главным образом в окатке угля, которая сама по себе не влияет на динамическую активность самого угля, как это ус­ тановлено специальными опытами и статистическим материа­ лом. Очевидно, процесс активации угля затрагивает доста­ точно глубокие его слои и потому удаление с поверхностных слоев путем окатки не изменяет свойств поверхности угля и, следовательно, динамической активности угля.

Защитное действие противогаза в целом, помимо внешних признаков и формы коробки и помимо динамической актив­ ности угля, определяется общей его поглощающей поверх­ ностью.

Общая поглощающая поверхность угля зависит в свою очередь не только от общего количества угля, но и от разме­ ров угольного зерна, причем понятно, что при более или ме­ нее определенном весе противогазов меньшие размеры угля будут отвечать большей поглощающей поверхности и, следо­

1 5 2

вательно, большему защитному действию противогаза. На­ личность и относительные количества в противогазе крупных и мелких зерен зависят, очевидно, от норм, принятых для сортировки угля при приготовлении противогазов. Это пред­ определяет относительное достоинство противогаза и объяс­ няет индивидуальные отклонения в защитном действии от­ дельных противогазов. При статистическом исследовании про­ тивогазов на фронте приходится считаться с этим фактором индивидуальной характеристики противогазов и принимать его в расчет при желании получить сравнительные цифры.

Однако соотношение различного размера угольных зерен не может характеризовать изменение противогаза во време­ ни и представляет собой постоянный признак каждого от­ дельного противогаза: со временем этот признак не только сам меняется, по-видимому, очень мало, но и мало влияет на ход изменения свойств противогаза, по крайней мере и спе­ циальные опыты, и статистический материал, собранный на петроградских и частью на московских образцах, не дали оп­ ределенных указаний в этом направлении.

Изменение противогаза во времени определяется другим фактором, влияющим на общую поверхность поглощения, а именно: окаткой или раструской угля. Если исходить из оп­ ределенной поверхности угля в противогазе, предопределен­ ной при его приготовлении, то, имея в виду неизбежное вы­ дувание образующейся при раструске угольной пыли, окатка должна вести неизменно и исключительно к уменьшению об­ щей поверхности угля, так как нет никаких оснований пред­ полагать возможность легкого и чистого дробления отдель­ ных угольных зерен при условии носки противогаза. Это уменьшение общей поверхности угля неизбежно должно вес­ ти за собой понижение защитного действия противогаза.

Таким образом, та «старость» противогаза характеризует­ ся двумя признаками, влияющими на защитное действие в противоположном друг другу направлении: окатка или умень­ шение общей поглощающей поверхности, понижающая за­ щитное действие противогаза и увлажнение угля, увеличива­ ющее обыкновенно его динамическую активность. Общий ре­ зультат этих двух факторов будет зависеть, очевидно, от вза­ имоотношения их для различных сортов угля и различных условий в судьбе противогаза.

Обращаясь к статистическому материалу, добытому в по­ следних отчетах, можно сделать определенный вывод, что для противогазов московского и петроградского образцов изме­ нение во времени и влияние на них их «жизни» на фронте резко различаются.

1. В противогазах петроградского образца, вероятно, в силу более рыхлой поверхности угля он подвергается окатке в гораздо большей степени и скорее, чем в противогазах мос-

1 5 3