книги из ГПНТБ / Николай Александрович Шилов [сборник]

включалась промывная склянка с раствором йодистого калия и крахмала, при помощи двухходового крана она в любой момент могла быть выключена или заменена другой.

Первым вопросом, который надо было решить, был вопрос о том, насколько момент первого проскакивания хлора есть характерный признак для определенного сорта угля при про­ чих равных условиях. Уголь брался из респираторов Всерос­ сийского земского союза с общей хлороемкостью около 30—32 единиц. Для возможной повторимости результатов уголь был взят одновременно из 12 респираторов, сохраняв­ шихся на складе при Химической лаборатории, хорошо пере­ мешан, и этот запас служил для всех дальнейших опытов.

Первоначальные опыты были поставлены со скоростью тока 5 л!мин при концентрации хлора около 0,1%. Оказалось, что при этих условиях момент первого проскакивания хлора (назовем его моментом «динамического насыщения») наблю­ дается с весьма небольшими колебаниями при 10 мин. Такая же повторимость результатов наблюдалась впоследствии и при других условиях опытов; однако ошибка опыта, особенно при больших скоростях тока и малых концентрациях хлора, все-таки очень значительна и потребует ряда систематичес­ ких опытов для статистических выводов.

Как только выяснилась возможность относительно точно­ го определения величины динамического насыщения угля, бы­ ли тотчас поставлены опыты для выяснения зависимости это­ го фактора от различных условий.

Зависимость динамического насыщения от концентрации хлора в токе воздуха

76

В первом приближении можно принять числа последнего столбца в пределах опытов с одной и той же скоростью тока постоянными. Во всяком случае, эти числа не обнаруживают заметного хода в ту или иную сторону, несмотря на то, что абсолютные числа изменяются в различных опытах более чем

в 10 раз.

Постоянство произведения величин концентраций хлора на время, потребное для динамического насыщения угля при определенной скорости тока, указывает на обратную пропор­ циональность этих двух величин. Физический смысл такой математической зависимости вполне ясен: количество хлора, потребное для динамического насыщения угля при прочих равных условиях, есть определенная величина, не зависящая от концентрации хлора в токе воздуха. Иными словами: по­ ка уголь не поглотил при прочих равных условиях определен­ ного количества хлора, он поглощает этот последний целиком, практически независимо от концентрации, но как только это количество хлора поглощено и наступило динамическое насы­ щение, дальнейшее поглощение совершается только отчасти, далеко не полностью.

Понятно, что при большой концентрации хлора динамиче­ ское насыщение должно наступить скорее, чем при малой. Целый ряд наблюдений убеждает, кроме того, в том, что пос­ ле момента динамического насыщения поглощение хлора уг­ лем продолжается дальше, но с постепенно убывающей ско­ ростью.

Количество хлора, отвечающее динамическому насыщению угля (динамическая хлороемкость его), очень далеко от его общей хлороемкости: так для избранных нами условий и сор­ та угля при токе в 5 л/мин динамическая хлороемкость угля оказалась равной около 5 смг хлора вместо 3 л, отвечающих общей хлороемкости того же количества. Если динамическая хлороемкость есть определенная и характерная для данных условий величина, то можно говорить также о динамической хлороемкости, отнесенной к единице веса — удельная дина­ мическая хлороемкость, и сравнивать эту величину для раз­ личных условий опытов, определяя ее зависимость от всевоз­ можных факторов. Для приведенных выше двух серий опытов

емкость в принятых мною единицах выражает количество ку ­ бических сантиметров хлора, поглощенных одним граммом угля при определенных условиях.

Если задать себе теперь вопрос о возможном объяснении сущности наблюдаемого явления, то в качестве рабочей ги­ потезы можно принять следующие. Уголь поглощает хлор прежде всего своею поверхностью, и это поглощение идет

77

чрезвычайно быстро, совершаясь нацело даже при токах большой скорости и малых концентрациях. Когда поверхно­ стный слой насыщен хлором, начинается диффузия его в бо­ лее глубокие слои вещества * и в зависимости от этого погло­ щение новых количеств хлора, но этот второй процесс совер­ шается уже во времени и значительно медленнее первого и потому вновь притекающий хлор не успевает поглотиться це­ ликом. Переход от первого процесса поглощения ко второму отвечает моменту динамического насыщения. Напротив, об­ щая хлороемкость должна отвечать статическому равновесию при полном насыщении угля хлором и равномерной диффузии

динамическая хлороемкость зависит от свойств поверхностных слоев, то общая хлороемкость должна зависеть от свойств всей массы вещества **.

Нет никакого сомнения, и это устанавливается прямыми наблюдениями, что поглощение хлора продолжается после динамического насыщения угля. Изучая разницу концентра­ ций хлора в токе воздуха, после момента динамического на­ сыщения, впереди и позади сосуда с углем, можно будет су­ дить о скорости диффузии газа в более глубокие слои веще­ ства. Но этот вопрос имеет исключительно академический ин­ терес. Для работы противогаза важна лишь первая стадия поглощения хлора углем — до момента динамического насы­ щения, пока хлор поглощается целиком.

В виду того, что представляется возможным достаточно точно измерить динамическую емкость угля и выразить ее определенным числом, то, не говоря уже о самой теории явле­ ния, прежде всего для практики противогазового дела, имеет большое значение исследовать зависимость этой величины от различных условий и влияний, как величины, непосредственно характеризующей п о л е з н у ю активность респиратора.

1. Скорость тока

Хотя опыты, поставленные до сих пор, немногочисленны, они с совершенной очевидностью убеждают, однако, в очень

* Или может быть более глубокое внедрение молекул хлора в моле­ кулы угля и более прочное соединение тех и других. Для внешнего ре­ зультата то или другое предположение равнозначно и не изменяет сути дела.

** Предлагаемое мною объяснение приложимо также к явлениям, на­ блюдаемым при продувании угля, насыщенного хлором до предела: как известно, при этом легко выдувается лишь некоторая определенная часть

тому, как оно происходит при процессе динамического насыщения.

78

сильном влиянии скорости тока на динамическую хлороемкость угля. Это указывает как будто на то, что уже и при ди­ намическом насыщении в явлении участвуют не только по­ верхностный слой, но и близ лежащие к нему слои и что ди­ намическая емкость есть результат в действительности под­ вижного равновесия скоростей диффузии в твердой и газооб^- разной фазе (уголь и воздух). Зависимость динамической емкости от скорости тока воздуха очевидна из сопоставления опытов, приведенных выше, со скоростью тока 5 и 10 л/мин. Для первого случая она равна 1,48 см2, хлора на один грамм угля, для второго — 0,43 см3.

Другие опыты, поставленные совершенно в иной обста­ новке, дали для скорости тока 10 и 15 л/мин отношение ди­ намических емкостей, равное около 2,5.

Зависимость динамической емкости от скорости тока воз­ духа имеет громадное практическое значение, так как указы­ вает на влияние общей площади сечения сосуда с углем в противогазе. Динамическая емкость угля, а следовательно, его полезная активность зависит, таким образом, от формы и размеров сосуда, и эта зависимость может быть измерена, выражена числами и сравнена для различных условий.

2. Размеры угольного зерна, или что то же общая величина

поверхности угля

Влияние этого фактора на динамическую хлороемкость угля необычайно велико. Вот несколько доказательств.

79

Продолж. табл.

в) Вероятно, в значительной степени разницей в размерах угля объясняется различие в динамической хлороемкости угля Военно-промышленного комитета и Bcepoi:сииского земского союза. Tatс, например:

* Всероссийский земский союз (ред).

3. Происхождение и общие свойства угля

Эти основные факторы для характеристики угля сравни­ тельно мало влияют на его общую хлороемкость. По крайней мере, различные сорта угля, резко различающиеся по внеш­ нему виду, размеру зерна, плотности его и прочности, могут иметь весьма близкую величину общей хлороемкости. Чрез­ вычайно интересно поэтому было сравнить динамическую хлороемкость различных сортов угля.

Наивысшую из всех исследованных образцов удельную динамическую хлороемкость обнаружил уголь из клапанных респираторов с коробкой, подобной прежней коробке Горного института. Не вдаваясь в критику самой коробки и клапанов, надо признать, что уголь в ней — образцовый; его можно тот­ час узнать из сотни других образцов по размеру, равномер­ ности и плотности зерна. На втором месте оказался уголь из первоначального респиратора профессора Зелинского, при­ сланного еще в феврале 1916 г., когда производились первые испытания и употреблялся уголь особой активности с ректи­ фикационных заводов. Далее следуют другие сорта угля и интересно отметить, что довольно значительная динамическая активность обнаруживается в угле из респиратора д-ра Богодарова — прототипа всех угольных респираторов, доставлен­ ного на фронт для испытания еще в декабре 1915 г. с уголь­ ной массой, не подвергавшейся специальной активации. Как очевидно из таблицы, расположение сортов в порядке вели­ чин динамической и общей хлороемкости, вообще говоря, не совпадает.

80

4. Посторонние примеси

Что касается вопроса о влиянии на динамическую актив­ ность угля посторонних газообразных примесей к току воз­ духа, несущему хлор, а также предварительного действия на уголь посторонними газами, то вопрос этот имеет существен­ ное практическое значение, так как вместе с хлором в газо­ вой волне могут присутствовать другие газы и неизбежно присутствие хлороводорода и паров воды. Те же газы и, кро­

ме того, углекислый газ должны скопляться как продукты дыхания и работы самого угля в шлеме и коробке респира­ тора во время его действия. Влага и углекислый газ, помимо этого, могут заранее и постепенно проникать в респиратор из атмосферы при неплотном затыкании отверстия респиратора.

При опытах, поставленных в этом направлении, влага вво­ дилась в испытуемый уголь предварительно в виде водяного пара. Образовавшиеся жидкие капли удалялись продуванием, количество поглощенной влаги устанавливалось взвешивани­ ем и затем определялась динамическая активность угля. В опыте втором это было произведено тотчас после поглощения влаги/в опыте третьем — через четыре часа. Для сухого угля и в третьем опыте была определена также и общая хлороемкость угля.

Результаты опытов говорят за то, что присутствие влаги увеличивает динамическую активность угля и уменьшает об­ щую хлороемкость.

кислого газа в токе воздуха, несущего хлор, а также в самом угле.

Это ясно из следующих опытов, причем количество при­ мешиваемого углекислого газа определялось качественно по счету пузырьков в промывной склянке и увеличивалось от второго к пятому опыту.

Аналогично углекислому газу действует и хлороводород, заметно понижая общую и динамическую активность угля по отношению к хлору.

Результаты опытов с хлороводородом и углекислым газом имеют тот практический интерес, что теоретически подтвер­ ждают настоятельный голос с фронта о необходимости уст­ роить выдыхательный клапан в шлеме Кумманта и оправды­ вают самодельные попытки решить эту задачу путем вклеи­ вания клапанов от английских шлемов в шлем Кумманта.

верхности путем диффузии поглощенного газа в более глубо­ кие слои и в воздух. Вопрос этот имеет практическое значе­ ние для решения определенной задачи: надо ли менять мас­ ку после перенесенной газовой атаки или она может быть применена вторично.

Опыт говорит за то, что поверхность угля действительно постепенно «отдыхает» и при этом в случаях малого абсо­ лютного количества поглощенного хлора уголь возвращается, практически говоря, к прежнему своему состоянию. В случа­ ях поглощения значительных количеств хлора динамическая активность угля в результате понижается: полного отдыха­ ния нет.

Оп ыт ы.

1. При концентрации хлора 0,1 и скорости тока 10 л/мин найдена динамическая активность 0,38, опыт, повторенный через 18 ч, дал при тех же условиях 0,42 (динамическое на­ сыщение хлором наблюдалось в первом случае при 82 сек, во втором — при 87 сек).

2. При концентрации 0,109 и скорости тока 5 л/мин на дена динамическая активность 2,7; после 7 ч отдыха она ока­ залась равной лишь 0,87, после 15 ч — 0,91. Тот же уголь по­ сле динамического насыщения хлором был продут током воз­ духа (скорость 5 л/мин) в течение 15 мин до видимого пре­ кращения выделения хлора, динамическая активность после этого также оказалась равной 0,866. Очевидно, в угле, кото­ рый был динамически насыщен значительным количеством хлора так же, как и при статическом насыщении, прочно за­ держивается некоторое количество хлора и присутствие этого количества в угле понижает его динамическую активность примерно на две трети *.

Из этих наблюдений, имеющих большой теоретический интерес, можно сделать и определенный практический вывод, а именно: необходимо менять маски после серьезной газовой атаки, перенесенной в передовых окопах. Но это должно ка­ саться лишь респираторов, длительно остававшихся в атмос­ фере хлора. Обучение в газовой камере, кратковременное действие газовой волны или слабая ее концентрация не мо­ гут оказать существенного влияния на уголь, и свойства его скоро восстанавливаются.

6. «Судьба» угольной массы респиратора на фронте

Вопрос об изменении поглотительных свойств угля при его службе на фронте, конечно, чрезвычайно важен. Изучение общей хлороемкости, как явствует из моего отчета № 1, не дает на него никакого ответа. Требуется, очевидно, серьезное статистическое исследование изменений динамической актив­ ности угля в респираторах, находящихся в войсках. Пока мной было исследовано лишь очень немного образцов, но это исследование уже говорит за то, что динамическая актив­ ность угля есть свойство стойкое, мало изменяющееся от внешних влияний и во всяком случае не подверженное влия­ нию времени.

В этом последнем отношении динамическая активность уг­ ля чрезвычайно благоприятно для основной своей задачи от­ личается от общей хлороемкости угля, которая постепенно, но неуклонно падает от времени.

* Дополнительно поставленные опыты говорят за то, что и это ко­ личество, более прочно задерживающееся в угле, постепенно исчезает или может быть удалено со скоростью, зависящей от внешних условий, но во всяком случае несравненно меньшей, чем удаление первой порции. Весь­ ма возможно, что впоследствии выработается метод для удобного ожив­ ления сильно использованного угля, но пока еще не существует рацио­ нального критерия, чтобы судить совершенно или нет удален хлор от уг­ ля. Возможно, что теоретически все сводится лишь к различным скорос­ тям диффузии, но не исключены и более сложные химические процессы, подобные образованию гидратов или комплексных соединений — это должно решить строго научное исследование.

84