Приглашаем посетить сайт
Водород в воздухоплавании
ВОДОРОД В ВОЗДУХОПЛАВАНИИ. Для наполнения аэростатов В. впервые б. употреблен франц. физиком Шарлем в 1783 г., к-рый добывал его действием разбавленной серной кислоты на железныя стружки. Шарлем же б. выработаны и приборы для добывания В. в большом количестве: это был ряд бочек, в к-рыя закладывались стружки и сразу наливалась кислотная смесь; выделявшийся В. проходил по трубам сначала в особую бочку, где оставалась часть механически увлеченной кислоты, а затем поступал в аэростат. Этот примитивный способ, дававший, напр., для бочки в 700 литров всего 12,5 кб. мтр. В. в час, оставался без существ. изменений до 1875 г., когда кап. Ш. Ренар построил как передвижные, так и неподвижные приборы с циркуляцией кислоты между стружками, позволявшие, при объеме генератора, напр., в 5 кб. мтр., получать в час не менее 250 кб. мтр. В. Притом он ввел промывание газа водою и сушение затем его негашеной известью. Хотя получаемый его методом В. обладал нейтральной реакцией, но содержал еще примеси углеводородов, сероводорода и нек-рых др. сильно ядовитых газов, приводивших иногда к смертельным отравлениям. Тем не менее такой газ считался удовлетворяющим своему назначению, пока в 1903 г. инженер Жюльо, строитель управляемаго аэростата бр. Лебоди, не заметил, что при долгом соприкосновении он все же действует разрушительно на оболочку аэростатов. Тогда б. выработан след. метод очистки В., к-рый пока является окончательным. Газ, добываемый по способу Ренара, заставляют проходить пузырями через толстый слой воды; затем моют водяным дождем, и еще ведут через скруббер, наполненный коксом, по поверхности к-раго, навстречу газу, сбегает вода; этим путем отмываются последние следы кислоты. После того В. проходит над смесью из опилок, жел. купороса и гашеной извести для поглощения сероводорода, а остальныя ядовитыя примеси и часть углеводородов удаляются пропусканием газа через приборы, наполненные смсью инфузорной земли с марганцовокальциевой солью, к-рая действует на них окисляющим образом. Наконец, оконч-но В. сушится и очищается от углекислаго газа, проходя над твердым едким натром. Вес кб. метра такого В. (при 0°Ц и 760 мм. давления) равен 110 грм., так что подъемная сила его равна 1,183 клг. Однако, В., добываемый таким способом, сравнительно слишком дорог (без очистки он обходится оть 37,5 до 45 коп. за 1 кб. мтр.); добывание слишком мешкотно, требуя постоян. контролирования качества газа, и, наконец, вес необходимых материалов слишком велик. Почти одновр-но с добыванием В. действием железа на серную кислоту б. открыта и другая реакция его образования. А именно, в 1784 г. Менье и Лавуазье показали, что при пропускании водяного пара над раскаленным железом последнее окисляется в окалину и освобождается газообразный В. Комитеть обществ. безопасности постановил применить эту реакцию для воен. шаров, и 26 июня 1794 г. аэростат, наполненный В. таким способом, принимал участие, как наблюдател. пункт, в сражении при Флернее. Процесс оказался очень утомительным и необходимо было 40 ч. для наполнения шара в 450 кб. мтр. В наст. время трудности технич. добывания В. этим способом устранены вполне. Из относящихся сюда патентов наиболее разработан, повидимому, патент Дельвик-Флейшера, к-рым пользуются прус. заводы воен. мин-ства с производит-стью в 200 кб. мтр. в час в Кельне и в Кенигсберге. Довольно близок к нему способ компании Oxylithe в Париже, добывавшей на маленьком заводе в Сен-Клу В. для франц. воен. мин-ства (по 50 кб. мтр. в ч.). Подъемная сила В., добываемаго этим путем, - оть 1,150 до 1,177 клг. Стоимость оборудования герм. завода на 200 кб. мтр. в час - ок. 140-150 т. руб.; коммерч. стоимость 1 кб. мтр. В. (при ежедн. добыче 600 т. кб. мтр.) - ок. 7 коп., а при добыче 100 т. кб. мтр. - ок. 11 коп. Сделать эти аппараты подвижными (по ж. д.), повидимому, очень затруднительно, хотя попытки в этом направлении производятся. Разработанные технически в последнее десятилетие способы добывания В. компаний Грисхейм-Электрон и Линде-Франк-Каро связаны с водяным газом, к-рым называется газообр. смесь, получаемая при действии водяного пара на раскаленный уголь. В зависимости от температуры, при к-рой происходит взаимодействие, состав ея меняется, но, вообще, она состоит из В., углекислаго газа и окиси углерода. Горение угля за счет кислорода воды идет с поглощением тепла, и потому для поддержания процесса необходим приток энергии извне. В технике этого достигают, продувая через кокс попеременно воздух и перегретый водяной пар; когда дуют воздух ("горячее дутье"), то уголь частью сгорает за счет кислорода, остальная же его масса раскаляется до требуемой температуры (белаго каления); при продувании водяного пара ("холодное дутье") кокс медленно теряет накопленное им тепло и горит за счет кислорода воды. Продукты горячаго дутья, состоящие из углекислаго газа, окиси углерода и азота (из воздуха), выпускаются на воздух, чтобы они не загрязняли водяного газа, к-рый собирается только от "холоднаго дутья". Из водяного газа В. добывается заводом Грисхейм-Электрон химическими превращениями. Для этого газ сначала тщательно промывается в наполненном кусками кокса скруббере водою, растекающеюся сверху по поверхности кокса; затем он последовательно проходит через очиститель, содержащий гашеную известь, к-рая удерживает углекислый газ, через скруббер с серной кислотою, к-рою газ высушивается, и, наконец, с подогреванием до 250-300°Ц, над твердой известью, поглощающей окись углерода. Подъемная сила этого В. равна 1,180 клг. Метод Линде-Франк-Каро основан гл. обр. на физич. очистке водяного газа и заключается в последоват. освобождении его от углекислоты помощью промывания в щелочных скрубберах и поглотителях, от паров воды и др. примесей сжатием смеси до 50 атм. и пропусканием через трубы с безвод. хлористым кальцием и, наконец, от окиси углерода, к-рая сжижается при прохождении сжатаго до 50 атм. газа через змеевик, погруженный в кипящий под пост. давлением жидкий воздух. Остающаяся газообразною при 190° Ц смесь, называемая "техническим водородом", содержит до 98% водорода и обладает подъемной силою в 1,185 клг. На заводах под Веной и в Гамбурге цена такого В. не превышает 4,64 коп. за 1 кб. мтр. Стоимость первонач. оборудования станции на 100 кб. мтр. в час - ок. 150 т. руб. Станция м. быть сделана подвижной. Способ добывания В. по патенту Ринкера и Вольтера основан на том, что при достаточно выс. температуре углеводороды распадаются на В. и углерод, выделяющийся или в виде сажи, или же в виде графита. Процесс ведется так. Коксовый генератор раскаляется горячим дутьем приблизительно до 1.300° Ц, а затем его верх. отверстие, служившее для выхода горячих газов, герметически закрывается и сверху вниз заставляют идти струю какого-нибудь углеводорода (у нас могут быть взяты любые отгоны бакинской нефти). Для полноты разложения газы из перваго генератора проводят (тоже сверху вниз) через другой раскаленный до той же темп-ры генератор, после чего их фильтруют от угля, промывают в скруббере водою, сушат серной кислотою и освобождают от окиси углерода пропусканием через нагретую известь. В зависимости от тщательности ведения операций, подъемная сила газа колеблется от 1,170 до 1,184 клг.; средняя цена 1 кб. мтр. такого В. в Германии - 5,34 коп. Для целей воен. воздухоплавания разработана подвижная станция. Стоимость приборов, позволяющих получать в час ок. 100 кб. мтр. В. и расположенных на двух ж.-д. платформах - ок. 56 т. руб. В Германии предполагается снабдить войска подобными станциями по одной на корпус и на каждую крепость. В Спб. приступают к постройке большого частнаго завода, добывающаго В. по системе Ринкер-Вольтер для нужд химической промышленности с часовой производ-стью в 1,000 кб. мтр. В последние года разработан ряд щелочных способовь добывания В. Сюда относятся: 1) разложение воды с помощью алюминия и едкаго натра (применялось нашими войсками в Манчжурии; 2) разложение воды с помощью кремния и едкаго натра (способ Шуккерта в Нюрнберге) или "силикола" и едкаго натра (способ проф. Жосера в Париже); 3) разложение воды с помощью водородистаго кальция (гидролита) и 4)добывание В. при горении гидроженитовой массы: оба последние предложены также Жобером. Растворимость металлич. алюминия в растворах едких щелочей с выделением В. открыта Велером в 1827 г., но реакция могла быть использована только после того, как алюминий стал более доступным по цене. По инициативе А. И. Горбова, в 1899 г. воздухоплават. парком б. разработаны удобные перевозные и вьючные аппараты для добывания В. этим способом. Реакция идет с значит. выделением тепла, и быстро; добываемый В. отличается чистотою. Выгоды способа: неб. количество исходных веществ (ок. 2 клг. на 1 кб. мтр. В.) и возможность перевозить их в твердом состоянии и, след., сравнительно в неб. объеме. К недостаткам способа д. быть отнесены: значит. стоимость алюминия и необходимость больших количеств воды, не всегда легко находимой на месте. Растворимость кремния в щелочах с выделением В. тоже б. открыта давно (в 1857 г.), но использована только в 1908 г. Шуккертом, после того, как кремний стал добываться для металлургии с помощью вольтовой дуги. Фирмой разработаны два типа приборов: подвижные и неподвижные. Первые устанавливаются на двух четырехколесных повозках; на меньшей находится котел с топкой, дающий пар для подогревания растворов и для насоса, к-рый качает воду как для растворов, так и для скруббера (способ требует много воды); на ней же находится закрытый железный бак, в к-ром растворяют едкий натр; бак подогревають. Горячий раствор перегоняется затем на большую повозку в объемистый жел. бак с воронкой наверху. В воронку всыпают мелко размолотый кремний (в смеси с негашеной известью) и постепенно, помощью безконечнаго винта, подают его в подогретый раствор щелока. Выделяющийся из аппарата газ промывается в скруббере. Того же типа и неподвижные приборы. Чистота газа, по данным фирмы, около 99%. Главныя примеси: сильная влажность и углекислый газ; подъемная сила несколько ниже 1,180 клг. Подвижныя станции дают, смотря по величине, от 60 до 120 кб. мтр. в час; неподвижныя от 200 до 300 кб. мтр. На 1 кб. мтр. В. идет ок. 2,24 клг. исходных материаловь и ок. 65 литровь воды. Неподвижныя станции Шуккерта имеются в казематах нек-рых прус. крепостей. Цена 1 кб. мтр. В. ок. 60 коп. Силиколевый способ Жобера в принципе сливается со способом Шуккерта, отличаясь от него только тем, что Жобер, вместо дорогого кремния, берет дешевый феррокремний или даже феррошпигель и действует на них концентрированным раствором (35-40%) едкаго натра. Им выработан тип неподвижных аппаратов, весящих от 1.800 до 2 т. клг.; 1 кб. мтр. В. требует 2,25 клг. исходных материалов и только 6 литров воды. Цена В. ок. 37,5 коп. за 1 кб. мтр. Продуктивность аппарата от 600 до 800 кб. мтр. в час. Процесс "гидролита" или разложения воды водородистым кальцием (Cah2) (патент Жобера от 1902 г.) идет с громадным выделением тепла и поэтому с большой быстротой. В наст. время Жобером с кап. Леларжели разработан тип подвижного аппарата (четыре колес. повозка), весящаго 2.400 клг.; 1 кб. мтр. В. требует 1 клг. гидролита и 10-15 литров воды. В. сушится пропусканием над твердым гидролитом. Скорость газообразования в этом приборе 500-600 кб. мтр. в 1 ч. Цена В. очень высока: за 1 кб. мтр. - ок. 1 р. 80 коп. Наконец, способ "гидроженита" еще мало разработан практически (патентован Жобером в 1910 г.). Реакция, лежащая в основании способа, сводится к горению смеси кремния с натристой известью, при чем берется ли чистый кремний или тоже ферро-силиций и состоит ли другая часть смеси из натристой извести или же только из гашеной извести, достоверно не известно. Само добывание В. сводится к тому, что смесь материалов, подходящим образом измельченная (она в виде, довольно тонкаго сераго порошка хранится в запаянных жестянках, т. к. сырость и углекислый газ воздуха вредно на нее действует), насыпается в жел. цилиндр, герметически закупоривается после того, как масса гидроженита подожжена спичкой (с помощью запальной смеси, составляющей секрет изобретателя). Выделяющийся горячий В. посредством трубы, вделанной в цилиндр, переводится в скрубберы для промывки водою. На 1 кб. мтр. В. требуется ок. 3 клг. гидроженита. Смесь поддается прессованию до уд. веса 2,5; тогда лепешка гидроженита в 1 литр дает 800 литров В. Это обстоятельство замечательно, т. к. оно показывает, что в прессованном гидрожените В. имеет приблизительно ту же степень конденсации, к-рую он имел бы при давлении почти в 800 атмосфер (1 литр жидкаго В. даеть всего 782 литра газообразнаго В.). Неизвестно, однако, насколько стоек прессованный гидроженит. Жобером разработаны подвижные и неподвижные аппараты для гидроженита с производительностью в 150 кб. мтр. в час; он предполагает довести их до 300 кб. мтр. Стоимость 1 кб. мтр. В. в Париже - ок. 1 р. 80 коп. Подъем. сила газа ок. 1,14 клг. Кроме перечисл. способов добывания В., он м. еще получаться электролизом подщелоченной воды, но имеющиеся аппараты довольно громоздки, а процесс медленный.