Юный техник, 2003 № 12

Для окисления метана до синтез-газа нужно было устройство, которое подвергало бы газ очень быстрому однократному сжатию. И, изучив существующие конструкции, ученые остановились на установке, которую создал в 1950 г. советский ученый Ю.Н. Рябинин (рис. 3).

Если в установке Фалька скорость поршня не превышала 5 м/с, то в установке Рябинина поршень как бы выстреливался из пневматической пушки со скоростью до 100 м/с. Давление газа достигало 12 000 атм, а температура — 10 000 °C (почти вдвое выше, чем на Солнце). Процесс же длился всего десятитысячные доли секунды.

Детали конструкции установки Рябинина таковы.

Выстрел производили сжатым газом из специального баллона. К началу работы порция этого газа при строго определенном давлении подавалась в отдельный сосуд — ресивер. В этот момент поршень отводили влево, а в полость цилиндра подавался исследуемый газ. Далее нажимали курок, клапан ресивера открывался, и выходящий из него газ толкал поршень. Но еще до того как поршень успевал долететь до дна цилиндра, открывался другой клапан и выпускал наружу находящийся в «стволе» толкающий газ. Благодаря этому поршень после сжатия порции исследуемого газа возвращался в исходное положение, а давление и температура возвращались к нормальным значениям.

Эту установку и выбрали для экспериментов ученые института им. Топчиева. Кроме превращения метана в синтез-газ, ученые исследовали тысячи других химических реакций, среди которых нашли немало полезных для производства.

Например, при быстром сжатии оказалось возможно синтезировать необходимые для народного хозяйства окислы азота и аммиак. Можно, оказалось, и, напротив, превращать сложные соединения в простые, что очень важно для… уничтожения боевых отравляющих веществ.

Сегодня этих ядовитых соединений в мире накоплены тысячи тонн. Вылить в воду или закопать их в шахты невозможно — отравят все вокруг. Единственный способ от них избавиться без вреда для природы и людей — разложить на простые, относительно безвредные составляющие. И это удается, если подвергать ядовитые вещества быстрому сжатию.

Для нужд промышленного производства установку Рябинина доработали, увеличив рабочий объем в тысячи раз и повысив «скорострельность» до десятков раз в секунду. То, что получилось, назвали импульсным химическим реактором (ИХР).

Схему ИХР вы видите на рисунке 4.

Он состоит из размещенных в цилиндре двух поршней на общем штоке. На крышках цилиндра расположены клапаны для впуска реагирующих веществ. Они открываются электромагнитами, которые получают сигналы от контактов, расположенных в том же штоке.

Итак, представим, что установка включена. В правую камеру реактора поступает рабочая смесь газов, например, метан и кислород. Поршень сжимает ее, и происходит вспышка. Все совершается столь быстро, что метан не успевает «догореть», и образуется синтез-газ.

После вспышки поршень начинает двигаться влево и открывает окно, через которое выходят продукты реакции. В этот момент в левой камере цилиндра открываются клапаны, и туда подается свежая смесь. Поршень, двигаясь по инерции, сжимает ее до воспламенения, повышая давление до сотен атмосфер, и все повторяется. При работе реактора попутно выделяется механическая энергия. Часть ее расходуется на сжатие, а избыток идет на выталкивание и сжатие газообразных продуктов реакции. Их направляют в турбину, где они совершают полезную работу и частично охлаждаются. А далее проходят через теплообменник, где охлаждаются водой.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

ДОСЬЕ ЭРУДИТА

Растения-детективы

В лондонских и парижских магазинах, торгующих цветами, возник повышенный спрос на некоторые виды комнатных растений. Особым успехом пользуются 200 разновидностей гардении, которые, как недавно выяснилось, могут выступить в роли спасателей и даже детективов.

Все началось с того, что престарелая Альма Дайсон стала испытывать у себя дома сильные головные боли, усталость и впадать в состояние летаргии. Домашний врач посчитал эту болезнь гриппом и прописал пациентке постельный режим.

Однако шла неделя за неделей, а болезнь не прекращалась. Альма уже с трудом поднимала голову и готовилась к худшему. Доктора не находили объяснения недугу старушки до тех пор, пока не обратили внимание на то, что стоящая в комнате гардения из зеленой постепенно стала пугающе желтой. Знающие люди пояснили: виною окись углерода.

Как выяснилось, отравляющий газ без цвета и запаха распространяла неисправная газовая колонка. Старушку быстро поставили на ноги. А в целях безопасности в домах с газом рекомендуют теперь завести растение из семейства гардений.

Заодно появились сведения, что и многие другие растения могут служить индикаторами опасности. Скажем, в Мексике обнаружен кактус, реагирующий даже на ничтожные дозы диоксина и ряда других вредных химических веществ. А в джунглях Амазонки, говорят, отыскали целое семейство растений, у которых нюх не хуже, чем у собак.