Я тут скромно сделал ролик о физике продувки и химии фильтрации дымовых газов в кальяне.
Гляньте кому интересно, постарался максимально в науку не забуриваться, но при том не сделать доступно.
Для тех, кто больше любит читать:
Как в целом работает кальян? - Сейчас мы обсудим такой сложный процесс, как Фильтрация дыма через воду
Одним из распространенных способов очищения воздуха – является фильтрование через жидкую среду. Способ достаточно эффективен как для улавливания концентрированных газов, так и для конденсации паров, поглощения твердых частиц и жидких составляющих.
Механизм очистки воздуха при прохождении через воду не является до конца изученным. Он представляет собой совокупность нескольких процессов, одним из которых является диффузия на границе соприкосновения сред.
Другим – циркуляция воздуха за счет омывания водой. Кроме того, воздушные загрязнения по признаку «поведения» в атмосфере и при перемешивании с жидкостью, можно разделить на 4 основных группы. Это «газы», пары растворимых в воде веществ, пары нерастворимых веществ и твердые частицы.
Здесь под «газами» подразумеваются соединения, не способные конденсироваться в жидкое состояние при температурах, близких к комнатной.
К ним относятся сероводород, аммиак, азот, кислород, хлор, углекислый, угарный, сернистый и др. газы.
Под парами будет подразумеваться взвесь микроскопических капелек или отдельных молекул веществ в воздухе, способных конденсироваться при температурах, близких к комнатной. Это пары воды, спиртов, жиров, карбоновых кислот и т.д.
Твердые частицы – пыль, копоть, зола и так далее. Рассмотрим перемешивание с водой каждой из этих групп.
Подобный способ очистки давно применяется в кальяне. Табачный дым через трубку попадает в сосуд, наполненный водой, проходит через воду, при этом частично очищается. Из горлышка сосуда идет еще одна трубка, с помощью которой и затягивается курильщик.
Прохождение дыма через воду сокращает количество смол, дегтя и других веществ потенциально канцерогенного характера. Исследования показали, что фильтрование дыма через воду в кальяне сокращает содержание: никотина, фенолов на 90%, мелких твердых частиц на 50%, бензопирена, ароматических углеводородов полицикликена. Отмечается сокращение канцерогенного потенциала дыма, который пересек воду по сравнению с тем, который не прошел такой фильтрации. Дым от кальяна, лишенный таких веществ как акролеин и альдегиды, в отличие от сигаретного, не раздражает слизистых оболочек горла или носа курильщиков и лиц, находящихся поблизости от кальяна
Однако, установлено, что содержание в крови котонина повышено, по сравнению с курильщиками сигарет. На этом основании исследователи сделали вывод о том, что дым, проходя через воду, теряет концентрацию лишь некоторых из своих компонентов, иные же остаются примерно в том же составе.
Котини́н — алкалоид, обнаруженный в табаке и, кроме того, являющийся метаболитом никотина. Слово «котинин» представляет собой анаграмму слова «никотин». Используется как биомаркер воздействия табачного дыма, а также продаётся как антидепрессант под маркой «Scotine».
По мере насыщения примесями, способность воды растворять новые порции постепенно снижается. При фильтрации дыма в воде концентрируются вещества, являющиеся растворителями для некоторых органических соединений.
Например, спирты и кислоты растворяют жиры, некоторые углеводороды растворяются альдегидами и кетонами.
Однако, взаимное сочетание всех этих соединений может снижать растворимость соединений других классов. Поэтому, вне зависимости от формирующегося состава, залогом высокой эффективности водной фильтрации является периодическая замена воды.
Аналогом кальяна в химии является Склянка Дрекселя, что это такое?
Склянка Дрекселя – химическая посуда, используемая для очистки газов, еще называют промывной склянкой. Фильтрация газообразных веществ происходит через слой жидкого вещества. Название конструкция получила по фамилии ученого, который впервые использовал прием «барботирование» для очистки газов. Произошло это при выделении казеина, во второй половине прошлого века. Пропуская газы через слой жидкости, Эдмунд Дрексель получил на выходе газ, очищенный от примесей.
Сосуд Дрекселя наиболее часто используется для избавления газа от различных примесей, химических соединений или физических вкраплений. Очищаемый газ пропускается на небольшой скорости через эту склянку.
Сосуд предварительно заполняют наполовину специальной жидкостью, которую выбирают в зависимости от предполагаемого загрязнения или целей, которые стоят перед химиком. Пройдя через жидкость, молекулы газа собираются над слоем фильтровального раствора, а после выходят через короткую трубку из склянки Дрекселя. Различные посторонние соединения, примеси взаимодействуют с раствором и остаются в нем. Обычно используемые растворы щелочные или кислотные. Пропуская газообразные вещества сквозь слой серной кислоты можно осушить и очистить от соединений аммиака. Газы, прошедшие через барий гидроксид, будут освобождены от углекислого газа.
Для повышения эффективности барботажа плюс тщательной фильтрации газов, используются несколько улучшенных моделей склянки Дрекселя. В них на кончике длинной трубки расположена пористая пластина или трубка с барботерами (отверстия диаметром около 4 мм). Мы привыкли называть эти устройства диффузорами. Так обеспечивается большая площадь соприкосновения двух фаз, газовой и жидкой и, соответственно, выше качество очистки.
3. Мифы о фильтрующих свойствах воды
Как вы могли понять, конструкция кальяна схожа со склянкой Дрекселя, а некоторые модели турецких кальянов лишенные обратного клапана в целом повторяют устройство Дрекселя. НО, в случае с кальяном, мы находимся меж двух огней, качественная фильтрация подразумевает максимальное погружение шахты в глубь колбы, а также наличие правильно рассчитанного диффузора-барботера, что в свою очередь делает тягу кальяна более тяжелой.
В классическом устройстве погружной шахты, мы имеем дело с не большим слоем воды 2-3 см и довольно большим выходным отверстием. Из-за чего пузыри газовоздушной смеси получаются большими и плохо взаимодействуют с водой.
В итоге процесс фильтрации происходит неполноценно, и в колбе скапливаются различные вредные примеси.
Вот тут нам на помощь приходит обратный клапан, который в случае горения табака позволяет очистить колбу от угарного газа и других неприятных составляющих.
А за счет резкого повышения давления в колбе, по шахте поднимается столб воды, который как поршень проталкивает застоявшийся горячий воздух обратно через чашу.
Увы из-за несовершенства конструкции, при сильной продувки есть риск залить чашу.
Существуют модели кальянов в которых обратный клапан можно перенастроить на продувку чаши напрямую в обход водного клапана в колбе.
4. Известковая вода
Как мы можем повысить абсорбирующие свойства воды, и снизить количество газов в воздушной смеси, ответ довольно простой, сейчас я вам покажу химический опыт по определению угарного газа и вы сами все поймете.
НО, задумайтесь, готовы ли вы заливать в колбу известь? Данный момент требует очень точного расчета! Так что, на данном этапе развития кальянных технологий не стоит экспериментировать
.
Лучше научитесь контролировать жар и не допускать перегрева.
А если все таки перегрев случился, то воспользуйтесь продувкой.
Для Вас я могу выделить четыре вида кальянов - без продувки, отдельный клапан, вертикальный, а также прочие уникальные системы.
Как и с дифузором, тут работает закон бернулли и другие физические аспекты
газодинамики. Чем больше у вас площадь выходных отверстий продувки, тем более легкой и плавной будет обратная тяга. А как следствие ниже риск залить чашу обратным давлением.