Рафаил Бахтамов - Властелин Окси-мира
– Надо проверить, как там с кислородом. Чтобы не повторилась история с перекисью.
Я кивнул. Если с получением кислорода плохо, Смолин заставит изобретать новый способ. Лучше это делать не за три дня.
АКАДЕМИК ИЗ ЛАГАДО
Если человек гениален, тут ничего не поделаешь. Сам он может воображать, что говорит чепуху, его современники могут в это верить. Но пройдут годы, и в нечаянно брошенных словах потомки с изумлением обнаружат зёрна великого открытии.
Описывая путешествия Гулливера, гениальный английский сатирик Джонатан Свифт (в детстве его считают приключенческим писателем, но я надеюсь, вы уже вышли из этого возраста) приводит своего героя на остров Лапуту и даёт ему возможность подробно ознакомиться с академией в городе Лагадо. Критики – с тех времён и до наших дней – единодушно отмечают, что описание академии представляет собой великолепную сатиру на учёных, оторванных от жизни, витающих в облаках.
Конечно, так оно и есть. Ещё и сейчас попытки добывать солнечную энергию из огурцов кажутся смешными. Но я не могу ручаться за будущее. С гениями лучше быть осторожным. Я убедился в этом, прочитав описание современного промышленного способа получения кислорода.
Мир, в котором мы живём, настолько богат кислородом, что добывать его, в принципе, можно из всего: из дерева, из песка или глины, из ржавой вилки, помидора и книги. Однако отсюда не следует, что в этом есть смысл. Смысла как раз нет. Кислород, выделенный из дерева, стоил бы немногим дешевле серебра. Подобную роскошь мы не можем позволить себе.
Конечно, нет смысла получать кислород и любым из «школьных» способов: из окиси ртути, перманганата калия, бертолетовой соли. Все эти вещества слишком дороги. Вообще из химических способов интерес представляют только два: электролиз воды и разложение окиси-перекиси бария.
Разложить воду электрическим током достаточно просто. Чтобы улучшить электропроводность, в воду добавляют щёлочь – обычно едкий натр. Затем через раствор пропускают постоянный ток.
Недостаток у этого способа только один – большой расход энергии. На получение кубического метра кислорода затрачивается 12 – 15 киловатт-часов. Поэтому кислород получают из воды лишь тогда, когда нужен не только кислород, но и водород и есть дешёвая электрическая энергия.
Окисно-перекисный способ остроумен – это, пожалуй, его главное достоинство. Окись бария (BaO), нагретая до 540 градусов, поглощает кислород из воздуха и превращается в перекись (BaO2). При дальнейшем нагревании до 870 градусов перекись бария разлагается, превращаясь в окись и выделяя чистый кислород. Кислород можно собрать, а окись вновь охладить и проделать всё снова. Получается своеобразный «химический насос», выкачивающий кислород из воздуха.
Просто и красиво. К сожалению, для нагревания перекиси нужно много теплоты, а для охлаждения – много времени. В результате и этот путь имеет лишь теоретическое значение.
Впрочем, в смысле остроумия другие способы могут смело поспорить с окисно-перекисным. Например, диффузионный. Камера, разделённая на части пористой перегородкой. В одной части – воздух, в другой создаётся вакуум. Газы начинают проходить (диффундировать) сквозь перегородку. При этом скорее будут проскальзывать более лёгкие молекулы (с меньшим молекулярным весом). Молекула кислорода тяжелее. Значит, азот в основном уйдёт; кислород же в основном останется. Для промышленности способ, увы, слишком изящен…
Мне больше всего понравился ещё один путь, по-моему, чрезвычайно оригинальный. Я вообще люблю, когда человек использует опыт природы. За миллиарды лет природа многому «научилась», и, право же, не грех кое-что у неё позаимствовать.
Организм, как вы помните, получает кислород с помощью гемоглобина. Гемоглобин берёт кислород из воздуха, а потом отдаёт его клеткам.
Салькомин – вещество, приготовленное искусственно, – похож на гемоглобин. При температуре 35 градусов и давлении в 7, 5 – 8, 5 атмосферы он поглощает кислород. А затем отдаёт, когда температура и давление снижаются. Из 50 килограммов салькомина можно за час получить около 10 килограммов кислорода. Не мало, хотя и не очень много. Зато кислород исключительно чистый (природа умеет работать!). В медицинских целях этот способ уже применяется.
Промышленный кислород получают иначе. Не так оригинально и красиво, но гораздо дешевле и в огромных количествах. И тут самое время вспомнить Джонатана Свифта и его неутомимого Гулливера – путешественника, судового врача, капитана… Вот что увидел он в академии Лагадо: «Под началом великого учёного находилось 50 рабочих. Одни сгущали воздух, делая его осязаемым, извлекая из него азот и давая испаряться текучим и водянистым частицам…»
«Ведь это полная картина производства жидкого воздуха, кислорода и азота – и всё это в 1726 году!» – восклицает французский учёный Ж. Клод, один из соиздателей промышленного способа получения кислорода.
В самом деле. Для получения кислорода воздух сначала «сгущают, делая его осязаемым» (сжижение). Затем, «давая испаряться текучим и водянистым примесям» (перегонка), извлекают из него кислород и азот.
В чём же смысл «ехидства» Свифта? По тем временам (начало XVIII века) считалось, что воздух «неделим» и абсолютно не поддаётся сгущению. Таким образом, высмеивая академиков из Лагадо, Свифт приписал им совершенно нелепые и бессмысленные действия. Но описал так, что фактически предвосхитил способ, изобретённый инженером Линде в 1895 году – почти через 170 лет после появления «Гулливера»!
Чтобы «сгустить» воздух, его охлаждают до минус 192 градусов. Делают это в особых машинах – детандерах. Принцип работы детандера прост. Воздуху, сжатому в компрессоре до 200 – 250 атмосфер, дают быстро расширяться. Расширение вызывает потерю энергии, газ охлаждается. Для более глубокого охлаждения газ заставляют совершать дополнительную работу – двигать поршень машины. Сжатие и охлаждение повторяют несколько раз, пока температура воздуха не снизится до минус 192 градусов и он не превратится в жидкость, напоминающую воду.
Кислород из этой «воды» получают перегонкой, используя различие в температурах кипения кислорода (минус 183 градуса) и азота (минус 196 градусов). Азот «кипит» при более низкой температуре и потому испаряется раньше. Но при этом уходит и немало кислорода. Если пустить процесс на самотёк, в испарившемся азоте будет много кислорода, а оставшийся кислород сильно «засорится» азотом.
Чтобы избежать этого, уходящий газ снова и снова пропускают над жидким воздухом, температура которого – минус 192 градуса – для азота не страшна, он не сгущается. А кислород вновь превращается в жидкость. Постепенно в испарившемся газе остаётся один азот, в жидкости – один кислород.
Главный недостаток этого способа – работа при высоких давлениях. Долго его не удавалось преодолеть. Только в 1938 году советский учёный академик П.Л. Капица создал установку нового типа. Поршневые механизмы компрессора и детандера он заменил турбинными. Турбодетандер Капицы имеет небольшие размеры и работает при давлении всего в 5 – 6 атмосфер.
Интересно, что попытки создать турбодетандер предпринимались раньше. И неизменно кончались неудачей. Изобретатели исходили из бесспорного, казалось бы, факта: воздух – это газ.
Капица был первым, кто в этом усомнился. Он провёл опыты и доказал, что воздух – при высоком давлении и сверхнизкой температуре – гораздо больше похож на жидкость. А жидкостные турбины конструируют совсем не так, как газовые…
В современных установках расход энергии минимальный: примерно 0, 5 киловатта на каждый кубометр газа. И производительность их огромна – до 40 тысяч кубических метров кислорода в час.
Вполне достаточно. Во всяком случае – для оксивентиляции. Трёх таких установок хватило бы, чтобы в течение месяца привести в состояние апноэ всё население Земли. С изобретением нового способа получения кислорода можно было не торопиться.
Мы так и сделали. Тем более, что забот нам хватало.
Глава 6
ПЕРВЫЕ В МИРЕ
«ВОЗДУХ, КАКОЙ МЫ ЗАСЛУЖИЛИ…»
В этот день мы получили авторское свидетельство. Первое в нашей жизни. Первое, что мы вообще видели. У Д.Д. были авторские свидетельства, но просить, чтобы он показал, не хотелось. Не сговариваясь, мы решили: либо мы увидим своё собственное авторское свидетельство, либо совсем не увидим. Живут же люди и без авторских…
Почту принесли к концу дня. Смолин вскрыл конверт и позвал негромко, но так, что все услышали:
– Гена, Володя!
Мы подошли. На столе, поблёскивая свежей зелёной краской, лежали авторские свидетельства. Авторские поступали в Отдел довольно часто. Но каждый раз – это одна из традиций, установленных Смолиным, – получение свидетельства становилось событием, праздником.
А тут особые обстоятельства. Изобретатели – свои, выросли в Отделе. Предложение было подано в ноябре 1943 года. Нынче же на дворе ноябрь 1948 года. Прошло пять лет, и Отдел добился победы. Прежнее решение отменено, изобретение признано и удостоверено авторским свидетельством.
