CC BY
102
УДК 663.97
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОКУРИВАНИЯ КАЛЬЯНА
ЕЛ БУБНОВ, аспирант
ВНИИ табака, махорки и табачных изделий
E-mail: [email protected]
Резюме. В результате проведенных исследований установлено, что аэродинамическое сопротивление кальяна влияет на параметры его прокуривания. Для разных людей параметры прокуривания очень сильно отличаются, поэтому было предложено использовать несколько вариантов каждого параметра и массовую концентрацию конденсата в объеме протянутого дыма, отнесенную к изменению массы кальянного табака (мг/(л X г)).
Ключевые слова: кальян, дым, качество, параметры прокуривания.
Курение кальяна существенно отличается от других видов курения. Зависимость от него проявляется слабо и носит скорее характер привычки, чем физиологической необходимости получения дозы никотина.
При курении кальяна в качестве внешнею источника тепла используют специальный уголь. Кальянный табак очень влажный, в процессе курения он не сгорает, а дым образуется в результате дистилляции компонентов табака [ 1 ]. Таким образом, прежде чем попасть к курильщику поток воздуха сначала проходит через тлеющий уголь, затем через перфорацию фольги и слой табака. Дым продвигается по шахте, барботируя через воду, попадает в колбу и далее по шлангу с мундштуком — к курильщику. Полная потеря давления Дрп определяется как сумма потерь на каждом из этих участков [2].
■ 4РЯ = АРУ + АРФ + Арт + Дрч + Арш + Арв + Арш + дрм, где Ар — местные потери давления при прохождении через уголь; Арф—через перфорированную фольгу; Арт — через слой табака; Арч — через чашку для табака; Арш — через шахту кальяна; Арв — через столб воды; Арш — через шланг; Арм — через мундштук.
При одинаковых параметрах потока воздуха и газов, постоянными остаются Арч, Арш, Арш, Ари. Все остальные потери могут меняться в зависимости от особенностей закладки табака, свойств угля, глубины погружения трубки шахты в воду, особенностей перфорации фольги. Кроме того, могут различаться геометрические размеры составных частей кальяна, и, значит, местные потери давления д ля них.
В деталях кальяна происходит не только уменьшение давления, но и перераспределение скоростей потока, что сопровождается потерей энергии. Ее расход покрывается за счет силы легких курильщика, что, вероятно, влияет на параметры курения.
Считается, что снижение температуры в зоне горения сигареты, приводит к уменьшению содержания в ее дыме токсичных компонентов [3]. Температура процесса образования дыма кальяна составляет порядка 450 °С, что в 2 раза меньше, чем в зоне горения сигарет [ 1 ]. Это дает воможность предположить, что в дыме кальяна со-
держится значительно меньше токсичных веществ, чем при других способах курения. Этот вопрос полностью не изучен и требует дальнейшей проработки.
Однако если для сигарет сбор конденсата дыма и дальнейшее определение содержания смолы и никотина проводится по стандартной методике, согласно которой установлены значения параметров прокуривания [4], то для кальяна такая методика отсутствует. Для ее разработки необходимо определить параметры прокуривания, влияющие на состав и качество дыма: объем и продолжительность затяжки, создаваемое при затяжке разрежение, скорость потока. Ранее установленные значения параметров прокуривания кальяна не отражают особенностей его курения, поскольку определение такого важного показателя как объем затяжки проводилось косвенным путем. Не учитывалось, что курильщик преодолевает сопротивление кальяна за счет силы легких и на объем затяжки может влиять аэродинамическое сопротивление самого кальяна. Выполнить исследования токсичности дыма кальяна по существующей для сигарет методике не представляется возможным, поскольку объем затяжки и продолжительность его курения значительно больше, чем у сигарет [1,4].
Считается, что курильщик сигарет подстраивает свои параметры курения для получения дозы никотина. Для кальяна, вероятно, из-за низкой концентрации никотина в дыме (около 0,1 % [5] против 1...2 % в табачной смеси для сигарет) и большей продолжительности курения (сигарета — около 5 мин., кальян — 20...45 мин.) этого происходить не будет.
Учитывая это, можно предположить, что курильщик не сможет ощутить изменения потребленного никотина регулированием параметров прокуривания. В этом случае основные факторы, влияющие на параметры курения, — аэродинамическое сопротивление системы кальяна и особенности легких курильщика. Можно предположить, что затяжка в кальяне в случае отсутствия дефектов вкуса будет осуществляться без перенапряжения легких, то есть так же, как при обычном дыхании. Однако аэродинамическое сопротивление кальяна может меняться и быть значительно выше, чем сопротивление на вдохе при обычном дыхании.
Таким образом, необходимо определить параметры прокуривания и установить их связь с аэродинамическим сопротивлением кальяна для разработки курительной машины и последующего анализа химического состава дыма.
Для решения поставленной проблемы была разработана и собрана лабораторная установка, состоящая из двух резервуаров. В дне одного из них проделали 5 отверстий диаметром 15 мм и отградуировали с ценой деления 100 мл. Через резиновую пробку к резервуару присоединен штуцер с резьбой и тройником. Между штуцером и тройником установлены сменные шайбы. К двум другим выводам тройника присоединены шланги. Один из них связан с дифференциальным манометром
Таблица 1. Влияние сопротивления системы на объем и разрежение затяжки
Диаметр проходного отверстия, мм Объем затяжки Разрежение при затяжке
min, л тах, л сред- нее, л коэффициент вариации, % min, мм. вод. ст. тах, мм. вод. ст. среднее, мм. вод. ст. коэффи- циент вариации, %
2 0,2 0,73 0,48 36,09 4 0,36 1,61 0,96 42,75 6 0,58 2,09 1,19 37,87 8 0,54 2,06 1,26 40,78 10 0,65 1,95 1,26 36,64 48 281 122,1 56,87 19 128 57,7 61,69 11 67 36,3 53,13 8 74 26,6 72,84 5 72 22,5 87,85
Таблица 2. Влияние сопротивления системы на продолжительность и скорость затяжки
Диаметр проходного отверстия, мм Продолжительность затяжки Скорость затяжки
min, с тах, с сред- нее, с коэффициент вариации, % min, мл/с тах, мл/с сред- нее, мл/с коэффициент вариации, %
2 2 7,3 4,92 39,14 4 2,3 5,5 4,12 29,59 6 2,3 4,7 3,91 20,93 8 2,3 5 3,88 22,95 10 2,1 5,2 3,97 23,15 76,7 150 99,73 23,11 140 310,3 228,97 26,20 181.3 444,6 304,24 27,87 154 464,3 334,88 39,59 138.3 475 325,20 37,76
с ценой деления 1 мм, а другой — с мундштуком. Второй резервуар и дифференциальный манометр заполнены водой. При осуществлении затяжки отградуированный резервуар опускается в воду, на основании чего определяется объем затяжки. С помощью установки сменных шайб с диаметром отверстия 2,4, 6, 8 и 10 мм изменяется сопротивление системы.
При проведении опытов по моделированию влияния различного сопротивления системы на параметры затяжки курильщика кальяна каждому испытуемому предлагали выполнить затяжку без перенапряжения легких. Испытуемый в начале затяжки включал секундомер, а по завершению — выключал. После каждой затяжки записывали значения объема, продолжительности и разрежения. Опыт проводили в восьмикратной повторности. После этого путем смены шайбы меняли сопротивление системы (от меньшего к большему) и снова повторяли измерения. Скорость затяжки рассчитывали по значениям объема и времени затяжки.
В результате проведенных исследований установлена четкая связь между сопротивлением системы с одной стороны и объемом, продолжительностью, скоростью и разрежением при затяжке — с другой (коэффициенты корреляции г=+0,93, г = +0,87, г = +0,81, г = +0,89
соответственно) Причем, определяющий фактор — физические возможности легких, которые у разных людей сильно отличаются. Коэффициенты вариации указанных параметров для десяти испытуемых колеблются от 21 до 88 %. Установлено, что коэффициент вариаций объема затяжки при всех д иаметрах отверстий приблизительно одинаков, для разрежения и скорости с увеличением диаметра проходного отверстая он возрастает, а для продолжительности затяжки — уменьшается.
Средние значения объема затяжки, разрежения при затяжке, скорости протягивания, времени затяжки для отверстий 8 и 10 мм практически одинаковы. Уменьшение диаметра отверстия шайбы приводит к снижению объема и скорости затяжки, увеличению создаваемого разрежения. Время затяжки для всех отверстий приблизительно одинаково и составляет порядка 4 секунд, только при диаметре 2 мм оно достигает порядка 5 секунд. Следовательно, при низком аэродинамическом сопротивлении кальяна средние значения параметров будут постоянны, однако отклонения от средних для разных людей очень значительны.
Выводы. Таким образом, использование средних параметров прокуривания, по аналогии с сигаретами неприемлемо. Для сбора конденсата дыма кальяна и оценки его химического состава при изготовлении курительной машины, целесообразно использовать по 3 варианта каждого параметра прокуривания, лежащих в пределах вариационного размаха полученных значений. При этом, мы считаем, что объем затяжки следует принять равным 0,5, 1,0 и 1,5 л, скорость протягивания — 100; 250 и 400 мл/с, а для сравнения свойств дыма кальяна использовать массовую концентрацию конденсата в объеме протянутого дыма, отнесенную к изменению массы кальянного табака (мг/лт).
Литература.
1. Shihadeh A. Investigation of mainstream smoke aerosol of the argileh water pipe// Food and Chemical Toxicology. — 2003. -№ 41 — P. 143 —152.
2. Идельчик И.Е. Справочник no гидравлическим сопротивлениям. — М.: Машиностроение, 1975. — 559 с.
3. Диккер Г.Л. Способы снижения концентрации вредных веществ, образующихся в процессе курения табака (обзор иностранных изобретений) // Сб. ЦНИИТЭИпищепром. — М., 1972.
4. ГОСТ Р ИСО 3308 — 2002 Машина обычная лабораторная для прокуривания сигарет (курительная машина). Определения и стандартные условия. — М: Стандартинформ, 2005.
5. Урюпин А.Б., Фомина Л.М., Цыряпкин В.А. Исследование свойств кальянного табака// Tobacco ревю. — 2006, июль.
RESEARCH ON SMOKING PARAMETERS OF HOOKAH
E.A. Bubnov
Summary. As the result it was discovered correlation between aerodynamic resistance of hookah and its smoking parameters. Different people have extremely diverse smoking parameters so it was recommended to use several meanings for each parameter and mass concentration of condensate in total volume of puffs divided by tobacco loss (mg/(l Xg)). Key words: hookah, narghile, shisha, goza, water pipe, smoke, quality, smoking parameters.
