В данной статье мы разберем физико-химические процессы курения кальяна - влияние длины, диаметра и глубины погружения шахты, влияние диффузора, формы колбы, а также почему стоит продувать кальян.
Для начала разберем, что входит в состав кальянного табака и дадим определение каждому компоненту.
Состав кальянного табака: табак, ароматизатор, глицерин, инвертный сироп. Отметим, что на качество кальянного табака значительно влияют содержание никотина и углеводов в исходном табачном сырье, количественный и качественный состав полисахаридов, влажность табака, количество глицерина, количество и состав ароматизаторов.
Влажность кальянных табаков – один из существенных показателей позволяющих правильно интерпретировать содержание всех компонентов, оценивать возможность хранения готовой продукции.
Далее о каждом компоненте поподробней.
Ароматизаторы (отдушки) – вещества, которые используют для придания продуктам или изделиям определённые запахи, а также для создания или улучшения аромата.
Существует 3 вида ароматизаторов: натуральные, идентичные натуральным и искусственные ароматизаторы.
Глицерин – органическое соединение, простейший представитель трехатомных спиртов. Глицерин выступает связующим веществом при испарении смеси и является транспортером всех летучих компонентов.
Пропиленгликоль – бесцветная вязкая жидкость, обладающая гигроскопическими свойствами, двухатомный спирт (гликоль). Некоторые производители, например чайных смесей, используют пропиленгликоль для удержания в смешанном состоянии всех ингредиентов смеси, что улучшает испаряемость.
Инвертный сироп (сахарный) – инвертный сахар получают из сахарозы путем гидролиза. Инвертный сироп служит для связки ингредиентов и усреднения теплоемкости смеси.
Консерванты – вещества, затрудняющие жизнедеятельность микроорганизмов и некоторых других видов живых существ в пищевых продуктах. Увеличивает срок хранения и предотвращает порчу продукта.
Теперь, когда у нас есть общее понимание из каких компонентов состоит кальянный табак, на примере проточки воздуха через кальян разберем его физико-химические процессы.
Влияние длины шахты на физику курения кальяна
По мере прохождения кальянного дыма по длине шахты с частицами происходят следующие процессы:
- Коагуляция
- Конденсация/испарение
- Осаждение на внутренней поверхности шахты
- Движение в направлении создаваемого потока
Коагуляция – это объединение мелких частиц в более крупные. Простой пример - объединение снежинок при снегопаде. Тем самым происходит уменьшение числа частиц и увеличение их размеров. В контексте кальяна с увеличением длины шахты будет наблюдаться уменьшение числа частиц и увеличение их среднего диаметра, так как кальянный дым дольше пребывает в шахте. Процессы конденсации и испарения также будут влиять на размеры частиц.
Кальянный пар образуется конденсационным способом. Частицы зарождаются в чаше и поступают в шахту при затяжке. Их размер не достигает и 0,3 мкм (микрометра). При этом имеется температурный градиент (разница температур) вдоль всей длины пути от чаши к концу шахты. Наличие градиента создает перенасыщение в системе, которое способствует росту частиц за счет конденсации. Благодаря этому средний диаметр частиц будет увеличиваться с увеличением длины шахты. По мере прохождения дыма через шахту за счет диффузии частицы могут осаждаться на ее поверхности. Поэтому увеличение длины шахты будет приводить к уменьшению числа частиц за счет их осаждения.
Также пары аэрозоля могут конденсироваться на холодных участках шахты, выделяя тепло. За счет этого летучие вещества кальянного дыма остаются на шахте. Ключевыми из них являются компоненты ароматизаторов. Поэтому с увеличением длины шахты концентрация летучих соединений будет уменьшаться. Вследствие чего, чем выше шахта, тем меньше вкуса получиться на выходе. Длина шахты также влияет и на гидродинамическое сопротивление - тягу, которую ощущаем при затяжке. Чем длиннее шахта, тем больше усилий придется прилагать при курении.
Размеры кальянов:
- Маленький, длина шахты 22 см
- Средний, длина шахты 36 см
- Высокий, длина шахты 55 см
Установлено, что уменьшение длины шахты от 55 см до 22 см приводит к значительному росту числа частиц аэрозоля и уменьшению среднего модального диаметра. При уменьшении длины шахты, массовая концентрация частиц увеличивается, а величина площади поверхности легкого, осажденного частицами (LDSA), возрастает.
Интересно, что увеличение длины шахты в 2,5 раза приводит к уменьшению числа частиц в 10 раз, а увеличение длины шахты в 1,6 раз сокращает число частиц лишь в 2 раза, при этом средний модальный размер сохраняется. Поэтому средние кальяны наиболее сбалансированы по свойствам генерируемого дыма.
Влияние диаметра шахты на физику курения кальяна
Важно запомнить следующее:
- При увеличении диаметра шахты увеличивается диаметр пузырьков и скорость их всплытия, т.е. происходит процесс коагуляции
Тем самым они быстрей достигают конечной цели, т.е. мы быстрей наслаждаемся вдыхаемым дымом.
2. Увеличение длины шахты уменьшает абсорбцию газов
Связанно это с тем, что при увеличение длины шахты, диаметр пузырьков увеличивается, а их количество уменьшается
3. С увеличением объема пузырька, количество пузырьков, образующихся за одну затяжку, снижается
Дело в том, что гидродинамика пузырьков определяет процессы массопереноса. Внутри пузырька содержатся как частицы аэрозоля, так и компоненты газовой среды, которые представляют из себя смесь паров летучих компонентов и воздуха. За счет взаимодействия пузырька с водой могут происходить следующие процессы:
а) Оседание частиц аэрозоля в воде
б) Абсорбция (поглощение) паров летучих компонентов водой
в) Конденсация паров воды на частицах аэрозоля
Влияние глубины погружения шахты на физику курения кальяна
Глубина погружения шахты может оказывать значительный эффект на ощущения от курения (вкус, аромат и крепость). Гидродинамическое сопротивление возрастает при увеличении глубины погружения шахты. В большинстве случаев, то сопротивление при затяжке, что мы ощущаем, вызвано гидростатическим давлением воды в колбе. Также на объем затяжки, больший вклад в итоговое сопротивление дает шланг, мундштук (его длина, ширина, идет он на сужение диаметра или увеличения), персональный мундштук (также зависимость искусственного сужения диаметра).
Влияние диффузора на физику курения кальяна
Изначально диффузор был придуман для шумоподавления, его основные плюсы раскрылись со временем. Диффузор разбивает пар на более мелкие пузыри, за счет чего происходит увеличение площади соприкосновения пара с водой – увлажнение вдыхаемого пара, вследствии облегчение тяги.
Колба и ее форма
Оказывается колба от кальяна тоже влияет на процесс курения. Выяснилось, что чем больше пространства над жидкостью, тем меньшее усилия нужно прикладывать к затяжке и тем проще курить. Т.е. форма колбы напрямую влияет на плотность давления. При вдыхании содержимого колбы, создается область пониженного давления внутри колбы. На место ушедшего пара, через воду из шахты приходит новая порция пара.
Продув кальяна
Продув кальяна – крайне необходимый процесс для комфортного курения. Во время курения в колбе в свободном пространстве между водой и основанием накапливается вредный угарный газ, отдающий неприятной горечью, который время от времени нужно высвобождать оттуда. Поэтому рекомендуется продувать кальян через каждые 2-3 затяжки.
Итог
Теперь после прочтения данной статьи у вас есть полное понимание о том, насколько физико-химические процессы влияют на процесс курения кальяна. Вы будете уделять больше внимания таким деталям как влияние длины, диаметра и глубины погружения шахты, влияние диффузора, формы колбы, а также почему стоит продувать кальян.