Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Перекись водорода Н₂О₂

Чистая перекись водорода представляет собой бесцветную жидкость без запаха, обладающую вязкостью воды.

Чистая перекись водорода обладает высокой плотностью 1,44 г/см³, малой вязкостью и высокой температурой замерзания (застывания) (T_пл = 271,3 К).

Недостатком чистой перекиси водорода как окислителя является сравнительно высокая температура замерзания. Однако этот недостаток может быть несколько исправлен, если применять водные растворы, поскольку растворы перекиси водорода будучи двухкомпонентной системой Н₂О₂-Н₂О имеют не точку, а некоторую область замерзания.

В зависимости от концентрации перекиси меняется не только температура замерзания, но и температура кипения и плотность, как это видно из табл. 2.2.

Таблица 2.2

Изменение концентрации, разбавление перекиси водой, сказывается на величине удельного импульса тяги, обеспечиваемого окислителем. Его теплопроизводительность заметно снижается, удельная тяга также снижается, но в меньшей степени чем теплопроизводительность: это объясняется улучшением газообра-

60

зования за счет водяного пара. Растворы перекиси обладают свойством переохлаждаться на 10 — 20° С ниже температуры за­мерзания, это, по-видимому, зависит от чистоты концентриро­ванной перекиси.

Замерзая, растворы перекиси водорода сжимаются и поэтому не разрывают емкостей, в которых находятся.

В настоящее время известно несколько способов получения перекиси водорода. Наиболее часто применяется способ дейст­вия сильно разбавленных и охлажденных серной или ортофосфорной кислот на перекись бария.

Реакция идет по уравнению

Нерастворимый сернокислый барий удаляется фильтрованием. Концентрированная перекись водорода обычно получается из водных растворов методом вакуумной перегонки.

Токсические свойства и меры первой помощи при отравлении. Перекись водорода слабо токсична, попадание ее на кожу вызывает побеление и ощущение ожога, однако вскоре эти явления проходят. Поражение кожи не сопровождается нагноением, проникновение в кожу не вызывает отравления.

Пары перекиси водорода вызывают слезотечение и ожог глаз, раздражение слизистой оболочки носа, горла, насморк и обильное выделение мокроты. При длительном воздействии паров наблюдается появление крови в мокроте.

Предельно допустимая концентрация паров перекиси водорода в воздухе 0,01 мг/л. Большие концентрации перекиси водо-рода в воздухе вызывают заболевание глаз и печени.

Работающие с перекисью водорода должны периодически проходить медосмотр. При работе с перекисью водорода персонал должен иметь защитные очки, маски для лица и соответствующую одежду - перчатки, фартуки и др. Обмундирование должно быть изготовлено из полихлорвинила или полиэтилена. Одежда из шерстяных или хлопчатобумажных тканей в атмосфере перекиси водорода может внезапно воспламениться.

В местах, где перекись водорода может находиться в виде аэрозоля, разрешается работать только в противогазах. При попадании на тело перекиси водорода необходимо немедленно при-нять душ и прежде всего промыть глаза сильной струей воды.

Взрывоопасность. Перекись водорода является не только окислителем, но и унитарным топливом, в котором водород - горючее, а кислород - окислитель.

Вследствие непрочности молекулярных связей перекись водо-рода очень склонна к разложению. Медленное разложение перекиси с потерей 1 - 2% объема в год идет при нормальной температуре под действием света и ускоряется с повышением темпе-

61

ратуры. В присутствии катализатора разложение идет с очень большой скоростью и может самоускоряться за счет местноготепловыделения. Катализатором могут являться не только спе-циальные вещества, такие как пермангонат натрия или калия, но и обычная пыль, технологическая грязь, органические приме-си, конструкционные материалы, такие как свинец, медь, хром, и т. д.

Для концентрированной 100%-ной перекиси водорода само-разложение идет при температуре 424 К, т. е. при температуре кипения.

В условиях эксплуатации для надежного и длительного хранения перекись должна стабилизироваться добавкой от 2 до 5% раствора специального стабилизатора. Наилучшим стабилизатором является 6 или 10%-ный раствор фосфорной кислоты. Возможна стабилизация растворами серной, уксусной кислот или растворами солей фосфорной и кремниевой кислот. Стабилизированная перекись водорода может храниться на протяжении ряда лет. При этом надо иметь в виду, что конструкционный материал баков, трубопроводов и прокладок может вызывать каталитическое разложение перекиси. Для емкостей хранилищ и баков ра-кеты лучшим конструкционным материалом является алюминий высокой чистоты (99,6%). Алюминиевые емкости перед наполнением должны быть хорошо очищены, промыты в течение нескольких часов раствором едкого натра, затем водой и 10%-ной серной кислотой высокой чистоты. По истечении этого времени кислота смывается дистиллированной водой, после чего желательно промыть еще перекисью водорода.

Баки хранилищ и аппаратов должны иметь дренажные устройства для отвода паров перекиси. Хранилища должны иметь защиту от солнца, бетонный чистый пол, хорошую вентиляцию и должны окружаться земляным валом достаточной высоты.

Транспортировка перекиси производится обычно без затруднений. Малые количества перекиси можно перевозить в стеклянной таре, установленной в алюминиевый открытый бачок, наполовину заполненный сухим прокаленным песком. Возможна перевозка в чистой оловянной таре. Большие количества перевозятся в алюминиевых бочках, предварительно подготовленных для приема перекиситак, как это делается для тары хранилищ. Перекись водорода в количествах от 10 до 50 т перевозится в специальных железнодорожных цистернах.

В процессе транспортировки необходим постоянный контроль за состоянием перекиси, которая очень чувствительна к изменениям температуры и особенно к загрязнению случайно попадающей органической пылью и грязью, что может вызвать быстрый каталитический распад и взрыв перекиси.

Контроль за температурой должен быть постоянным, желательно с автоматической сигнализацией. При наличии признаков

62

каталитического или термического разложения необходимо охла­дить тару с перекисью водорода водой, или добавить некоторое количество стабилизатора (1—5%).

Если принятые меры не оказывают желаемого воздействия, необходимо разбавить перекись водорода водой до 67%-ной кон­центрации, при которой она безопасна, но не пригодна для даль­нейшего использования без предварительного восстановления концентрации. Воспламенившуюся перекись водорода нужно ту­шить водой, которая не только сбивает пламя, но и разбавляет перекись, уменьшая ее воспламеняемость.

Хранение и транспортировка перекиси водорода требует от обслуживающего персонала постоянного внимания-, строжайше­го соблюдения инструкций и высокой организованности.

Коррозионная активность перекиси водорода дос­таточно высока, и в силу каталитической нестабильности пере-киси нужно учитывать не только коррозионную активность самой жидкости, но главным образом действие на перекись продуктов коррозии.

Коррозионная активность перекиси водорода заметно снижается добавкой ингибиторов, лучшим из них является нитрат аммония (NН₄NО₃), который добавляется в количестве 30-50 мг на литр перекиси. Можно использовать нитраты щелочных металлов, например NаNO₃ и др. Наилучшим конструкционным материалом для работы с перекисью является чистый алюминий (марки АО или А-1) или нержавеющая сталь. Не допускается использование чистого железа, монельметалла, меди, хрома, марганца. Последние не должны входить и как добавки в кон-струкционные стали.

В качестве прокладочного материала рекомендуются только полихлорвинил, винипласт и фторопласт, а для сальников турбонасосных агрегатов - бутадиеностирольные синтетические каучуки.

В качестве смазки с перекисью можно применять этилсилоксановые смазки. С перекисью водорода категорически запрещается использование резьбовых соединений труб, так как в резьбе даже при специальной очистке всегда остается некоторое количество технологической грязи, которое может привести к каталитическому разложению перекиси водорода и взрыву.

Азотная кислота

Химически чистая азотная кислота - бесцветная подвижная жидкость, при хранении быстро желтеет, ее называют «белой дымящей азотной кислотой» концентрации 98-99%. Температура ее плавления 231,8 К, температура кипения 359 К, молекулярный вес 63,0, плотность при 20° С 1,51 г/см³. Промышленность, как правило, выпускает техническую азотную кислоту 96-98%-ной концентрации, которую обычно называют «красная дымящая

63

азотная кислота». Техническая азотная кислота имеет окраску от светло-желтой до темно-бурой, это зависит от количества окислов азота в кислоте. Техническая азотная кислота имеет специфический, отличный от других жидкостей запах, который полезно запомнить. Энергетический уровень азотной кислоты как окислителя средний (~8,0 МДж/ кг топл.).

100%-ная азотная кислота быстро разлагается при комнат­ной температуре до 98-99%-ной по уравнению.

После этого процесс разложения замедляется образовавшейся водой. Стойкой азотная кислота становится только при температуре замерзания, когда она переходит в твердое состояние (белые кристаллы).

С повышением температуры азотная кислота сильно диссоциирует, весьма значительно увеличивается количество окислов азота и при этом изменяется ее цвет.

При нормальном давлении азотная кислота кипит при 359 К, с разбавлением ее водой температура кипения растет, достигая максимального значения (394,9 К) при 68%-ной концентрации.

Температура застывания азотной кислоты также зависит от ее концентрации; 98%-ная азотная кислота имеет температуру застывания 230,7 К, с понижением концентрации температура замерзания снижается, достигая минимума (204,5 К) при 90%-ной концентрации.

Упругость паров азотной кислоты при различных температу-рах и концентрациях приводится в приложении.

Вязкость растворов азотной кислоты зависит от концентрации и температуры. С понижением концентрации вязкость НNО₃ растет приблизительно до концентрации 63-65%, а затем начинает уменьшаться. Это явление объясняется возникновением соединений между водой и азотной кислотой. При 63-65%-ной концентрации кислоты количество их наибольшее - и вязкость будет самой высокой.

Производственные возможности изготовления азотной кислоты исключительно велики, так как основным сырьем для ее по-лучения является вода и азот воздуха. Это один из самых дешевых окислителей, ее индекс по пятибальной шкале можно считать меньшим единицы.

Во всех технически развитых странах азотная кислота производится очень широко, так как используется для производства удобрений, красителей, медикаментов и др.

Наиболее серьезным недостатком азотной кислоты является ее исключительно высокая коррозионная активность по отношению к конструкционным материалам. Большинство этих материалов вступает с азотной кислотой в химическое взаимодействие, теряя при этом свои специфические эксплуатационные качества, и быстро приходит в негодность.

64

Текстиль, дерево, уголь полностью окисляются азотной кислотой. Все металлы, кроме золота и платины, взаимодействуют с разбавленной азотной кислотой, особенно при повышенных температурах. Азотная кислота вызывает электрохимическую коррозию, так как является электролитом.

Характеристики

Список файлов книги