Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Хранение предпочтительно производить при температуре сухого льда. Перед заливкой окислителя все емкости должны быть тщательно обезжирены четыреххлористым углеродом или ди-

80

хлорэтаном с последующей просушкой при температуре до 323 К (50° С) и продувкой чистым азотом.

Все емкости с С1F₃ должны герметически закрываться, переливать его можно только через сифонные устройства под надду-вом азотом или за счет упругости паров жидкости. Все помещения, где хранится трифторид хлора, должны быть оборудованы мощной вытяжной вентиляцией, которую необходимо включать за 15-20 мин до входа в помещение обслуживающего персонала.

Пентафторид хлора (С1F₅)

Белая или светло-желтая жидкость, получаемая синтетическим методом из фтора и трифторида хлора. Жидкость застывает при температуре ниже 173 К (-100° С), превращаясь в белое твердое вещество, и кипит при температуре 253-263 К (—10... -20° С).

Пентафторид хлора обладает высокой упругостью паров и значительно меньшей реакционной способностью, чем трифторид хлора. С водой не реагирует так бурно, как трифторид хлора. С водородом этот окислитель обеспечивает удельный импульс тяги около 345 с при  = 9,5...10, с углеводородами - около 300с при =4,0...4,5 и с гидразином N₂H₄ — 310 с при =4,5.

Пентафторид хлора сильно токсичен, и все меры предост-рожности, относящиеся к трифториду хлора, надо относить и к нему. Коррозионная активность окислителя, по-видимому, будет меньше чем у трифторида хлора, но конструкционные мат-риалы должны использоваться те же.

Пентафторид хлора пока еще очень мало изучен как окисл-тель для ракетных топлив, и поэтому применение его должно производиться с большой осторожностью.

Трифторид азота (трехфтористый азот НF₃)

Жидкость светло-зеленого цвета, высокой криогенности, температура застывания около 67 К (-206° С), а кипения 144 К (-129°С), плотность в жидком состоянии 1,54 г/см³, содержание фтора достигает 80%.

Трифторид азота не имеет запаха, весьма ядовит, взрывобезопасен, устойчив к механическим, термическим и химическим воздействиям. При нормальных условиях не реагирует с водой и водяными парами.

Энергетическая характеристика этого окислителя с водородом достаточно высока, удельный импульс тяги достигает 3925 м/с, а с бороводородами I_уд = 3480 м/с.

В отличие от большинства нитросоединений, которые очень легко разлагаются, трифторид азота оказался очень устойчивым соединением. Возможности производства трифторида азота

81

пока нешироки, он может быть получен в результате реакции между аммиаком и фтором в паровой фазе с избытком фтора по схеме

4NН₃ + 3F₂ NF₃ + 3NH₄F.

Применению трифторида азота препятствуют его очень высокая токсичность и малая изученность. По токсичности этот окислитель можно сравнить с дифторидом кислорода или трифторидом хлора. Из-за недостаточности сведений пока необходимо придерживаться тех же норм и правил, которыми руководствуются для защиты от названных выше окислителей. При концентрациях ниже 4*10^-3 вызывает раздражение дыхательных путей и слизистых оболочек носоглотки. При концентрациях около 1 % в воздухе может привести к смертельному исходу через 30 мин. С точки зрения взрывоопасности и пожароопасности трифторид азота пока считается одним из устойчивых и надежных окислителей. Он не реагирует с водой, а с ее парами очень медленно реагирует только при воздействии электрического разряда.

При комнатной температуре трифторид азота не реагирует со стеклом, щелочами, кислотами, он не воспламеняется от электрической искры. В то же время при нагревании или электрическом импульсе (искра) он взрывается с водородом, метаном, аммиаком и окисью углерода. Щелочные металлы реагируют со взрывом при температурах плавления. Ряд металлов: хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, кобальт не реагируют с трифторидом азота даже при нагревании. Медь, алюминий, нелегированные стали дают поверхностные реакции с трифторидом азота только при температурах красного каления.

В пожарном отношении опасен при контакте с горючим материалом. Тушение возникшего пожара нужно проводить обычными средствами.

Хранение жидкого трифторида азота возможно в резервуа-рах из нержавеющей стали, никеля и меди; для малых количеств допускаются стеклянные сосуды Дьюара.

Транспортируют NF₃ в стальных или медных танках с вакуумной изоляцией. В процессе транспортировки не допускается расплескивание жидкости и попадание ее на горючие материалы, так как это может привести к пожару.

Перхлорилфторид (FС1О₃)

Это одно из новых соединений фтора, имеющее большие перспективы в эксплуатации, все три его составляющие - окислители. Перхлорилфторид - бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом фосгена, с очень малой криогенностью. Температура кипения 227,3 К (-47,7° С). Практически этот окислитель может долго храниться, что является большим достоинством.

82

Энергетические возможности FС1О₃ не очень велики. Так, удельный импульс тяги с водородом не превышает 3385 м/с при оптимальном соотношении с горючим около 14%, с диметилгидразином удельный импульс тяги около 2940 м/с, но процентное содержание горючего значительно выгоднее - около 27%, а плотность этого топлива более чем в три раза выше пары с водородом.

Еще предпочтительнее использовать перхлорилфторид с гидразином. В этом случае удельный импульс тяги достигает 2895 м/с, а плотность 1,327 г/см³. С углеводородами плотность может быть еще выше - до 1,45 г/см³, но удельный импульс тяги снижается до 2750 м/с, при этом оптимальное процентное содержание горючего около 20%. Приблизительно такие же показатели будут у перхлорилфторида и с пентабораном.

Получение перхлорилфторида довольно сложно технологиче-ски, имеется несколько путей. Наибольший выход продукта, до-стигающий 65-67%, дает реакция перхлората калия и фтор-сульфоновой кислоты с последующей очисткой 10%-ным раст-вором едкого натра с 5% тиосульфата натрия.

Токсичность перхлорилфторида считается не очень высокой, однако длительное его воздействие на человеческий организм недопустимо. Предельная допустимая доза вещества при восьмичасовом рабочем дне составляет около 70^-7 мг/л, смертельной является доза 3*10^-3, действующая в течение двух-трех часов. Присутствие перхлорилфторида в воздухе довольно легко обнаруживается из-за его характерного запаха уже при концентрациях около 2*10^-6.

Защитная одежда и меры предосторожности при работе с перхлорилфторидом те же, что и при работе с кислородом. Необходимо иметь в виду, что применение противогазов с активированным углем недопустимо, так как может вызвать взрыв противогаза. Пористые горючие материалы впитывают пары перхлорилфторида и становятся взрывоопасными. В отношении взрывоопасности перхлорилфторид довольно стоек к механическому удару и нагреванию, но довольно бурно реагирует с водой и водяными парами. В пожарном отношении этот окислитель очень активен и легко педдерживает горение. Перхлорилфторид хорошо смешивается с производными фтора трифторидом хлора, пентафторидом брома и азотной кислотой. Эти смеси обладают хорошими эксплуатационными и энергетическими свойствами. Коррозионная активность перхлорилфторида невысока, если нет влияния влажности.

Большинство конструкционных материалов: алюминий, латунь, бронза, медь, свинец, монельметалл, углеродистые и не-ржавеющие стали с сухим перхлорилфторидом не реагируют или покрываются защитной пленкой. Из прокладочных материалов для работы с FС1О₃ допускаются тефлон, полиэтилен, винипласт,

83

фторуглероды в сухом и влажном состоянии. Допускается применение силиконовой смазки.

С повышением температуры химическая активность перхлорилфторида резко усиливается, и при температурах выше 423-573 К (150-300° С) он бурно реагирует с порошкообразными материалами, углеводородными смазками и другими соединениями. Коррозионная активность по отношению к конструкционным материалам также повышается.

Транспортировка и хранение перхлорилфторида изучены еще недостаточно, но, по-видимому, возможна его перевозка в закрытых стальных и алюминиевых баллонах. По американским данным, хранение перхлорилфторида длительное время возможно при температурах сухого льда или при предварительном переохлаждении в баках с нормальной теплоизоляцией.

Пентафторид брома (ВrF₅)

Один из самых тяжелых окислителей, его плотность достигает 2,48 г/см³ при Т = 293К. Это жидкость от светло-желтого до желто-бурого цвета с очень высокой реакционной способностью, уступающей только фтору и трифториду хлора.

В отличие от других производных фтора пентафторид брома является нормальной жидкостью. Его температура кипения составляет 313,3 К (40,3° С), а температура застывания равна 210,5 К (-62,5° С), эти пределы температуры очень удобны для нормальной эксплуатации.

Производство пентафторида брома в широких пределах не налажено, его получение обеспечивается непосредственным взаимодействием элементов.

Несмотря на весьма высокую реакционную способность пентафторида брома, его энергетические показатели невысоки. С водородом смеси пентафторида брома взрываются, поэтому невозможно назвать значение удельного импульса тяги с этим стандартным горючим. Пентафторид брома содержит только 54% фтора, бром, который также является окислителем, но химически менее активен, фактически представляет собой балласт, и поэтому топлива на его основе не могут обеспечить высокий удель-ный импульс тяги. С толуолом пентафторид брома при стехиометрических соотношениях обеспечивает удельный импульс тяги около 220 с. Эта цифра показывает нецелесообразность использования пентафторида брома как основного окислителя с углеводородами.

Высокая реакционная способность пентафторида брома и особенно высокий удельный вес дают основание использовать его в качестве добавки к основному окислителю в тех случаях, когда требуются гарантия самовоспламенения с горючим и относительно небольшой объем баков, т. е. то, что требуется для двигателей верхних ступеней ракет. Реакционная способность пентафторида

84

брома проявляется по отношению ко всем известным органическим горючим, с которыми он реагирует даже при температурах ниже нормальной. Очень большое количество неорганических соединений также реагирует с пентафторидом брома в ряде случаев со взрывом. Так некоторые конструкционные материалы и материалы, входящие в состав различных покрытий,- литий, цинк,, ртуть, титан, углерод, молибден, вольфрам, низкоуглеродистые стали, кобальт, сурьма, мышьяк реагируют с пентафторидом брома при температуре около 293 К (20° С) со взрывом. Такие материалы, как висмут, марганец и порошки алюминия, никеля, иридия и др., реагируют при слабом нагреве. При нагреве выше 573 К (300° С) будут реагировать магний, кадмий, медь, хром, олово.

Пентафторид брома реагирует со взрывом при контакте с водой и некоторыми сортами стекла.

Таким образом, при использовании пентафторида брома необходим очень тщательный и осторожный подбор конструкционных материалов. В то же время он совершенно не подвержен де-тонации и не чувствителен к удару. Пентафторид брома - токсичное вещество, предельная допустимая доза его в воздухе составляет 3*10^-6 при восьмичасовом рабочем дне, доза в 5*10^-5 считается смертельной при воздействии в течение двух часов. Меры предосторожности и защиты работающих в атмосфере с парами пентафторида брома те же, что и для фтора или трифторида хлора. Транспортировка и хранение пентафторида брома должны производиться в герметичных баллонах из .нержавеющей стали при температурах не выше 293-298 К (20-25°С). Помещения хранилища должны хорошо вентилироваться, вентиляцию необходимо включать за 15-20 мин до входа туда людей.

Тетрафторгидразин (N₂F₄)

Это один из новых перспективных окислителей, начинающих применяться в эксплуатации.

В газообразном и жидком состоянии - бесцветное соединение с неприятным затхлым запахом. Плотность его близка к плотности жидкого кислорода - 1,14 г/см³ при 298 К (25° С) в 1,5 г/см³ при 173 К (-100° С). Криогенная жидкость с довольно-низкими температурами кипения 200 К (-73° С) и застывания 105 К (-168° С). Химически очень устойчивое соединение.

Удельный импульс тяги тетрафторгидразина с водородом достигает около 3340 м/с при 8% горючего, т. е. для х=12, это хорошее соотношение, обеспечивающее удельный вес топлива около 0,52 г/см³. С гидразином и диметилгидразином этот окислитель дает удельный импульс тяги примерно 3285 м/с, т. е. та-кой же, как с кислородом, но плотность топлива достигает значений 0,8-1,0 г/см³.

85

Реакционная способность тетрафторгидразина и трифторида азота считается почти одинаковой, однако при повышенной температуре она заметно увеличивается, и поэтому требуется неко-торая осторожность в обращении с ними.

Характеристики

Список файлов книги