Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 24

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

Текст из файла (страница 24)

Промышленные методы получения фурфурола меняются в зависимости от исходного сырья, но производство его достаточно хорошо развито. Фурфурол тяжелее воды, его плотность зависит от температуры (табл. 3.18).

126

Таблица 3.18

Изменение плотности в зависимости от температуры можно подсчитать по формуле

d^t₄= 1,181 (1 -0,000895t) (3. 2)

Температура застывания фурфурола составляет 236,7 К (-36,3° С), температура кипения 432 К (159° С), критическая температура 670 К (397° С), критическое давление 56,2 кг/см².

Фурфурол хорошо растворим в воде и, кроме того, является ее растворителем. С повышением температуры растворимость увеличивается.

Критическая температура растворения равна 393,9 К (-120,9° С) при концентрации 50,7%. При низких температурах растворимость фурфурола в воде невелика, и его можно очистить от водорастворимых примесей. Очистку можно выполнить, обрабатывая растворы острым водяным паром. Фурфурол хорошо растворяется в метиловом и этиловом спиртах и хорошо смешивается со многими углеводородами, что значительно расширяет возможности его использования в качестве ракетного горючего.

Упругость пара фурфурола незначительна и может быть под-считана по формуле

lg p =7,959*2209/T, (3.3)

где Т - абсолютная температура, для которой определяется давление.

Температура вспышки паров фурфурола около 341 К (68° С).

Температура самовоспламенения в воздухе около 668 К (395° С).

Фурфуриловый спирт

Фурфуриловый спирт имеет общую формулу С₄Н₃О-СН₂ОН. Он представляет собой бесцветную жидкость с плотностью 1,13 г/см³. Технический продукт может иметь цвет от светло-желтого до темно-коричневого. Температура кипения его 344 К (71°С), температура застывания 243 К (-30°С). Фурфуриловый спирт получается методом гидрирования фурфурола в присутствии медных или никелевых катализаторов с выходом до 88%.

127

Фурфуриловый спирт в большой степени используется как моторное горючее и обеспечивает хороший период задержки самовоспламенения в смесях с некоторыми аминами, например, санилином и азотной кислотой, в качестве окислителя.

Стоимость фурфурилового спирта несколько выше чем фурфурола. Фурфурол является достаточно дорогим, и поэтому эти два вещества не получили широкого распространения в ракетной технике.

Энергетические показатели фурфурола и фурфурилового спирта с азотной кислотой в качестве окислителя невысоки, удельный импульс не превышает значений удельного импульса тяги аминов и находится в пределах 2000-2050 м/с.

При использовании его с азотным тетраксидом значение удельного импульса может быть увеличено на 8-10%. С названными окислителями фурфурол и фурфуриловый спирт обеспечивают самовоспламенение в пределах 0,012-0,025 с. Использование этих горючих с такими окислителями, как жидкий кислород или фтор и его производные, нецелесообразно с точки зрения условий эксплуатации.

Фурфурол и фурфуриловый спирт почти не обладают коррозионной активностью, поэтому ограничений по применению конструкционных материалов нет. Хранить эти продукты можно достаточно длительное время при условии их герметизации.

При концентрации паров фурфурола или фурфурилового спирта выше 2,4% возникает опасность пожара.

Токсические свойства фурфурола и ф у р ф у к л е в о г о спирта. Фурфурол считается слабодействующим ядом, но при неосторожном обращении он как нервный яд может вызвать судороги и паралич. При кратковременном контакте и концентрации не более 3 мг/л раздражает слизистые оболочки и верхние дыхательные пути.

Длительное воздействие на человека даже небольших концентраций (до 0,05 мг/л) фурфурола вызывает головную боль, раздражение слизистых оболочек, легкую тошноту, слезотечение и конъюнктивиты.

Предельно допустимая концентрация его точно не установлена, но в помещениях должна быть хорошая вентиляция.

Фильтрующие промышленные противогазы можно использовать как средство индивидуальной защиты.

Вдыхание паров фурфурилового спирта может вызвать головокружение, тошноту, слюнотечение, понос и увеличение мочеотделения. Небольшие дозы приводят к учащению дыхания, большие дозы резко угнетают дыхание и снижают температуру тела, отрицательно действуют на центральную нервную систему. В условиях нормальной эксплуатации при наличии хорошей вентиляции фурфуриловый спирт серьезной опасности для рабочего персонала не представляет.

128

Однако, нужно учитывать избирательный характер действия фурфурола и фурфурилового спирта на людей, и поэтому персонал периодически должен проходить медицинский контроль.

Скипидар

Скипидар обычно используется как горючее с азотно-кислотными окислителями, с которыми он обеспечивает надежное самовоспламенение с периодом задержки не более 0,03 с. Удель-ный импульс тяги скипидара с азотной кислотой составляет око-ло 2600 м/с. При использовании скипидара, как показывают расчеты и практика, температура горения в камере будет выше, чем у керосина и спирта с тем же окислителем. Увеличение температуры горения заметно ухудшает охлаждение двигателя, работающего на скипидаре.

Скипидар - представитель обширной группы терпенов занимает среди углеводородных горючих особое место. Скипидар может получаться на основе обработки живицы и синтеза нефтепродуктов. Первый путь требует наличия больших лесных массивов, правильного ведения лесного хозяйства (часто в отдалении от промышленных установок), следовательно, необходим транс-порт для исходных продуктов и готовой продукции. Лес, исполь-зуемый для получения живицы, после 3-4 лет эксплуатации обычно погибает на корню - засыхает. Для сохранения и использования древесины необходима правильная и своевременная его вырубка и перенос подсочки - сбора живицы на новые участки леса.

Получение скипидара на основе синтеза нефти можно наладить на крупных нефтеперерабатывающих заводах, где все вспомогательные элементы производства решаются комплексно, получаемый продукт в этом случае будет стоить дешевле.

В силу указанных обстоятельств скипидар является горючим более дорогим, чем спирты и углеводороды нефтяного происхождения. Энергетические и эксплуатационные показатели скипидара не лучше, чем у керосина и спирта.

Серьезными недостатками скипидара являются его неста-бильность и осмоляемость на воздухе. В отсутствии контакта с воздухом он остается стабильным. Коррозионная активность и стабильность весьма незначительны.

3.3. АМИНЫ

Амины представляют собой многочисленную группу относительно дешевых горючих компонентов топлива. Применяются они в ракетной технике довольно широко, главным образом, на ракетах ближнего действия [35, 40, 53]. Необходимо различать две основные формы: амины алифатические и амины ароматические.

129

Алифатическими аминами называются производные аммиака, в молекуле которого атомы водорода замещаются уг­леводородными радикалами. В зависимости от числа замещен­ных атомов различаются амины первичные — с одним углево­дородным радикалом, вторичные — с двумя радикалами и тре­тичные — с тремя углеводородными радикалами, заместившими все три атома водорода. Схематично эти три группы можно

представить в таком виде: R—NH₂ - первичный амин,

• вторичный амин,

  -третичный амин.

Разделение алифатических аминов на первичные, вторичные и третичные не зависит от состава радикалов, а зависит только от количества замещенных атомов водорода.

Название различных аминов происходит от названия входя-щих в их состав радикалов с добавкой приставки «амин», например метиламин СН_3-NH₂, диметиламин (CH₃)₂NH или триметиламин (CH₃)₃N. Группа NH₂, входящая в состав первичных аминов, как известно, называется аминогруппой. В зависимости от количества аминогрупп различают моноамины, диамины и полиамины.

Ароматическими аминами называются вещества, в которых аминогруппа NH₂ замещает водород в кольце арома-тических углеводородов. Например, анилин С_бН₅NН₂ является ароматическим амином, структурная его формула показана на рис. 3.5.

Названия ароматических атомов не имеют приставки «амин» и происходят на другой основе, поэтому по названию нельзя ус­тановить, относится ли данное вещество к аминам, надо знать формулу. По внешним признакам, главным образом по цвету, алифатические и ароматические амины легко различаются.

130

Алифатические амины - бесцветные жидкости, а ароматические - всегда имеют определенный цвет, свойственный исходному веществу.

Амины, содержащие две аминогруппы, называются диаминами. В нормальных условиях это жидкости с характерным «аммиачным» запахом. К их числу относятся гидразин (N₂H₄), монометилгидразин (СН₃N₂Н₃), симметричный и несимметричный диметилгидразин [(СН₃)₂N₂H₂] и др. Диамины являются более эффективными горючими, чем амины, и в настоящее время ши-роко используются как горючие для ракет дальнего действия. Производственные возможности получения аминов технически обеспечиваются многими методами, а основным исходным продуктом является обычно аммиак. Так, при взаимодействии галлоидно-производных с аммиаком по реакции Гофмана можно получить смесь аминов

СН₃С1 + NH₃  CH₃NH₂ + НС1;

при взаимодействии спиртов с аммиаком

С₂Н₅ОН + NH₃  C₂H₆NH₂ + Н₂0

или при восстановлении азотистых соединений

СН₃NO₂+3Н₂CH₃NH₂ + 2H₂O.

Существуют и другие пути получения алифатических и ароматических аминов, например синтез.

Свойства аминов

Рассмотрим вначале свойства аминов алифатического ряда, используемых в ракетной технике в качестве основных и пусковых горючих. Как правило, это бесцветные жидкости с характерным «аммиачным» запахом. Часть этих веществ является слабокриогенными жидкостями, например, метиламин, большинство - нормальные жидкости, хорошо растворимые в воде и спирте. С увеличением молекулярного веса растворимость значительно падает и для высших аминов вообще отсутствует.

По плотности алифатические амины мало отличаются друг от друга. Средние значения их плотности около 0,7-0,75 г/см³. Температурный диапазон жидкофазного состояния заметно сдвинут в сторону низких температур.

Физико-химические свойства алифатических аминов, наиболее широко используемых в практике, показаны в табл. 3.19.

Указанные в табл. 3.19 периоды задержки воспламенения отвечают лабораторным результатам с концентрированной азотной кислотой в качестве окислителя (по данным Паушкина).

Амины ароматического ряда по свойствам очень близки к аминам алифатическим, однако имеют и отличия. Прежде всего все ароматические амины имеют цвет от светло-желтого до темно-коричневого.

131

Таблица 3.19

Наэвамие	Формула	Молекуляр-ная масса	Плотность, г/см*	Tпл, °С(К)	Tкип, °С(К)	s, с
Метиламин	CH3NH2	31,0	0,696	-93,6 (179,4)	—6,3 (266,7)	Не вос-пламе-няется
Диметиламин	(CH3)2NH	145,0	0,685	—92,2 (180,8)	+6,9 (279,9)	То же
Триметиламин	(CH3)3N	59,1	0,671	— 117,1 (155,9)	+2,9 (275,9)	»
Этиламин	(СН3-CH2)NHa	45,0	0,706	-81,0 (192,0)	+ 16,5 (289,5)	2,03
Диэтиламин	(CH3-CH2)2NH	73,1	0,732	-48,0 (225)	+55,9 (328,9)	0,045
Триэтиламин	(CH3-CH2)3N	101,2	0,75	—115,0 (158)	+89,4 (362,4)	0,021

По плотности ароматические амины также отличаются от алифатических, их плотность в среднем колеблется от 0,8 до 0,95 г/см³, т. е. значительно выше, чем у алифатических аминов.

Характеристики

Список файлов книги