Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 26

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

Текст из файла (страница 26)

2450 м/с, т. е. на 15-18%. Если в качестве окислителя использовать моноокись фтора и анилин, по данным Сарнера, можно получить удельный импульс до 2350 м/с, но применение высококриогенного окислителя на основе фтора, дорогого и вызываю-щего трудности в эксплуатации, с дешевым и довольно простым по условиям эксплуатации горючим, едва ли будет оправдано.

Учитывая, что в большинстве случаев амины используются в ракетах ближнего действия, ракетах массового применения и являются относительно дешевым видом горючего, надо стремиться к подбору и использованию с ними дешевых окислителей массового производства, простых в эксплуатации.

В этом случае наиболее вероятными окислителями для аминов будут азотная кислота, азотный тетраксид, их смеси и, воз-можно, тетранитрометан. Используя эти окислители, можно получить топлива, обладающие довольно высокой плотностью -от 1,25 до 1,3 кг/м³, а удельный импульс тяги в пределах 1960-2260 м/с.

С точки зрения величины удельного импульса эти топлива в современных условиях будут находиться на весьма низком уровне, в ряде случаев уступая твердым топливам.

Однако, использование азотной кислоты и окислов азота или тетранитрометана в качестве окислителей с алифатическими или ароматическими аминами или их смесями, всегда обеспечивает самовоспламенение топлива. Некоторое увеличение удельного импульса тяги и уменьшение периода задержки воспламенения можно получить, используя смеси аминов и диаминов, например анилин и гидразин. Период задержки воспламенения в этом случае может сократиться почти в 10 раз, а удельные импульсы с азотной кислотой увеличиваются почти на 20-25% и достигают 2360-2400 м/с. Применяя в качестве окислителя азотный тетраксид и смеси аминов с диаминами, можно получить удельный импульс тяги порядка 2650-2750 м/с. Однако надо иметь в ви-ду, что экономически такие комбинации едва ли будут оправда-ны, подобные уровни удельного импульса с азотной кислотой и окислами азота легко и дешево могут быть получены при применении в качестве горючего обычного керосина, продукта исключительно дешевого и имеющегося в неограниченном количе-стве.

Триэтиламин (C₂H₅)₃N

Триэтиламин - это амин алифатического ряда, при нормальных условиях бесцветная, прозрачная жидкость с запахом аммиака. Технический триэтиламин может иметь светло-желтый оттенок из-за наличия незначительной примеси (до 3%) диэтиламина. Триэтиламин токсичен, все меры предосторожности при работе с аминами, описанные выше, относятся к нему в полной мере. Триэтиламин обладает очень низкой температурой вспыш-

137

ки паров 266,3 К (-6,7° С) и поэтому в пожарном отношении небезопасен. При подогреве до 783 К (510° С) самовоспламеняется с воздухом.

Коррозионная активность мала, по применению конструкционных материалов обычных ограничений нет, но предпочтительно использование нержавеющих сталей, алюминия и его сплавов. Производственные возможности его получения имеются, но продукт достаточно дорогой.

Ксилидин (C₈H₉NH₂)

Ксилидин - ароматический амин, производится восстановлением нитроксилола. В нормальных условиях это относительно малоподвижная жидкость от светло-коричневого до темно-коричневого цвета с собственным характерным запахом.

Основные физико-химические константы указаны в табл. 3.23 При температурах ниже 293 К (20° С) становится вязким. Температура вспышки паров около 325-330 К (52-57° С).

В пожарном отношении относительно безопасен; токсичен, как и все амины, является ядом, действующим на нервную и кроветворную системы. Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочих помещений не более 0,005 мг/л. Коррозионная активность низкая, ограничений по применению материалов нет. При длительном хранении лучше использовать легированные стали.

Тонка

Выше было указано, что тонка представляет собой смесь из 50% алифатического и 50% ароматического аминов - триэтиламина и ксилидина. При нормальных условиях это жидкость жел-товатого цвета, прозрачная. При длительном хранении темнеет и приобретает буроватый оттенок. Имеет характерный запах, напоминающий запах аммиака.

Токсичность тонки несколько выше, чем исходных продуктов, она является ядом, действующим на кровь и на центральную нервную систему, ее действие избирательно - несколько сильнее на мужчин, чем на женщин. Смешение триэтиламина с ксилидином позволило получить в данном продукте очень хорошие границы температур кипения 362 К (89° С) и застывания 203 К (-70° С).

Плотность тонки в среднем равна^0,847/г/см³ и меняется с температурой в пределах от 0,81 при 325 К (52° С) до 0,9 при 225 К (-52° С). Тонка обладает еще одним очень важным и полезным свойством: период задержки воспламенения ее меняется в зависимости от изменения состава окислителя и практически колеблется в пределах от 0,021 до 0,028 с (по приборному методу).

138

Коррозионная активность тонки несколько выше, чем триэтиламина и ксилидина, но практически для сталей, алюминия и его сплавов ограничений нет. Не рекомендуется применять медь и латунь, так как они недостаточно стойки. Прокладочными материалами могут служить, как обычно, фторопласты, хлорвинил и допускается паронит. Тонка в условиях герметизации - стойкая при хранении жидкость. По пожароопасности тонка ближе к триэтиламину и при подогреве выше 825 К (550° С) самовоспламеняется на воздухе.

Анилин (C₆H₅NH₂)

Анилин - ароматический амин, широко использующийся в технической практике для производства красителей.

В ракетной технике с добавками фурфурилового спирта является неплохим горючим.

При нормальных условиях это маслянистая, прозрачная жидкость с хорошей подвижностью. Цвет анилина зависит от степени его очистки от примесей. Он может быть бесцветной, темно-желтой и даже темно-бурой жидкостью. Токсичность анилина и ксилидина одинакова, допускаемая предельная концентрация в воздухе рабочих помещений 0,005 мг/м³. Нежелательно попадание анилина на кожу, так как кроме токсичности это может вызвать появление долго не заживающих язв и экзем.

В пожарном отношении анилин опасен и при воспламенении может взрываться. Коррозионная активность отсутствует, ограничений по применению металлов нет, но надо иметь в виду, что анилин очень хороший растворитель и может смывать смазку подшипников и трущихся деталей.

3.4. ГИДРАЗИН И ЕГОПРОИЗВОДНЫЕ

Гидразин

Безводный гидразин в нормальных условиях представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, дымящую на воздухе и смешивающуюся с водой во всех отношениях. Пары его имеют запах, слабо напоминающий запах аммиака.

Гидразин при нагревании в пламени не взрывается, а сгорает желтым шипящим пламенем. При дистилляции больших количеств гидразина может возникнуть сильный взрыв [40].

Гидразин очень гигроскопичен, заметно поглощает двуокись углерода и кислород из воздуха, является хорошим растворителем, но не растворим в углеводородах.

При нагревании гидразин распадается на азот и водород, а также на смесь аммиака с азотом, легко поддается каталитическому разложению или разлагается под действием облучении.

Гидразин застывает при 271,3 К (-1,7° С) и кипит при 386,5 К (113,5° С)/760 мм рт. ст./, критическая температура 653 К

139

(380° С), критическое давление 145 кгс/см². Точность критических констант условна ввиду склонности гидразина к разложению при высоких температурах.

Плотность жидкого гидразина, составляющая при 288 К (15° С) 1,0114 г/см³, а при 293 К (20° С) - 1,0085, при изменении температуры заметно изменяется.

Средняя вязкость жидкого гидразина при 288 К (15° С) рав-на 0,01041 сП. Вязкость гидразина в зависимости от температуры меняется (см. приложение). Поверхностное натяжение при 298 К (25° С) равно 66,67 дин/см, при 308 К (35° С) 62,32 дин/см.

Гидразин ядовит. Он токсичен при вдыхании, проглатывании и при контакте с кожей. Его нельзя оставлять в открытой емкости, так как пары его при концентрации в воздухе, равной 0,0002, весьма токсичны, раздражают дыхательные пути и глаза [40].

Концентрация до 0,000005 не оказывает вредного действия.

Длительное воздействие гидразина может вызвать сильное раздражение глаз и даже проходящую слепоту. Действие гидразина не всегда можно предупредить, так как состояние отравления проявляется только через несколько часов. Характерные признаки такого отравления - продолжительная жировая инфильтрация печени, поражение почек и иногда анемия.

При попадании на кожу может вызвать типичный щелочной ожог с интоксикацией крови и нервной системы.

Лица, работающие с гидразином, должны иметь защитные очки, перчатки, сапоги, а также огнеупорную одежду, так как ткани, насыщенные гидразином, могут внезапно загораться.

В местах, где используется гидразин, необходимо иметь душ для оказания помощи пострадавшим. При попадании гидразина на кожу необходимо делать примочки из уксуснокислого раство-ра. При попадании гидразина в глаза надо промыть их водой. Медицинская помощь в случае ожогов гидразином необходима такая же, как при ожогах другими веществами.

По данным Сарнера [40], энергетические показатели гидразина достаточно высоки.

С таким окислителем, как фтор, удельный импульс может достигать 3620 м/с (355 с), с кислородом 3000 м/с (305 с), с тетраксидом 2850 м/с (290 с). Из-за значительной токсичности и агрессивности фтора применение гидразина с фтором пока не рационально, тем более, что удельный импульс его незначительно выше, чем кислорода. Использование кислорода и азотного тетраксида позволяет получить почти одинаковые значения удельного импульса - около 2945 м/с (300 с).

Основные физико-химические константы гидразина и его производных приведены в табл. 3.24.

При работе с гидразином необходимо соблюдать следующие предосторожности. Для заполнения оборудования и емкостей с целью удаления атмосферного кислорода следует использовать

140

и нертный газ. Оборудование должно быть чистым от окалины, ржавчины и других загрязнений. Во избежание пожара или взрыва нужно поддерживать температуру гидразина ниже 315 К (40° С).

Перед ремонтом оборудования необходимо заполнить все емкости и трубы полностью водой с целью вытеснения паров гидразина. Совер-шенно исключается контакт гидразина с такими катализаторами, как окись железа, медь и ее окислы, молибден и его окислы, нержавеющая сталь, содержащая молибден, вольфрам, ванадий и тонко размельченные твердые вещества (асбест, уголь, стружки).

Баки, системы питания и
новое оборудование пассивируются разбавленным раствором гидразина, чтобы дезактивировать каталитические поверхности. Недопустимо применение материалов, корродирующих в гидразине (медь, железо и др.) или окисляющихся на воздухе.

При воспламенении горящий гидразин гасится большим количеством воды.

Из-за каталитического разложения гидразин в чистом виде неполучил широкого распространения в качестве ракетного горючего.

Органические производные гидразина. Гидразин вступает в реакции со многими органическими соединениями, образуя органические производные. Последние включают замещенные гидразины, гетероциклические гидразины и другие соединения.

141

Рассмотрим физико-химические свойства симметричного и несимметричного диметилгидразина как продуктов, имеющих наибольшее практическое значение.

Несимметричный диметилгидразин [(CH₃)₂N-NH₂]

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) получается действием азотной кислоты на солянокислый диметиламин в присутствии водорода. Выход несимметричного диметилгидразина по этому способу составляет 69-73% от теоретического.

Несимметричный диметилгидразин при нормальных условиях представляет собой очень гигроскопичную жидкость с запахом аммиака. Легко растворяется в воде, спирте, эфире [40].

Температура кипения несимметричного диметилгидразина равна 336 К (63° С), температура плавления 215,9 К (-57,1° С). Плотность при 295 К (22° С) равна 0,7914 г/см³. Критическая температура равна 522 К, критическое давление 60 кгс/см².

Несимметричный диметилгидразин весьма стойкое и стабильное вещество при нормальных условиях, не чувствительное к удару, трению, световым и звуковым импульсам. При нагревании способно к термическому разложению, которое начинается с температуры около 400 К (127° С) и интенсивно развивается с ее повышением.

Коррозионная активность диметилгидразина невелика, с ним нормально работают стали, чистый алюминий и его сплавы без окислов, титан, никель, монель-металл, сплавы меди применять не рекомендуется. В качестве прокладочного материала можно применять фторопласты, полиэтилен, каучук, асбест с фторопластом (фторасбесты). Допустимы эластомеры и бутилкаучуки, хлоропрены, плексиглас. Материалы, пригодные и проверенные при работе с гидразином, предпочтительнее применять с диметилгидразином, ограничения на материалы для гидразина относятся и к диметилгидразину.

Диметилгидразин и гидразин очень гигроскопичны, и следует принимать меры, исключающие непосредственный контакт жид-кости с воздухом. При контакте с воздухом диметилгидразин медленно окисляется даже при комнатной температуре, более интенсивно при нагревании и повышенном давлении. При давлениях выше двух атмосфер диметилгидразин с кислородом воздуха может дать взрыв и поэтому для наддува баков с диметилгидразином необходимо использовать азот или другие инертные газы.

Характеристики

Список файлов книги