Сарнер С. Химия ракетных топлив (1241536), страница 48
Текст из файла (страница 48)
%1п1е гп118 Р., йеасПоп Мо1огв Зигпгпагу йерог! ПМ1-29352 (1950). 246. %)г1 Ь Н. Е., Р а )гп е г Е. О., У. РИуя. СИет., 60, 91! (1956). 247. % < г1 Ь Н. Е., Р а 1 т е г Е. О., У. РИуа Сает., 60, 914 (1956). 248. % оо1еу Н. %., 5 с о 11 й В., В г(с1«ч е б бе Р. О., У. йез. УУо<!. Виг. 51<(., 41, 379 (1948). 17 Заявя ГП 8!9 9. РАКЕТНЫЕ ОКИСЛИТЕЛИ 9.!. ВВЕДЕНИЕ Ракетным окислителем может быть не только кислород- содержащее вещество. Например, фтор обладает лучшими окислительными свойствами, чем кислород. Окислитель должен реагировать с горючими элементами с выделением максимального количества тепловой энергии (теплоты сгорания).
Атомный вес окисляющих элементов не всегда является определяющим фактором, поскольку горючее обычно служит источником водорода, присутствующего в качестве разбавителя, за счет которого уменьшается средний молекулярный вес образующихся продуктов сгорания. Окислитель следует выбирать в соответствии с используемым горючим. Так, углерод и алюминий выделяют большее количество тепловой энергии при сгорании в кислороде вследствие стабильности образующихся окислов.
Водород, литий и бор выделяют большее количество тепловой энергии при сгорании со фтором, а бериллий может быть окислен любым из этих окисляющих элементов, хотя при сгорании в кислороде выделяется большее количество тепловой энергии. Соответствующие соотношения компонентов и различные характеристики топлив на основе ряда окислителей были рассмотрены в гл. 4. В настоящей главе описаны свойства имеющихся окислителей и области исследований, в результате которых могут быть предложены новые окислители. 9.2. ФТОР Фтор был открыт Шееле в 1771 г., но впервые его удалось выделить Муассану в 1886 г.
путем электролиза раствора бифторида калия в безводном фтористом водороде. Этот метод с некоторыми видоизменениями используют до сих пор для получения фтора. Элементарный фтор — наиболее реакционноспособный металлоид, поэтому он может быть выделен только путем электролиза. Основным источником фтора является плавиковый шпат (флюорит) СаРь из которого получают фтористый водород, используемый для электролитического 259 9. РАКЕТНЫЕ ОКИСЛИТЕЛИ процесса. Подробно процесс получения фтора описан в работе [276]. Фтор представляет собой твердое вещество белого цвета при температуре ниже температуры фазового превращения и твердое вещество и жидкость желтого цвета — выше этой температуры.
Газообразный фтор в концентрированном состоянии имеет бледный зеленовато-желтый цвет. В описаниях свойств фтора допущены ошибки, вызванные несовершенством применявшихся методов [326] и ошибками в сообщении [214]. Эти данные были заменены более новыми, полученными с помощью современных методов. Таблица 9.! Свойства фтора и кислорода Квсворот Свойство Фтоя 119, 1 — 1,22 37,8 — 2,85 Наиболее полные данные можно найти в работах [192, 439], где приведены температуры кипения, затвердевания и фазового превращения, а также соответствующие теплоты превращения (табл. 9.1).
Предложено также уравнение давления пара в интервале от температуры затвердевания до 90' К ') 1 = 7,08718 — 357,258 1,3155 10тг в'Р= (9.1) по которому вычислены данные табл. 9.2. Значения критической температуры и критического давления заимствованы из работы [61], а энергия диссоциации — из работы [411]. Значения плотности, приведенные в табл. 9.2, вычислены по уравнению р= — 1,907 — 2,201 1О гТ вЂ” 2,948 1О а7', (9.2) и См. примечания редактора на стр. !81 и 192. В этой главе в соответствуюгцих уравнениях плотность р дана в г/смв, св — в кал/г град и Ч вЂ” в слг.
— Прим. ред. 17" Молекулярный вес Температура кипения, 'С Температура эатвердеиания, 'С Критическая температура, 'С Критическое давление, атм Температура перехода, 'С Теплота плавления, ккал/моль Теплота перехода, ккал/моль Теплота испарения (при т. Кип.), ккал/моль Энергия диссоциации, ккал/моль Окислительный потенциал, а 38,00 †1,13 †2,62 — 129,2 55 †2,61 0,1220 0,1739 1,564 32,00 — 182,97 — 218,80 — 118,38 50, 14 — 249,3; — 229, 4 0,1065 1,630 р. РАкетные Окислители 260 предложенному Джерри и Миллером [200] для интервала температур от — 207 до — 170'. Эти результаты хорошо согласуются с данными Уайта и др.
[439] и на -0,2 — 0,Зобо ниже значений Эльверума и Дешера [112]. Значения коэффициента вязкости заимствованы из работы [112], а удельной теплоемкости — из работы [439]. Таблица 9.2 Свойства жидкого фтора Теннергтурз, с Коэффициент вязкости, слэ Плотность, г!смг Удельная тенлоенкость, кал!мань град Давление нэре, мм рс. ст. — 215 — 210 — 205 — 200 — 195 — 190 — 188,13 — 185 — 180 — 175 — 170 1,679 1,650 1,620 1, 588 1,555 1,520 1,507 1,484 1,446 1,407 1,366 13, 690 13,640 13, 565 13,593 13,738 13,890 13,948 7,0 23,9 65,6 153,9 320,9 609,4 760,0 1073,3 1776,5 0,437 0,349 0,299 0,263 0,257 0,254 Фтор — самый реакционноспособный из известных элементов.
В соответствующих условиях он реагирует со всеми элементами, в том числе с некоторыми инертными газами. Окислительный потенциал фтора выше, чем у озона, и он является наиболее электроотрицательным из всех элементов. Фтор энергично реагирует с большинством способных окисляться веществ при комнатной температуре, причем часто наблюдается воспламенение. Исключительно бурные реакции происходят с восстановителями, в том числе с органическими соединениями. Эти реакции, как правило, сопровождаются воспламенением или взрывом. Обычными продуктами реакций с участием фтора являются простые фториды, при этом происходит разрушение восстанавливающей молекулы.
Однако в контролируемых условиях при взаимодействии с разбавленным фтором могут образоваться фторуглероды или какие-либо другие сложные фториды. Из-за высокой реакционной способности фтор исключительно опасен. Он сильно разъедает кожу, глаза и дыхательные пути, поэтому с ним необходимо работать только в защитной одежде, однако последняя имеет ограниченный срок службы. Большин- е РАкетные окислители 2б! ство защитных тканей изготовляют из несгораемого неопрена на основе файбергласа. Защитная одежда должна быстро сниматься, поскольку даже эти материалы могут воспламениться.
При работе с фтором применимы только воздушные или кислородные маски. Резкий раздражающий характерный запах фтора обнаруживается при концентрациях 2 ° 10-', поэтому вдыхание опасных количеств фтора возможно лишь случайно, например если пострадавший не мог двигаться или при внезапном выделении больших количеств фтора. Максимально допустимая концентрация равна 5 10 ' для 8-часового рабочего дня или 3 10-' для коротких периодов работы с фтором.
Вследствие высокой реакционной способности фтора возникает также проблема его совместимости с различными материалами. Однако установлено, что для применения в ракетной технике пригодны многие материалы [6[. Для изготовления трубопроводов и арматуры применяют монель-металл, нержавеющую сталь 18-8, медь и алюминий !7, 24 или 52.
Резервуары для хранения фтора лучше всего изготавливать из монель-металла, нержавеющей стали 18-8 и алюминия 6!. Для корпусов клапанов и сильфонов пригодны монель-металл, нержавеющая сталь !8-8 и бронза. Медь, алюминий 25 и монель-металл рекомендуется применять для изготовления седел клапанов, а нержавеющую сталь 18-8 и монель-металл — для запирающих частей клапанов. Медь и алюминий 25 можно использовать как материалы для прокладок, а кель-Г и тефлон — для уплотнения клапанов. При повышенных температурах во всех подходящих случаях рекомендуется применять монель-металл. Все оборудование должно быть тщательно очищено, промыто и высушено. Затем его необходимо пассивировать, сначала продувая сухим азотом, а затем медленно заполняя фтором или трифторидом хлора, пока не будет вытеснен весь азот.
Через 5 — 10 мин на металле образуется фторидная пленка; систему продувают, и теперь она готова к работе. Рекомендуются сварные соединения, но можно использовать резьбовые соединения и соединительные части труб с применением пасты перматекс № 2, избегая контакта фтора и пасты. В определенных условиях можно использовать фторуглеродные смазочные масла; в течение непродолжительного времени устойчиво стекло пирекс, достаточно устойчива к действию фтора окись алюминия.
Подробные данные о коррозии приведены в работах [308 и 440[; способы транспортировки описаны в работах [295, 378[ и в бюллетене фирмы «Эллайд кемикл» [6[. Вопросы, связанные с уничтожением фторсодержащих отходов и обезвреживанием 9. РАкетные окислнтели 262 пролитых жидкостей, рассматриваются в работах [322, 379 и 428] ". 9,3. КИСЛОРОД Кислород — бесцветный газ, не имеющий ни вкуса, ни запаха, — был открыт Пристли в 1774 г. при нагревании окиси ртути Н8О и независимо от него в том же году Шееле. Кислород составляет 23,15 вес. '/о сухого воздуха, 46,7 о/о твердой земной коры и 85,8% океанской воды. Основной метод получения кислорода — так называемый цикл Линде, включает процессы сжижения и разделения воздуха на компоненты.
Воздух сжимают до 2!О ат, промывают раствором едкого натра, охлаждают за счет расширения и затем разделяют на фракции, получая при этом азот и кислород. Цикл Клода аналогичен циклу Линде, но в этом случае воздух сжимают до 28 ат и затем охлаждают с помощью поршневой машины. Кроме того, кислород получают в небольших количествах путем электролиза воды, содержащей электролит, например едкое кали. В лабораторных условиях кислород получают путем нагревания перхлората калия, перекиси бария, двуокиси свинца или окиси ртути н реакции перекиси натрия с водой (ч!а90, + Н,О 2[К(ЕОН+ '/90,, (9.3) в результате которой образуется также едкий натр. В табл. 9.1 и 9.3 приведены физические и термические свойства кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
