Трушляков В.И. и др. Монография (818589), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Таким образом, приведенные исследования термодинамических и химических процессов при термохимическом обезвреживании показали, что предложенный метод обезвреживания позволяет решить поставленные задачи как по ликвидации остатков горючего, так и по токсичности газовых выбросов. При этом наиболее предпочтительным с точки зрения температурных режимов является применение в натурной системе обезвреживания остатков горючего струйных форсунок с расходами окислителя 18 — 22 г/(с м)', каждая из которых обслуживает сектор поперечного сечения бака с углом 18 градусов.
Форсунки целесообразно рас- полагать в зонах верхнего и нижнего днищ с направлением струй наклонно к стенкам бака. В соответствии с физической моделью процесса значительное влияние на температурный режим в процессе функционирования системы обезвреживания оказывают тепловые потоки за счет теплообмена, а именно, интенсивность теп- лообмена на поверхности испарения горючего и интенсивность теплообмена на открытых поверхностях конструкций ракеты.
Интенсивность теплообмена на поверхностях испарения будет определять скорость испарения горючего, а интенсивность теплообмена на открытых поверхностях — тепловую нагрузку на эле- менты конструкции ракеты. В большинстве экспериментальных работ по исследованию теплообмена в пограничных слоях с испарением отмечается аномальный рост интенсивности теплообмена по сравнению с соответствующими условиями на непроницаемой 176 стенке. Причины подобной аномалии следует связывать с уносом капель жидкости и наличием неконтролируемых потерь массы на границе фазового перехода. Этот процесс еще в большей степени будет проявлаться при наличии химических реакций в пограничном слое, что характерно для термохимического обезвреживания, т.к.
струя окислителя специально направляется на границу фазового перехода с целью интенсификации процесса испарения. Поэтому в этом случае имеет смысл говорить об эквивалентном коэффициенте теплоотдачи, который учитывает интенсификацию процесса теплообмена и за счет капельного массообмена Интенсивность теплообмена на поверхности испарения горючего можно определить из уравнения теплового баланса, записанного для массь горючего, на- ходящегося в поддонах. Это позволяет принять, что скорость испарения, как и скорость химических превращений для данного эксперимепга, через 20-30 с после начала — величина постоянная. Для определения коэффициента теплоотдачи на поверхностях элементов кон- струкции, покрытых остатками горючего, использовался подход, изложенный в работах 12, 81, обратных задач комбинированного теплообмена в технических системах на основе математической модели системы обезвреживания.
На рис. 4.14 а, б, в, г, д приведены результаты изменения во времени суммарного коэффициента теплообмена и температуры на поверхности испаряющегося горючего для различных расходов окислителя. Характерным является установление процесса теплообмена в течение 50-60 с, особенно это наглядно при малых расходах окислителя, то есть наблюдается установление стационарного режима тепло и массообмена. Вместе с тем ввиду малой средней температуры газовой смеси доля лучистой составляющей изменается от 25 до 50 54 суммарного коэффициента теплоотдачи.
Характерно, что коэффициенты теплоотдачи при пульсацнонной подаче окислителя, примерно с одним и тем же расходом, что и при постоянной подаче (рис. 4.14 в) примерно на 50 % выше, в то же время как уменьшение расхода ведет к уменьшению интенсивности теплоотдачи (рис. 4.14 г). 177 Т, 'С; а, Вт/(м'К) Расход окксапсла О бог/с г,с а) Расксд оакслкала О блг/с -о- Т)с - мнпсразура пром зоа сбсзза а - сунанрнмЧ азхзМхра ззнспг заалсогдсчн б) Т, 'С: а, Вт/(м К) Расход окксапва О зрг/с ТК - занарагура пролукзоа обсззвраалаанна — а - суогзараа«ан44а знака зсаюогдсча 0 20 г,с 60 100 140 180 220 260 300 в) 178 Т, 'С; а, Вт/(м К) 900 800 700 600 600 400 300 200 100 Конон наа а олнсламла 0 г,« 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 т, 'С; о, 8771 м1К) 800 Расход овнов»тела О 17т/е тх - температура продухто» обсвтвраннвмнп а .ч срлнапп44,.
»лепт теплоотлачи о 30 Ьс ззо 80 130 180 230 280 г) Т, 'С; сь Вт/(мтк Расход с»ссыпала 0 !Опде» 711 ° «вп»с1нтурв ччроду»- тов обста»решив»»в а - еуииллнпа» Зе пионе мпаютдачл 1,е д) Рнс. 4.14. Изменение времени суммарного коэффициента теплообмена н температуры на поверхности испаряющегося горючего Результаты обобщения зависимости средних установившихся конвехтнвных коэффициентов теплоотдачн на поверхности горючего в завнснмостн от расхода окислителя, т.е. для различных чисел Ке, реализуемых в баке, для всех экспернментов приведены на рнс.
4.15. Числа Рейнольдса определялись через среднюю скорость газов в баке, пересчнтываемую по скорости истечения в зависимости от 179 е е и ы ве ае иа ем ьм эы о,ш„ч1 Рис. 4.15. Обобщенная крнтериальная зависимость для расчета среднего коэффициента теплостдачи на поверхности горючего давления в баке. Здесь ме приведена аппроксимирующая зависимость, полученная теоретически. Как видно, полученная зависимость удовлетворительно совпа- дает с теоретическими результатами прн малых расходах окислителя. На рнс.
4.16 а, б приведены зависимости изменения средних коэффициентов теплоотдачи на сухих поверхностях бака полученных путем решения обратной задачи получения зависимости средней температуры газов в баке. Использование теории подобия позволило получить обобщенные крнтериальные уравнения для расчета интенсивности теплообмена в подобных конструкциях в диапазоне чисел Ке до 1О' (рис. 4.17) Как видно из кривых, коэффициент теплоотдачи на сухих поверхностях бака, практически не изменжтся во времени, устанавливаясь в течение 10 с н среднее его значение зависит только от расхода окислителя. Кроме того, интенсивность теплообмена на поверхности горючего в 2 — 2,5 раза выше, чем на непроницаемых стенках и существенно зависит от расхода окислителя. 180 Т, 'С: и, Втдм'К) Рапсод окаслюпслс си13 сга Т1с Колод лоде»л оюпллплс а) Т, 'С; о, Вт/(м)К) 1000 Рассад алла»весле 0 42 с/с а тв 0 Ь сал 0 20 Во 60 60 100 120 б) Рис.4.16.
Изменение средних коэффициентов теплоотдачи на сухих поверхностях бака ,ы1 дк) вв сд с,ее г,з дгв з,г зде дс дм д» св' в ге се ее во сво ме сао см о,щсп') Рис. 4.17. Обобщенная критериальная зависимость для расчета среднего коэффициента теплоотдачн на оголенных поверхностях конструкции ВСО 181 ГЛАВА 5. Обезвреживание токсичных компонентов топлива н конструкций в местах штатного падении отделившихси частей и после слива компонентов ракетного топлива 5.1. Общий анализ существующих методов обезвреживании компонентов ракетного топлива Применение токсичных КРТ, в первую очередь НДМГ на ряде эксплуатируемых КСВ, привело к необходимости разработки методов нейтрализации КРТ экосистем а районах зксплуатании КСВ.
Практически весь спектр известных методов представлен иа рис. 5.1. Рис. 5.1. Методы обезвреживания объектов ОПС и металлических фрагментов ОЧ РН 182 К ним относятся: ° химические методы нейтрализации; ° биохимическое окисление; ° радиационный метод; ° элехтрохимнческое окисление; ° адсорбционный метод; ° термический метод; ° каталитическое обезвреживание паров НДМГ; ° абсорбция паров НДМГ; ° разбавление проливов НДМГ водой до уровня ПДК. Рассмотрим эти группы подробнее. Химические методы обезвреживании сточных вод, загрязненных НДМГ В основе всех химических методов обезвреживания сточных вод лежит способность НДМГ к окислению. Под действием окислителей в соответствующих условиях достигается практически полное разрушение НДМГ, однако способность к окислению конечных продуктов его распада значительно ниже и требует использования дополнительных способов.
Обезвреживание хлорными окислителими. Хлорные окислителн могут применяться в виде элементарного хлора, хлорной извести, гипохлорита натрия и основной соли гипохлорита кальция. Установлено, что НДМГ и его производные - ДМА, ТМТ, НДМА прн содержании в водных растворах до 5 г/л легко окисляются хлорными окислнтелямн. Но несмотря на высокую степень разрушения этих веществ, остаточное их содержание значительно превышает ПДК. Для более полного окисления требуется увеличение количества окислителя в растворах и увеличение времени контакта реагентов. Кроме того, применение хлорного метода нейтрализации вызывает необходимость комбинирования его с другими методами, позволяющими очистить сточные воды от НДМА.
Хлорный метод используется на ряде крупных предприятий, работающих с компонентами топлив. Применительно к условиям стартовых комплексов хлорный метод нейтрализации оказался трудоемким, сложным в эксплуатации и недостаточно эффективным. 183 Обезвреживание черным гндратом окислов никеля. Черный гидрат окислов никеля представляет собой смесь гидроокислов никеля разной валентности и содержит до 40 58 активного кислорода, что объясняет его высокий окислитель- но-восстановительный потенциал. В Российском научном центре «Прикладная химияв разработан метод обезвреживания сточных вод, основанный на свойствах гидрата окислов никеля эффективно взаимодействовать с НДМГ. Окисление НДМГ сопровождается образованием ряда промежуточных продуктов, а конечными являются карбонаты, вода, азот, а также небольшое количество предельных углеводородов.
Единственным производным НДМГ, практически не окисляющимся, является НДМА (нитрозодиметиламин), для нейтрализации которого необходимо использовать другие ме- тоды. Основным недостатком данного метода является невозможность обезвреживания сточных вод с содержанием компонентов топлива свыше 200 мг/л, что требует контроля за концентрацией сточных вод перед подачей на обезвреживание и при необходимости усреднения их состава. Озонирование. Озон является сильным окислителем и применяется в промышленности для обезвреживания сточных вод, содержащих фенол, формальдегид, лиан и другие органические и неорганические соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
