Влияние дисперсной серы на характеристики сорбитового карамельного топлива | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №52 (290) декабрь 2019 г.

Дата публикации: 27.12.2019

Статья просмотрена: 290 раз

Библиографическое описание:

Осико, С. М. Влияние дисперсной серы на характеристики сорбитового карамельного топлива / С. М. Осико. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 52 (290). — С. 54-56. — URL: https://moluch.ru/archive/290/65812/ (дата обращения: 06.07.2020).



На основании анализа проведенного эксперимента и практических данных предложены оптимальные вариации состава карамельного топлива на основе сорбита с содержанием дисперсной серы. Показано влияние процентного содержания серы на структуру и энергетические характеристики топлива, а также дана оценка эффективности и целесообразности использования сорбитового карамельного топлива с рассмотренными составами в любительском ракетостроении.

Ключевые слова: карамельное топливо, сорбитовое топливо, ракетное топливо, ракетостроение, калиевая селитра, сера.

В настоящее время продолжается поиск способов улучшения экологических характеристик топлива. Многие компоненты наиболее часто использующегося ракетного топлива токсичны (гептил и его производные, азотный тетраоксид), и выброс в атмосферу отработавших газов ведет к отрицательным воздействиям на людей и окружающую среду.

Ввиду доступности компонентов и простоты изготовления альтернативой для любительского ракетостроения и некоторых частных компаний космической отрасли стало карамельное топливо на основе сорбита или сахарозы (англоязычный термин — «rocket candy»). Выброс вредных веществ сведен к минимуму, поскольку прокаливание калиевой селитры и сорбита (сахарозы) не ведет к образованию токсических газов. Вследствие этого топливо имеет хорошую экологичность. Теоретическое уравнение горения карамельного топлива имеет вид:

Калиевая селитра, использующаяся в данном эксперименте, известна своим применением в получении черного (дымного) пороха, компонентный состав которого 75 % калийной селитры, 15 % древесного угля и 15 % черенковой серы. В горючих составах схожего типа используется одно из немаловажных свойств калиевой селитры — выделение кислорода при сильном калении:

(t = 400–520°C).

Это и дает возможность смесям на ее основе гореть в безвоздушном пространстве. Так, сера в составе топлива служит только для воспламенения и поддержки горения состава, участвуя в реакции в качестве катализатора.

Конечно, энергетические характеристики карамельного топлива не сравнимы с твердыми ракетными топливами промышленного производства. Теоретический удельный импульс карамельного топлива на нитрате калия составляет 153 кгс×с/кг, а практически достижимый не превышает 125 кгс×с/кг, в то время как для смеси перхлората аммония с алюминием и каучуками, использующейся в современных твердотопливных двигателях, удельный импульс может достигать 250–280 кгс×с/кг. Также ограничивает использование карамельного ракетного топлива его значительная гигроскопичность.

Однако это не означает, что удельный импульс карамельного топлива нельзя повысить. В ходе эксперимента была измерена скорость горения пяти образцов карамельного топлива на основе сорбита с разным процентным содержанием серы.

Таблица 1

Состав исследуемых образцов сорбитного карамельного топлива

образца

Содержание компонентов,%

Калиевая селитра,

Сорбит

Оксид железа (III),

Сера (дисперсная),

Образец № 1

65

34

1

0

Образец № 2

65

31

1

3

Образец № 3

65

29

1

5

Образец № 4

65

27

1

7

Образец № 5

65

24

1

10

Так как калиевая селитра является основой, уменьшение ее количественного содержания в смеси нежелательно. Топливо было получено методом упаривания. Оксид железа (III) используется в качестве катализатора. Стоит отметить, что топливную смесь следует нагревать выше температуры плавления серы () на 20–40 для достижения надлежащей однородности.

Образцы по мере уменьшения процентного содержания сорбита и увеличения процентного содержания серы изменяли свою структуру: так образец № 1 имел консистенцию вязкого пластилина, а образец № 5 уже обладал предрасположенностью к крошению, что потребовало дополнительной прессовки смеси для образования топливной шашки. Подобный переход связан с уменьшением связующего вещества — сорбита.

Скорость горения ожидаемо увеличивалась при переходе от образца № 1 к образцу № 5.

Таблица 2

Скорость горения исследуемых образцов

образца

массой

Скорость горения,

(мм/с)

Образец № 1

2,7

Образец № 2

3,0

Образец № 3

3,2

Образец № 4

4,1

Образец № 5

5,3

Образец № 1 при горении дал столб плотного белого дыма — это высокодисперсные частички углекислого калия .

Образец № 2 по структуре напоминает образец № 1, при горении дал столб белого дыма с искрами, после осталось небольшое количество пористого шлака.

Образец № 3 имеет менее пластичную структуру, чем два первых образца, дал столб белого дыма с факелом рыжего оттенка. Стоит отметить крайне интенсивное горение, после также осталось небольшое количество шлака.

Образец № 4 показал результат, аналогичный образцу № 3, с большей скоростью горения.

Образец № 5 имел наименее пластичную структуру среди всех образцов, обладает склонностью к крошению, при горении дал столб белого дыма с явно выраженным рыжим факелом и обилием искр.

Из результатов эксперимента, очевидно, что сера, как катализатор, ускоряет горение топлива. Однако, несмотря на, казалось бы, хороший результат, увеличение скорости горения топлива не всегда выгодно для небольших ракет: топливо может сгореть слишком быстро, воспрепятствовав набору нужной высоты. Также при сгорании серы, содержащейся в топливной смеси, образуется диоксид серы, относящийся к III классу токсичности. Поэтому стоит ограничивать содержание серы в сжигаемом топливе.

В результате наиболее оптимальными в практическом применении составами, содержащими серу, обладают образец № 3 и образец № 4. Они показывают более высокую скорость горения, чем у образца № 1 без содержания серы, а также имеют удобную для образования шашек консистенцию, в отличие от образца № 5.

Литература:

1. Веннен Л., Бюрло Э., Лекорше А. Пороха и взрывчатые вещества. / Под редакцией Сапожникова А. В., 1936. — 639 с.

2. Жаворонков Н. М. и др. Справочник азотчика. 2-е изд. перераб. — М.: Химия, 1987. — 464 с.

Основные термины (генерируются автоматически): карамельное топливо, калиевая селитра, III, скорость горения, белый дым, процентное содержание серы, сера, основа сорбита, любительское ракетостроение, пластичная структура.


Ключевые слова

сера, карамельное топливо, сорбитовое топливо, ракетное топливо, ракетостроение, калиевая селитра

Похожие статьи

Порох | Статья в журнале «Юный ученый»

Селитра — минералы, содержащие нитраты щелочных и щелочноземельных металлов

Кислород, который выделился из селитры, окисляет серу и уголь, которые в свою очередь

С увеличением содержания селитры в порохе примерно до 80 % сила пороха возрастает и...

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в довольно значительном количестве в ряде зарубежных стран, содержит 16–16,5 % N и 25 % К2О. Ее изготавливают следующими способами: 1)...

Применение нефтегазовой серы в строительстве

Основными потребителями серы в настоящее время являются химическая и шинная промышленность.

Процентное содержание около 30 % связующего для серных растворов (максимальный размер заполнителя 2,5 мм) и 15 % связующего для серных бетонов...

Исследование влияния замедлителей горения на...

Одновременно в полимере образуются циклические структуры и поперечные связи (сшивки) вплоть до образования нелетучего, пространственно сшитого карбонизованного

Одним из способов снижения горючести ПАНВ является модифицирование замедлителями горения (ЗГ).

Исследование депрессорных присадок к дизельным топливам...

Массовая доля серы в топливе: % не более.

Б.А, Хамидов Б.Н, Получение привитых сополимеров на основе низкомолекулярного полиэтилена и гипана и их применение в качестве депрессорных присадок для дизельных топлив.

Октаноповышающие компоненты бензинов и их свойств

Высокое содержание серы в бензине увеличивает выбросы оксидов серы, которые губительно действуют на здоровье человека, животный и растительный мир, конструкционные материалы. При использовании бензинов с кислородсодержащими добавками содержание токсичных...

Исследование окисления легкой смолы пиролиза в различных...

Главный продукт переработки легкой смолы, получаемого после выделения газовой фракции — бензол, его содержание достигает 50 % от массы жидких продуктов. В данный момент почти 50 % производства бензола основано на переработке пироконденсата, однако процесс выделения...

Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе...

Сельское хозяйство является одной из ведущих отраслей в экономике нашей Республики. В настоящее время для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в почву в качестве азотных удобрений вносят аммиачную селитру.

Изучение физико-химических свойств адсорбентов при очистке...

Донорная способность атомов серы возрастает с увеличением степени метилирования органических молекул: (CH3)2S>C2H5SH>CH3SH>H2S>COS. В такой же последовательности изменяется адсорбционная емкость цеолитов по сернистым соединениям.

Похожие статьи

Порох | Статья в журнале «Юный ученый»

Селитра — минералы, содержащие нитраты щелочных и щелочноземельных металлов

Кислород, который выделился из селитры, окисляет серу и уголь, которые в свою очередь

С увеличением содержания селитры в порохе примерно до 80 % сила пороха возрастает и...

Исследование процесса конверсии хлорида калия с нитратом...

Калийно-аммиачная селитра, выпускаемая в довольно значительном количестве в ряде зарубежных стран, содержит 16–16,5 % N и 25 % К2О. Ее изготавливают следующими способами: 1)...

Применение нефтегазовой серы в строительстве

Основными потребителями серы в настоящее время являются химическая и шинная промышленность.

Процентное содержание около 30 % связующего для серных растворов (максимальный размер заполнителя 2,5 мм) и 15 % связующего для серных бетонов...

Исследование влияния замедлителей горения на...

Одновременно в полимере образуются циклические структуры и поперечные связи (сшивки) вплоть до образования нелетучего, пространственно сшитого карбонизованного

Одним из способов снижения горючести ПАНВ является модифицирование замедлителями горения (ЗГ).

Исследование депрессорных присадок к дизельным топливам...

Массовая доля серы в топливе: % не более.

Б.А, Хамидов Б.Н, Получение привитых сополимеров на основе низкомолекулярного полиэтилена и гипана и их применение в качестве депрессорных присадок для дизельных топлив.

Октаноповышающие компоненты бензинов и их свойств

Высокое содержание серы в бензине увеличивает выбросы оксидов серы, которые губительно действуют на здоровье человека, животный и растительный мир, конструкционные материалы. При использовании бензинов с кислородсодержащими добавками содержание токсичных...

Исследование окисления легкой смолы пиролиза в различных...

Главный продукт переработки легкой смолы, получаемого после выделения газовой фракции — бензол, его содержание достигает 50 % от массы жидких продуктов. В данный момент почти 50 % производства бензола основано на переработке пироконденсата, однако процесс выделения...

Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе...

Сельское хозяйство является одной из ведущих отраслей в экономике нашей Республики. В настоящее время для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в почву в качестве азотных удобрений вносят аммиачную селитру.

Изучение физико-химических свойств адсорбентов при очистке...

Донорная способность атомов серы возрастает с увеличением степени метилирования органических молекул: (CH3)2S>C2H5SH>CH3SH>H2S>COS. В такой же последовательности изменяется адсорбционная емкость цеолитов по сернистым соединениям.

Задать вопрос