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

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 7 марта, печатный экземпляр отправим 11 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

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

Дата публикации: 27.12.2019

Статья просмотрена: 30 раз

Библиографическое описание:

Осико С. М. Влияние дисперсной серы на характеристики сорбитового карамельного топлива // Молодой ученый. — 2019. — №52. — С. 54-56. — URL https://moluch.ru/archive/290/65812/ (дата обращения: 23.02.2020).



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.


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