Сравнительный анализ двух смесевых твердых топлив с точки зрения экологичности продуктов сгорания | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (292) январь 2020 г.

Дата публикации: 13.01.2020

Статья просмотрена: 168 раз

Библиографическое описание:

Пикалов, М. Е. Сравнительный анализ двух смесевых твердых топлив с точки зрения экологичности продуктов сгорания / М. Е. Пикалов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 2 (292). — С. 46-48. — URL: https://moluch.ru/archive/292/66286/ (дата обращения: 28.02.2021).



В статье приведена методика оценки экологичности продуктов сгорания твердого топлива при проведении стендовых испытаний по результатам термодинамического расчёта.

Ключевые слова: твердое топливо, продукты сгорания, опасные соединения.

Продукты сгорания (ПС) ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) содержат значительное количество вредных веществ, таких как окись углерода, пары HCl, соединения свинца и некоторые другие. При огневых стендовых испытаниях и уничтожении отслуживших двигателей методом выжигания топливного заряда эти вещества выбрасываются в атмосферу. Некоторые из содержащихся в ПС РДТТ веществ находят применение в народном хозяйстве. Однако большинство существующих стендов для огневых испытаний не оборудовано устройствами для нейтрализации и улавливания вредных веществ [2].

В данной работе анализируется состав продуктов сгорания двух смесевых твердых ракетных топлив (СТРТ) в камере сгорания (КС) модельного РДТТ на предмет содержания вредных для окружающей среды и, в частности для человека веществ.

Моделирование состава ПС проводилось с помощью специализированного программного комплекса TERRA [3]. В качестве общих для обоих составов параметров расчёта задавались следующие параметры РДТТ:

– давление в КС ;

– давление на срезе сопла ;

– расширение ПС в тракте сопла принималось адиабатическим и равновесным.

Термодинамический расчёт проводился для топлив TP-H-3062 и ARCIT-373D, имеющих следующие составы [1]:

  1. Топливо TP-H-3062:

– Состав в процентах:

  • Перхлорат аммония — 72 %
  • Полиуретан — 12 %
  • Порошкообразный алюминий — 16 %

– Условная химическая формула: C6.148H36.049O26.532N6.284Cl6.133Al5.94

– Полная энтальпия

– Плотность топлива:

  1. Топливо ARCIT-373D:

– Состав в процентах:

  • Перхлорат аммония — 58.9 %
  • Поливинилхлорид — 8.62 %
  • Ди-(2-этилгексил)-адипинат — 10.79 %
  • Добавки — 0.69 %
  • Порошкообразный алюминий — 21 %

– Условная химическая формула: C9.574H97.389O21.189N5.039Cl6.468Al7.734

– Полная энтальпия

– Плотность топлива

В работе был проведён анализ полученных составов продуктов сгорания, и были выделены наиболее вредные для окружающей среды вещества. Далее подробно рассмотрим содержание каждого из них в ПС этих топлив, и в чём заключается опасность каждого вещества.

Соляная кислота — раствор хлороводорода в воде, сильная одноосновная кислота. Бесцветная, прозрачная, «дымящаяся” на воздухе. Очень опасны пары хлороводорода, образующиеся при взаимодействии с воздухом. Они раздражают слизистые оболочки и дыхательные пути.

Соляная кислота содержится в продуктах сгорания обоих топлив, но в ПС топлива ARCIT-373D содержится 23 % по массе HCl против 21.8 % в ПС топлива TP-H-3062. Это говорит о том, что топливо ARCIT-373D несколько опаснее, как для экологии окружающей среды, так и для человека.

Диоксид азота NO2 — бинарное неорганическое соединение азота с кислородом. Представляет собой ядовитый газ, красно-бурого цвета, с резким неприятным запахом, или желтоватая жидкость.

В ПС топлива TP-H-3062 содержится значительно большая концентрация NO2 ( против %, то есть больше на 8 порядков).

Оксид азота NO в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ, плохо растворимый в воде. Он не имеет запаха, но при вдыхании может связываться с гемоглобином, подобно угарному газу переводя его в форму, не способную переносить кислород.

Содержание в ПС топлив: % — TP-H-3062 и

% — ARCIT-373D.

Монооксид углерода CO (угарный газ, окись углерода, оксид углерода — бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха, легче воздуха (при нормальных условиях).

Угарный газ выделяется при горении углерода и очень опасен для человека. Содержание в ПС топлив: 12.8 % — TP-H-3062 и

26.7 % — ARCIT-373D. С точки зрения содержания этого соединения топливо ARCIT-373D гораздо опаснее.

Синильная кислота HCN — это легкая летучая жидкость с характерным запахом горького миндаля. Она является весьма сильным ядом: в количестве 0,05 грамма она уже вызывает у человека смертельное отравление.

Содержание в ПС топлив: % — TP-H-3062 и % — для топлива ARCIT-373D.

Синильная кислота является наиболее вредным веществом в продуктах сгорания твердого топлива. Ее концентрация на два порядка выше в топливе ARCIT-373D.

Азотная кислота HNO3 по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Её пары очень вредны: пары вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие язвы. При действии на кожу возникает характерное жёлтое окрашивание кожи, обусловленное ксантопротеиновой реакцией. При нагреве или под действием света кислота разлагается с образованием высокотоксичного диоксида азота NO2 (газа бурого цвета).

Содержание в ПС топлив: % — TP-H-3062 и % — для топлива ARCIT-373D. Содержание этого вещества в ПС этих топлив крайне мало.

Подведём итоги сравнительного анализа состава продуктов сгорания этих топлив. Концентрация оксидов азота в ПС топлива TP-H-3062 выше, чем в ARCIT-373D, но в свою очередь концентрация угарного газа, соляной, синильной и азотной кислот значительно выше в ПС ARCIT-373D, что позволяет сделать вывод о том, что это топливо наиболее опасно из двух рассмотренных. Также удельный пустотный импульс этого топлива ниже (2808 м/с < 2895 м/с), что при прочих равных позволяет сделать выбор в пользу топлива TP-H-3062. Использование этого топлива упростит проведение испытаний и отработки РДТТ.

Литература:

  1. Соколов Б. И., Черенков А. С., Соломыков А. И. Термодинамические и теплофизические свойства твердых ракетных топлив и их продуктов сгорания //Мин-во обороны СССР. — 1977. — 377 c.
  2. Соколовский М. И., Вайсман Я. И. Технические и экологические аспекты ликвидации твердотопливных межконтинентальных баллистических ракет. — Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. — 635 с.
  3. Трусов Б. Г., Белов Г. В. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем //М.: МГТУ имени НЭ Баумана. — 2013. — Т. 96.
Основные термины (генерируются автоматически): топливо, продукт сгорания, твердое топливо, угарный газ, азотная кислота, Полная энтальпия, порошкообразный алюминий, синильная кислота, соляная кислота, Условная химическая формула.


Ключевые слова

продукты сгорания, твердое топливо, опасные соединения

Похожие статьи

Образование топливных оксидов азота в процессе горения...

В данной статье рассмотрено образование топливных оксидов азота в процессе горения разных видов углеводородного топлива. Ключевые слова: отработавшие газы, загрязнение воздуха, токсичные компоненты, оксиды азота.

Методы снижения оксидов азота в продуктах сгорания твердого...

В данной статье рассматривается зависимость выбросов от способа сжигания топлива. Произведен сравнительный анализ работы котлов при сжигании в кипящем слое и при обычном слоевом сжигании (с неподвижной колосниковой решеткой) твердого топлива.

Химические опыты с пищевой содой и лимонной кислотой...

В стаканчике смешиваются порошки лимонной кислоты и гидрокарбоната натрия (рис. 1). В порошкообразной форме они не взаимодействуют друг с другом. Смесь высыпается в банку с растительным маслом (рис. 2). В масле гидрокарбонат натрия и лимонная кислота не...

Окисление сернистых соединений дизельной фракции нефти...

Основные термины (генерируются автоматически): азотная кислота, уксусная кислота, смесь, озонирование, нижний слой, массовая доля

Одним из основных способов получения синильной кислоты, а в последствии и цианистого натрия, исходного вещества в синтезе...

Влияние дисперсной серы на характеристики сорбитового...

Теоретическое уравнение горения карамельного топлива имеет вид

Так, сера в составе топлива служит только для воспламенения и поддержки горения состава

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

Октаноповышающие компоненты бензинов и их свойств

Среди продуктов сгорания неэтилированных бензинов наибольшую опасность представляют оксид и диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды и твердые частицы. Токсичность неэтилированных бензинов и продуктов их сгорания в основном определяется...

Механизм образования и негативное влияние выбросов...

На долю газов приходится более 90 % всех выбросов.

При сгорании топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90 % оксидов азота образуется в форме монооксида азота.

Образующаяся при этом в клетках азотистая кислота оказывает мутагенное действие.

Преимущества ортофосфорной кислоты | Статья в журнале...

Во время прохождения учебной практики на котельных я обратил внимание на то, как происходит чистка водонагревателей. Механическая чистка пластин трудоемка. Нужны опытные рабочие.

Теоретические и практические аспекты изучения ангренского...

В 1936 г. учеными России при изучении гуминовых кислот в рентгеновских лучах было обнаружено, что они состоят из мельчайших колец углерода, которые сжимаются в генетическом ряде: лигнин — гуминовая кислота — горючие

Химический состав бурого Ангренского угля.

Похожие статьи

Образование топливных оксидов азота в процессе горения...

В данной статье рассмотрено образование топливных оксидов азота в процессе горения разных видов углеводородного топлива. Ключевые слова: отработавшие газы, загрязнение воздуха, токсичные компоненты, оксиды азота.

Методы снижения оксидов азота в продуктах сгорания твердого...

В данной статье рассматривается зависимость выбросов от способа сжигания топлива. Произведен сравнительный анализ работы котлов при сжигании в кипящем слое и при обычном слоевом сжигании (с неподвижной колосниковой решеткой) твердого топлива.

Химические опыты с пищевой содой и лимонной кислотой...

В стаканчике смешиваются порошки лимонной кислоты и гидрокарбоната натрия (рис. 1). В порошкообразной форме они не взаимодействуют друг с другом. Смесь высыпается в банку с растительным маслом (рис. 2). В масле гидрокарбонат натрия и лимонная кислота не...

Окисление сернистых соединений дизельной фракции нефти...

Основные термины (генерируются автоматически): азотная кислота, уксусная кислота, смесь, озонирование, нижний слой, массовая доля

Одним из основных способов получения синильной кислоты, а в последствии и цианистого натрия, исходного вещества в синтезе...

Влияние дисперсной серы на характеристики сорбитового...

Теоретическое уравнение горения карамельного топлива имеет вид

Так, сера в составе топлива служит только для воспламенения и поддержки горения состава

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

Октаноповышающие компоненты бензинов и их свойств

Среди продуктов сгорания неэтилированных бензинов наибольшую опасность представляют оксид и диоксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды и твердые частицы. Токсичность неэтилированных бензинов и продуктов их сгорания в основном определяется...

Механизм образования и негативное влияние выбросов...

На долю газов приходится более 90 % всех выбросов.

При сгорании топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90 % оксидов азота образуется в форме монооксида азота.

Образующаяся при этом в клетках азотистая кислота оказывает мутагенное действие.

Преимущества ортофосфорной кислоты | Статья в журнале...

Во время прохождения учебной практики на котельных я обратил внимание на то, как происходит чистка водонагревателей. Механическая чистка пластин трудоемка. Нужны опытные рабочие.

Теоретические и практические аспекты изучения ангренского...

В 1936 г. учеными России при изучении гуминовых кислот в рентгеновских лучах было обнаружено, что они состоят из мельчайших колец углерода, которые сжимаются в генетическом ряде: лигнин — гуминовая кислота — горючие

Химический состав бурого Ангренского угля.

Задать вопрос