Пероксид с высокой концентрацией ( HTP ) - это высококонцентрированный (от 85 до 98 процентов) раствор пероксида водорода , остальная часть которого состоит преимущественно из воды. При контакте с катализатором он разлагается на высокотемпературную смесь пара и кислорода без остатка жидкой воды. Он использовался в качестве топлива для ракет и торпед ПВТ , а также для высокопроизводительных двигателей с нониусом .
Свойства [ править ]
Перекись водорода лучше всего работает в качестве пропеллента в чрезвычайно высоких концентрациях (примерно более 70%). Хотя при любой концентрации пероксида образуется некоторое количество горячего газа (кислород плюс немного пара), при концентрациях выше примерно 67% теплота разложения пероксида водорода становится достаточно большой, чтобы полностью испарить всю жидкость при стандартном давлении. Это представляет собой поворотный момент в безопасности и использовании, поскольку разложение любой концентрации, превышающей это количество, способно полностью преобразовать жидкость в нагретый газ (чем выше концентрация, тем горячее образующийся газ). Эта очень горячая смесь пара и кислорода затем может быть использована для создания максимальной тяги, мощности или работы, но она также делает взрывное разложение материала гораздо более опасным.
Таким образом, нормальные концентрации метательного взрывчатого вещества варьируются от 70 до 98%, с обычными градациями 70, 85, 90 и 98%. [1]
Изменение объема пероксида из-за замерзания зависит от процента. Более низкие концентрации пероксида (45% или меньше) расширяются при замораживании, в то время как более высокие концентрации (65% или больше) сокращаются. [2] : 4–39
Перекись водорода становится более стабильной при более высоком содержании перекиси. Например, 98% перекись водорода более стабильна, чем 70% перекись водорода. Вода действует как загрязнитель, и чем выше концентрация воды, тем менее стабильна перекись. Сохраняемость пероксида зависит от отношения поверхности к объему материалов, с которыми контактирует жидкость. Для увеличения сохраняемости соотношение следует свести к минимуму. [3]
Приложения [ править ]
При использовании с подходящим катализатором, ПВТ может быть использован в качестве однокомпонентного топлива , [4] или с помощью отдельного топлива в качестве двухкомпонентного . [5]
HTP безопасно и успешно использовался во многих приложениях, начиная с использования в Германии во время Второй мировой войны и до сих пор. [6] Во время Второй мировой войны высокопробный перекись использовался в качестве окислителя в некоторых немецких конструкциях двухкомпонентных ракет , таких как ракетный двигатель Walter HWK 509A, который приводил в действие истребитель- перехватчик Messerschmitt Me 163 в конце Второй мировой войны, состоящий из 80 ракет. % стандартизированной смеси T-Stoff , а также в немецкой подводной лодке Type XVII .
Некоторые важные программы США включают двигатели управления реакцией по программе X-15 и Bell Rocket Belt . Исследовательский аппарат НАСА Lunar Lander использовал его для тяги ракеты, чтобы имитировать лунный посадочный модуль.
Королевский флот экспериментировал с ПВТ в качестве окислителя в мишени экспериментальной высокоскоростной / обучение субмарины проводника и Экскалибур между 1958 и 1969 годами .
Первая российская торпеда ПВТ была известна под строго функциональным названием 53-57, где 53 означало диаметр торпедного аппарата в сантиметрах, 57 - год выпуска. Под влиянием конкуренции времен холодной войны они приказали разработать более крупную торпеду ПВТ, которая будет стрелять из 65-сантиметровых (26-дюймовых) стволов. ПВТ на одной из этих торпед Тип 65 12 августа 2000 г. взорвался на борту и потопил подводную лодку К-141 «Курск» .
Британские эксперименты с HTP в качестве торпедного топлива были прекращены после того, как в 1956 году в результате перекиси водорода была потеряна подводная лодка HMS Sidon (P259) .
Британские эксперименты с ПВТ продолжились в области исследований в области ракетной техники, завершившись запуском ракет-носителей " Черная стрела" в 1971 году. Ракеты "Черная стрела" успешно запустили спутник Просперо X-3 из Вумеры, Южная Австралия, с использованием ПВТ и керосинового топлива.
Ракеты British Blue Steel, прикрепленные к бомбардировщикам Vulcan и Victor в 1960-х годах, производились компанией AVRO. В нем использовалась 85% -ная концентрация HTP. Чтобы зажечь двухкамерную ракету Stemtor, ПВТ проходил через каталитический экран. Затем в две камеры впрыснули керосин, чтобы создать тягу в 20 000 фунтов и 5 000 фунтов каждая. Большая камера предназначалась для набора высоты и ускорения, а маленькая - для поддержания крейсерской скорости. Ракета имела дальность полета 100 морских миль при запуске на большой высоте и около 50 морских миль при запуске на малой высоте (от 500 до 1000 футов). Его скорость составляла около 2,0 Маха. После запуска с большой высоты он поднимется на высоту от 70 000 до 80 000 футов. При запуске с низкой высоты он поднимется на высоту всего 40000 футов, но его скорость все равно будет около 2,0 Маха.
При концентрации 82%, он по - прежнему используется на русском ракете Союз водить турбонасосов о бустеров и на орбитальном транспортном средстве .
Blue Flame с ракетным двигателем автомобиль достиг мировой рекорд скорости на земле в 622.407 миль в час (1,001.667 км / ч) на 23 октября 1970 года, используя комбинацию высокопрочного перекиси и сжиженного природного газа (СПГ), под давлением с помощью газообразного гелия .
Перекись водорода метательного качества используется в современных военных системах и в многочисленных программах оборонных и аэрокосмических исследований и разработок. Многие частные ракетные компании используют перекись водорода, такие как несуществующие Armadillo Aerospace и Blue Origin , а некоторые любительские группы проявили интерес к производству собственной перекиси для их использования и продажи в небольших количествах другим.
HTP будет снова использоваться в попытке побить рекорд наземной скорости с автомобилем Bloodhound SSC , стремясь развивать скорость более 1000 миль в час (1600 км / ч). Он будет окислителем для гибридной топливной ракеты, реагируя с твердым топливом полибутадиеном с концевыми гидроксильными группами .
Доступность [ править ]
Доступные поставщики перекиси водорода с высокой концентрацией пропеллента - это, как правило, одна из крупных коммерческих компаний, производящих перекись водорода других марок, в том числе Solvay Interox , PeroxyChem (ранее FMC Global Peroxygens, подразделение FMC Corporation ), [ 7] и Evonik . XL Space Systems модернизирует техническую перекись водорода до HTP. [8] Другие компании, которые в недавнем прошлом производили перекись водорода пропеллентного качества, включают Air Liquide и DuPont . DuPont недавно продала Evonik свой бизнес по производству перекиси водорода.
Перекись водорода пропеллентного сорта доступна квалифицированным покупателям. В типичных обстоятельствах это химическое вещество продается только компаниям или государственным учреждениям, которые имеют возможность правильно обращаться с материалом и использовать его. Непрофессионалы приобрели перекись водорода с концентрацией 70% или ниже (оставшиеся 30% - это вода со следами примесей и стабилизирующих материалов, таких как соли олова, фосфаты, нитраты и другие химические добавки) и сами увеличили ее концентрацию. Дистилляциякрайне опасен с перекисью водорода; Пары пероксида не могут воспламениться, но выделяющийся кислород может воспламенить любой материал, с которым он контактирует, детонация возможна в зависимости от конкретных комбинаций температуры и давления, детонация является результатом быстрого реактивного испарения жидкости, что приводит к высокой температуре и давлению что приводит к сильному разрыву сосуда. В общем, любая кипящая масса перекиси водорода с высокой концентрацией при атмосферном давлении будет производить перекись водорода в паровой фазе, которая может взорваться. Эта опасность снижается, но не устраняется полностью с помощью вакуумной перегонки. Другими подходами к концентрированию перекиси водорода являются барботирование и фракционная кристаллизация .
Перекись водорода в концентрации не менее 35% фигурирует в списке представляющих интерес химических веществ Министерства внутренней безопасности США. [9]
Безопасность [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( Декабрь 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Поскольку многие обычные вещества катализируют экзотермическое разложение пероксида на водяной пар и кислород, обращение с HTP требует особого ухода и оборудования. Следует отметить, что обычные материалы, железо и медь, несовместимы с пероксидом, но реакция может быть отложена на секунды или минуты, в зависимости от марки используемого пероксида.
Небольшие разливы перекиси водорода легко устранить, затопив территорию водой. Это не только охлаждает реагирующую перекись, но и тщательно ее разбавляет. Поэтому предприятия, которые работают с перекисью водорода, часто оборудованы аварийными душевыми кабинами, имеют шланги и людей на дежурстве.
Контакт с кожей вызывает немедленное побеление из-за выработки кислорода под кожей. Если не смыть за секунды, возникают обширные ожоги. Попадание в глаза может вызвать слепоту, поэтому обычно используются средства защиты глаз.
Катастрофа с подводной лодкой " Курск" была связана с случайным выбросом ПВТ в торпеду, которая реагировала с горючим торпеды.
Ссылки [ править ]
- ^ "Спецификация рабочих характеристик MIL-PRF-16005F: пропеллент, перекись водорода" (PDF) . Указатель спецификаций и стандартов Министерства обороны . 1 августа 2003 . Проверено 12 ноября 2016 г. - через Whisky Yankee LLC.
- ^ «Пожар, взрыв, совместимость и опасности перекиси водорода» (PDF) . НАСА.
- ^ Вентура, Марк. «Долговременная сохранность перекиси водорода». AIAA . General Kinetics Inc. AIAA-2005-4551.
- ^ "Зеленый монопропеллент перекиси водорода (H2O2) с усовершенствованными слоями катализатора" . ЕКА . Проверено 25 июля 2018 года .
- ^ "Разработка двухкомпонентного двигателя малой тяги на основе экологически чистого топлива" . ЕКА . Проверено 25 июля 2018 года .
- ^ Вентура, М .; Гарбоден, Г. (19 июня 1999 г.). «Краткая история использования концентрированной перекиси водорода» (PDF) . Общая кинетика . Проверено 12 ноября 2016 г. - через Whisky Yankee LLC.
- ^ «One Equity Partners завершает приобретение PeroxyChem» . PeroxyChem . 3 марта 2014 . Проверено 12 ноября +2016 .
- ^ "Космическая система XL" . xlspace.com . Проверено 12 ноября +2016 .
- ↑ Департамент внутренней безопасности (20 ноября 2007 г.). «Приложение к стандартам борьбы с терроризмом на химических объектах; окончательное правило» (PDF) . Федеральный регистр . 72 (223): 65421–65435 . Проверено 12 ноября +2016 .
