Перекись высокого теста - High-test peroxide

Перекись высокого теста (ПВТ) представляет собой высококонцентрированный (от 85 до 98 процентов) раствор пероксид водорода, остальная часть состоит преимущественно из воды. При контакте с катализатором он разлагается на высокотемпературную смесь пара и кислорода, при этом не остается жидкой воды. Его использовали в качестве топлива для ПВТ. ракеты и торпеды, и использовался для высокопроизводительных верньерные двигатели.

Характеристики

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 области безопасности и использования, 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 сортами топлива 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 повышения сохраняемости соотношение следует минимизировать.[3]

Приложения

При использовании с подходящим катализатором HTP может использоваться как монотопливо,[4] или с отдельным топливом в качестве двухкомпонентное топливо.[5]

HTP безопасно и успешно использовался во многих приложениях, начиная с немецкого использования во время Вторая Мировая Война, и продолжается по сей день.[6] Во время Второй мировой войны перекись с высоким содержанием пробы использовалась в качестве окислителя в некоторых немецких двухкомпонентная ракета конструкции, такие как Вальтер HWK 509A ракетный двигатель, который приводил в действие Мессершмитт Me 163 истребитель-перехватчик точечной защиты в конце Второй мировой войны, составляющий 80% стандартизированной смеси Т-Стофф, а также в Немецкая подводная лодка типа XVII.

Некоторые важные программы США включают двигатели управления реакцией на Х-15 программа и Ремень Bell Rocket. НАСА Лунный исследовательский аппарат использовал его для тяги ракеты, чтобы смоделировать посадочный модуль на луну.

В Королевский флот экспериментировал с HTP в качестве окислителя в экспериментальной высокоскоростной мишени / тренировке подводные лодки Исследователь и Экскалибур между 1958 и 1969 гг.

Первая российская торпеда ПВТ была известна под строго функциональным названием 53-57, где 53 означало диаметр торпедного аппарата в сантиметрах, 57 - год выпуска. Движимый Холодная война соревнования, они заказали разработку более крупной торпеды HTP, которая будет стрелять из 65-сантиметровых (26-дюймовых) стволов. ПВТ в одном из этих Торпеды Тип 65 12 августа 2000 г. взорвалась на борту и потопила подводную лодку К-141 «Курск».

Британские эксперименты с HTP в качестве торпедного топлива были прекращены после того, как перекисный пожар привел к гибели подводной лодки. HMSСидон (P259) в 1956 г.

Британские эксперименты с ПВТ продолжились в области ракетных исследований, закончившись Черная стрелка ракеты-носители в 1971 году. Ракеты Black Arrow успешно запустили Просперо X-3 спутник из Вумера, Южная Австралия используя HTP и керосин топливо.

Ракета British Blue Steel, прикрепленная к бомбардировщикам Vulcan и Victor, в 1960-х годах производилась 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 низкой высоте (от 500 до 1000 футов). Его скорость была 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 до сих пор используется на российских Ракета Союз вести турбонасосы на бустеры и на орбитальный аппарат.

В Голубое пламя с ракетным двигателем 23 октября 1970 г. был достигнут мировой рекорд наземной скорости 622,407 миль / ч (1001,667 км / ч) с использованием комбинации пероксида и сжиженный природный газ (СПГ), сжатый газообразным гелием.

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, например, 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 использоваться снова в попытке побить рекорд наземной скорости с помощью Ищейка SSC автомобиль, стремящийся достичь скорости более 1000 миль в час. Это будет окислитель для гибридной топливной ракеты, реагируя с твердым топливом. полибутадиен с концевыми гидроксильными группами.

Доступность

Доступные поставщики перекиси водорода с высокой концентрацией пропеллента - это, как правило, одна из крупных коммерческих компаний, производящих перекись водорода других марок, включая Solvay Interox, PeroxyChem (ранее FMC Global Peroxygens, подразделение FMC Corporation ),[7] и Evonik. X-L 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 (остальные 30% - это вода со следами примесей и стабилизирующих материалов, таких как соли олова, фосфаты, нитраты и другие химические добавки) и сами увеличили ее концентрацию. Дистилляция крайне 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. Другие подходы к концентрации перекиси водорода: барботаж и фракционная кристаллизация.

Перекись водорода в концентрации не менее 35% фигурирует в списке представляющих интерес химических веществ Министерства внутренней безопасности США.[9]

Безопасность

Поскольку многие распространенные вещества катализировать перекиси экзотермический разложение на пар и кислород, обращение с ПВТ требует особого ухода и специального 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 душами, имеют шланги и людей на дежурстве.

Контакт с кожей вызывает немедленное отбеливание 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.

В Курск подводная катастрофа произошел случайный выброс ПВТ в торпеду, которая вступила в реакцию с топливом торпеды.

Рекомендации

  1. ^ «Технические характеристики MIL-PRF-16005F: пропеллент, перекись водорода» (PDF). Указатель спецификаций и стандартов Министерства обороны. 1 августа 2003 г.. Получено 12 ноября 2016 - через Whisky Yankee LLC.
  2. ^ «Пожар, взрыв, совместимость и опасности перекиси водорода» (PDF). НАСА.
  3. ^ Вентура, Марк. «Долговременная сохранность перекиси водорода». AIAA. General Kinetics Inc. AIAA-2005-4551.
  4. ^ «Зеленое монотопливо перекиси водорода (H2O2) с улучшенными слоями катализатора». ЕКА. Получено 25 июля, 2018.
  5. ^ «Разработка двухтактного двигателя малой тяги на основе экологически чистого топлива». ЕКА. Получено 25 июля, 2018.
  6. ^ Ventura, M .; Гарбоден, Г. (19 июня 1999 г.). «Краткая история использования концентрированной перекиси водорода» (PDF). Общая кинетика. Получено 12 ноября 2016 - через Whisky Yankee LLC.
  7. ^ «One Equity Partners завершила сделку по приобретению PeroxyChem». PeroxyChem. 3 марта 2014 г.. Получено 12 ноября 2016.
  8. ^ "Космическая система X-L". xlspace.com. Получено 12 ноября 2016.
  9. ^ Министерство внутренней безопасности (20 ноября 2007 г.). «Приложение к стандартам по борьбе с терроризмом на химических объектах; окончательное правило» (PDF). Федеральный регистр. 72 (223): 65421–65435. Получено 12 ноября 2016.