Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Июнь » 23 » Твердые источники газов ч.1
19:04
Твердые источники газов ч.1

    В ходе развития науки и техники часто требуется доставить то или иное вещество в необходимое место, при этом важно соблюсти ряд простых требований: компактность, дешевизна, надежность, безопасность, удобство в применении, низкая себестоимость, траспортабельность и пр. Если вещество твердое или жидкое, то серьезных проблем практически не возникает, но, другое дело, если вещество газ или смесь газов. В этом случае прибегают к одному из решений. Классический вариант это сжиженный газ, но, он имеет свои недостатки. Первый из них это большая инертная масса емкости высокого давления. Современные технологии позволяют без проблем производить в промышленном масштабе весьма прочные цельнотянутые емкости из легированных сталей высокого качества. Методы ультразвуковой и радиоизотопной дефектоскопии могут выявить даже небольшой дефект на стадии производства. При этом в большинстве случаев, масса емкости для сжиженных газов в разы и даже в десятки раз превышает массу содержащегося в ней газа. Поэтому, если требуется минимальная масса и размер, то сжижение газа далеко не всегда приемлемо.
    Другой вариант это транспортировка в виде твердых и/или жидких реактивов, которые при необходимости смешивают в специальной емкости, что сопровождается реакциями с выделением требуемого газа. Так поступают, например, в случае получения ацетилена из карбида кальция или получение газов в аппарате Киппа. Примером данных реакция может служить получение водорода взаимодействием соляной кислоты с железными стружками или получение углекислого газа при взаимодействии серной кислоты с известью. В этих случаях стоит отметить, что масса реактивов заметно превышает массу получаемого газа, их стоимость может быть весьма существенной, а продукт часто загрязнен побочными продуктами реакций и/или парами исходных соединений.
    Другим направлением развития методов доставки газообразных соединений в необходимое место, является использование электролиза. Классические методы электролиза растворов щелочей и солей позволяют получать газообразные продукты (главным образом, кислород, водород, хлор, озон и ряд других) при хорошем выходе и с достаточной чистотой. К недостаткам этого метода относят: узкий спектр получаемых газов, необходимость наличия источника электрического тока, малая скорость получения, лимитированная КПД ячейки и ее производительностью.
    Одним из перспективных и, часто, очень удобных методов получения газообразных веществ является использование твердых источников чистых газов (сокращенно ТИГ). Другое их название, более часто употребляемое в технике, но, менее корректное с точки зрения науки – пиротехнические газогенераторы. Стоит акцентировать внимание на слове “чистые” газы, так как, одной из первоочередных задач является минимизация количества примесей, затрудняющих использование газа по прямому назначению.
    Первые патенты на использование пиротехнических смесей для получения чистых газообразных веществ, относятся еще ко второй половине 19-го века. Но, начало массового применения ТИГ в промышленности относится ко второй половине первой мировой войны, когда немецкий флот столкнулся с проблемой обеспечения подводных лодок кислородом при длительных переходах в подводном положении (например, при уходе от противолодочных кораблей-охотников противника). Сегодня для этих нужд применяются преимущественно кассеты с перекисью натрия или установки для электролиза воды. Но, в 1910-е годы был разработан более простой и дешевый метод получения кислорода на подводных аппаратах, использовали прессованные в цилиндрические шашки смеси на основе хлората (перхлората) натрия, алюминиевого или железного порошка и небольшого количества связующего (не более 1% по массе). Важно было точно соблюсти рецептуру и добиться высокой плотности прессования, а так же, избегать образования трещин при хранении и транспортировке. Иначе, при горении свечи мог произойти небольшой тепловой взрыв (резкое расширение газообразных продуктов при их перегреве в замкнутом пространстве), что было чревато пожаром. Безопасность таких смесей обеспечивается тепловым балансом между теплотой, выделенной металлическим топливом, и теплотой, поглощенной солью на ее термическое разложение. Запас принимался всего в 5-12%. Это тепло обеспечивало непрерывность горения и уносилось из зоны горения с горячим кислородом. Кислородные свечи сегодня практически не применяются, разработаны более безопасные и удобные в использовании смеси.
    При оптимальном выборе состава смеси, можно оптимизировать ТИГ под выработку достаточно широкого перечня газообразных продуктов, от кислорода или хлора, до ацетилена, угарного газа или закиси азота. Применение специальных фильтров и охладителей позволяет оптимизировать состав и температуру газов для их использования по прямому назначению.
    Отдельно следует упомянуть о ТИГ, используемых в качестве источника энергии для приводов различных устройств. Эти ТИГ отличаются более высокой температурой газообразной среды и очень лояльными требованиями к составу газообразной среды. Выделяющийся газ корректнее было бы назвать “рабочим телом” для привода исполнительных механизмов. Разновидности данных ТИГ используются и в снарядах большой дальности (в качестве донных газогенераторов), и на МБР (например, для привода рулей, гироскопов, наддува баков с топливом и окислителем и пр.). Так же, ТИГ используются в качестве источников энергии для запуска реактивных турбин различного назначения (которые роднит один общий признак – минимальная масса при небольшом ресурсе). Примером может служить ТРД крылатых ракет или бортовой электрогенератор МБР.
    Подробнее о рецептуре ТИГ, их технологических особенностях и областях применения мы поговорим в нашей следующей беседе.

Категория: Энергонасыщенные соединения | Просмотров: 549 | Добавил: Chemadm | Теги: пиротехника, ТИГ, аккумуляторы давления | Рейтинг: 4.8/4
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]