Мар 28

Хранение кислорода в виде химических соединений

Кислород в сочетании с другими элементами существует во многих химических соединениях. Однако лишь немногие из них можно использовать для получения кислорода. Во-первых, соединение должно легко высвобождать кислород, причем с минимальным содержанием нежелательных примесей. Во-вторых, количество высвобождаемого кислорода должно быть достаточно большим, чтобы свести к минимуму вес системы с запасом веществ. В-третьих, соединение должно быть устойчивым при хранении, безопасным и надежным при работе системы в условиях космоса. Сравнительно немногие вещества удовлетворяют всем этим требованиям.

Вещества, содержащие кислород, можно разделить на три основные группы: 1) перекиси, высшие окислы и озониды щелочных и щелочноземельных металлов; 2) хлораты и перхлораты щелочных и щелочноземельных металлов; 3) перекись водорода. В табл. 3 представлены некоторые физические характеристики таких соединений. Из веществ, относящихся к первой категории, наиболее широко изучены высшие окислы калия и натрия. Эти вещества реагируют с углекислым газом и водой, выделяя кислород (табл. 4). При соответствующей системе регулирования, т. е. в зависимости от потребления кислорода, упомянутые высшие окислы можно использовать в замкнутой системе для удаления углекислого газа и создания кислорода в количествах, равных количеству кислорода, поглощенного при дыхании. Использование высших окислов не может конкурировать с криогенным хранением кислорода при длительных полетах, но заслуживает внимания для применения в ранцевых установках космического скафандра.

Хлораты щелочных металлов (хлоратные свечи) используются в качестве источника кислорода на подводных лодках и для аварийного обеспечения кислородом на самолетах. Принцип, лежащий в основе применения хлоратных свечей, состоит в разложении хлората натрия при температуре 700– 800°С на хлористый натрий и кислород:

2NaСlO3→ 2NaCl+3О2 + 232 ккал/кг.

В этом случае теоретически выход кислорода составляет по весу 45%, в действительности же он равен приблизительно 40%.

Таблица 3

Характеристики кислосодержащих соединений

Сравниваемые параметры

КО2

NaO2

LiO2

NaO3

LiNO3

LiClO4

NaClO3

H2O2

Весовое соотношение высвобождаемого О2 (в кг) на 1 кг соединения

0,338

0,436

0,348

0,563

0,232

0,601

0,451

0,471

Конечный продукт

К2СО3

NaСО3

Li2СO3

Na2СО3

LiNO2

LiCl

NaCl

H2O

Плотность г/см3

0,656

-

2,142

-

2,383

2,430

2,255

1,425

Тепловая энергия при реакции кклал/кг О2

-955*

-1090*

-935*

-

+1165*

+133*

+880*

-1460*

* Знак минус – экзотермическая реакция, знак плюс – эндотермическая.

Таблица 4

Реакции с участием высших окислов калия

РЕАКЦИЯ

∆Н, ккал

Выделяемая тепловая энергия, ккал/кг

Весовые соотношения реагентов КО2, КОН или К2СО3 (в кг) на 1 кг

О2

H2O

СО2

О2

H2O

СО2

2КО2+Н2О=2КОН+3/2О2

-11,8

245

655

-

2,96

7,90

-

2КО2+СО2=К2СО3+3/2О2

-45,9

955

-

1040

2,96

-

3,24

2КОН+СО2=К2СО3+H2O

-34,1

-

-

755

-

-

2,56

КОН+СО2=КНСО3

-33,5

-

-

760

-

-

1,28

4/3КОН+Н2О=4/3(КОН∙3/4H2O)

-22,1

-

1225

-

-

4,15

-

КОН+Н2О=КОН∙H2O

-20,0

-

1110

-

-

3,12

-

1/2КОН+Н2О=1/2(КОН∙2H2O)

-16,9

-

937

-

-

1,56

-

К2СО3+H2O+СО2=2КНСО3

-32,8

-

1820

745

-

7,68

3,14

Хлоратные свечи горят так же, как горящие с торца заряды твердого топлива ракетного двигателя. Их линейная скорость сгорания составляет 5,8–11,6 мм/мин, причем она практически не зависит от давления в диапазоне 1–35 кг/см2. Тепловая энергия, необходимая для поддержания реакции распада, обеспечивается окислением небольшого количества железного порошка, смешанного с хлоратом:

2Fe + О2→2FeO + 885 ккал/кг.

Зажигание осуществляется с помощью фосфорной спички, электрозапала или ударного взрывателя, аналогичного детонатору гранаты.

Системы с перекисью водорода можно применять для регулирования давления в скафандре и ранцевых установках с повторным заполнением, работающих при умеренном давлении подаваемого в скафандр кислорода. Такая система имеет преимущество перед хранением кислорода в виде газа, с точки зрения веса и объема. Перекись водорода можно хранить неограниченное время в легких резервуарах. Основной недостаток состоит в сложности эксплуатации системы. Для полной реализации возможностей перекиси водорода необходимы два этапа: разложение на воду и кислород, а затем электролиз воды.

Похожие статьи:

  1. Системы регенерации кислорода По мере увеличения длительности космических полетов и понижения весовых нагрузок,...
  2. Система жизнеобеспечения Таблица Таблица 2 Система жизнеобеспечения Назначение и подсистемы Способы обеспечения Примечание...
  3. Физика ранней Вселенной За последние несколько лет между двумя: областями науки — физикой...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.