Empirical evaluation of storage materials and conditions for propellant grade white fuming nitric acid
Yakıt sınıfındaki beyaz dumanlı nitrik asit için depolama malzemeleri ve koşullarının deneysel değerlendirmesi
- Tez No: 772189
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ ÜNER, DR. HACI EŞİYOK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Roket yakıtı sınıfındaki beyaz dumanlı nitrik asidin depolama sırasındaki kararlılığı deneysel olarak araştırılmıştır. Yüksek sıcaklıklarda 600 saate kadar yakıt depolama sürecini izlemek için özel bir yöntem geliştirildi. İki set test matrisi tasarlandı: güvenlik ve test sistemi kalifikasyonu için kontrol test matrisi uygulandı ve beyaz dumanlı nitrik asidin depolanmasını değerlendirmek için asil test matrisi uygulandı. Test parametreleri şu şekilde seçilmiştir: iki farklı tepe boşluk değeri – %13.0 & %19.0 –, beş farklı depolama tankı malzeme tipi – PTFE, AISI316L, AISI904L, Al5083-H111 & Al6061-T6 –, üç farklı basınçlandırma gazı – helyum, nitrojen & hava. Ayrıca, depolama tankının yüzeyinin sitrik asit yüzey işlemi ile pasifleştirip pasifleştirilmediği deneysel bir parametreydi. Tüm testler için sıcaklık 50°C'de tutulmuştur. Testleri gerçekleştirmek için bir adet basınçlı kap gövdesi ve bir adet test tüpü tasarlanmış, kalifiye edilmiş ve üretilmiştir. Ticari bağlantılar, ölçü ve güvenlik ekipmanları imal edilen parçalar ile birleştirilerek MPV armatürü montajı yapılmıştır. Dört değişkenin her birinin etkisi, diğerleri sabit bir değerde tutularak ayrı ayrı analiz edildi. Zamana bağlı basınç verileri 1 Hertz ile toplantı ve kaydedildi. Bu zamana bağlı basınç verileri, kontrol değişkenlerinin basınç üzerindeki etkilerini gözlemlemek için kullanıldı. Ayrıca, depolanan beyaz dumanlı nitrik asitnumuneleri, endüktif olarak eşleştirilmiş plazma optik emisyon spektroskopisi, ultraviyole görünür spektroskopi ile elementsel ve kimyasal bileşimleri açısından analiz edildi. Çözünmüş metallerin ve bileşim değişimlerinin etkisi, kabul limitlerine uygun saflıkta amin bazlı yakıtla tutuşma gecikmesi testleri yapılarak ayrıca analiz edildi. Ek olarak, test tüplerinin depolama sonrası kütle kayıpları ölçülmüş ve her bir tüpteki korozyon hızı ASTM G31 – 72 standardına göre hesaplanmıştır. Deneyler ve sonraki analizler paslanmaz çelik kapların WFNA depolamaya uygun olmadığını ortaya çıkardı: Paslanmaz çelik kaplarda depolanan WFNA, tüpleri aşındırırken çok hızlı bozuldu. Bu depolama koşullarından ve tüpün sitrik asit ile pasivasyon işleminin olup olmadığından bağımsızdı. Buna karşılık, alüminyum esaslı kaplar, WFNA bozulması açısından paslanmaz çeliğe kıyasla daha iyi performans gösterdi ancak tüplerin aşınması esnasında oluşan 𝐴𝑙(𝑁𝑂3)2, 𝑀𝑔(𝑁𝑂3)2 ve 𝑀𝑛(𝑁𝑂3)2 bileşikleri yoğun bir şekilde çökeldi. Ayrıca, Al6061, yılda ortalama 0.11 mm korozyon oranı ile en iyi performansı sağlamıştır. Test koşullarına özgü olmak kaydıyla tutuşma gecikmesi sonuçlarına göre en kısa süreler genel olarak 10 ms mertebesinde Al6061 malzemesindeki asitten elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The stability of propellant grade white fuming nitric acid (WFNA) during storage was investigated experimentally. A custom method was developed to monitor the propellant storage up to 600 hours at elevated temperatures. Two sets of test matrices were designed: a control test matrix was conducted for safety and test system qualification, and the master test matrix was carried out to assess the WFNA storage. The test parameters were selected as follows: two different ullage space values – 13.0% & 19% –, five different storage container material types – PTFE, AISI316L, AISI904L, Al5083-H111 & Al6061-T6 –, three different pressurizing gases – helium, nitrogen & air. Furthermore, whether the surface of the container is passivated by citric acid surface treatment was also an experimental parameter. The temperature was kept at 50 C for all tests. To carry out the tests, a pressure vessel body and a test tube were designed, qualified and manufactured. Commercial connections, measurement and safety equipment were combined with the manufactured parts to assemble the MPV (Mini Pressure Vessel) fixture. The effect of each of the four variables were analyzed individually, by keeping the others at a fixed value. Time-dependent pressure data was collected and recorded at 1 Hertz. This time-dependent pressure data was used to monitor the effects of control variables on pressure. Moreover, samples of stored white fuming nitric acid were analyzed for their elemental and chemical compositions by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy, and ultraviolet-visible spectroscopy. The effect of dissolved metals and composition shifts were further analyzed by performing ignition delay tests with a fresh amine based fuel. In addition, mass losses of test tubes after storage was measured and the corrosion rate of each tube was determined based upon ASTM G31 – 72 standard. The experiments and subsequent analyses revealed that stainless steel containers were not suitable for WFNA storage: stainless steel containers deteriorated very rapidly while corroding the container tubes. This was independent of the storage conditions and whether the tube was passivated with citric acid. In contrast, Aluminum based containers performed better compared to stainless steel in terms of the WFNA deterioration, but they corroded by forming 𝐴𝑙(𝑁𝑂3)2, 𝑀𝑔(𝑁𝑂3)2 and 𝑀𝑛(𝑁𝑂3)2 which precipitated extensively. Furthermore, Al6061 provided the best performance in terms of corrosion rate with an average of 0.11 mm per year. According to the ignition delay results, which are specific to the test conditions, the shortest times were generally obtained from the acid in the Al6061 material, at the order of 10 ms.
Benzer Tezler
- Petrol rafinelerindeki yangınların CFD ile modellenmesi
CFD modeling of fires in oil refines
AHMET ABDULLAH
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Anabilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN COŞKUN
- Yıldız kesitli katı yakıcı-yakıtlı bir roket motorunun performansının incelenmesi
A study of performance of a star-shaped solid propellant rocket motor
HALİT YAŞAR
- Enerji depolama sistemleri için elektrot materyallerinin geliştirilmesi
Development of electrode materials for energy storage systems
SEDA POLAT
- Zemin mühendisliğinde gerilme şekil değiştirme davranışının sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Stress-strain analysis by finite element method in geotechnical engineering
ELİF YILMAZ
- Scaling-up eutectic freeze crystallization
Ötektik donma kristalizasyonunda boyut büyütme
FATMA ELİF GENCELİ
Doktora
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiTechnische Universiteit Delft (Delft University of Technology)PROF. DR. GEERT JAN WITKAMP