مقایسه و بررسی عملکرد کاتالیست نیکل جایگزین ایریدیوم بر پایه گاما- آلومینا در واکنش تجزیه هتروژنی هیدرازین و آمونیاک با کاربرد سیستم های پیشرانش فضایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران/دانشکده نفت و مهندسی شیمی/گروه مهندسی شیمی

2 استادیار -دانشکده نفت و مهندسی شیمی -گروه مهندسی شیمی -دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

3 دانشیار مهندسی شیمی ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

10.22034/ijche.2024.435543.1388

چکیده

در این تحقیق از واکنش تجزیه نا همگن هیدرازین و آمونیاک در یک سیستم پیشرانش فضایی نوع تک پیشرانه هیدرازینی با یک راکتور بستر ثابت آدیاباتیک و کاتالیزور ایریدیوم 30 درصد Ir/γ-AL_2 O_3 برای ایجاد یک نیروی رانش 5 نیوتنی و ضربه ویژه220 ثانیه و کاربرد تغییر موقعیت یا حرکت مداری استفاده می گردد. این فرآیند با انجام دو واکنش تجزیه نا همگن هیدرازین و سپس آمونیاک و تبدیل به گازهای سبک و گرم در بستر راکتور و بعد نازل همگرا-واگرا ، نیروی رانش در جهت خلاف جریان گاز ایجاد می گردد. با توجه به اینکه کاتالیست ایریدیوم 30 درصد Ir/γ-AL_2 O_3 یک کاتالیست مرجع و اصلی بوده و دارای خواص مکانیکی، فیزیکی و حرارتی مناسب بوده اما بسیار کمیاب و گران است، از اینرو هدف استفاده از کاتالیزور جایگزین نیکل 15 درصد Ni/γ-AL_2 O_3 است .این کاتالیست در مقایسه با ایریدیوم بسیار فراوان و ارزان و دارای مشخصات کاربردی ، مناسب و نزدیک به ایریدیوم است. در خصوص درستی و دقت نتایج عملکرد دو کاتالیزور در یک سیستم پیشرانش فضایی نوع تک پیشرانه هیدرازینی و آزمایش استاتیک در شرایط خلا و عملیاتی یکسان در یک جریان پایدار و یکنواخت به بستر راکتور به مدت 30 ثانیه اندازه گیری گردیده و توسط شاخص های مانند ایجاد نیروی رانش( 5 نیوتن)، افت فشار بستر(کمتر از 1 بار ) ، حداقل میزان تجزیه آمونیاک مقایسه می گردد.در نهایت به دلیل تطابق نتایج کاتالیزور نیکل با ایریدیوم بر پایه گاما- آلومینا به عنوان کاتالیست جایگزین مناسب بوده و تایید می باشد .

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparing and investigating the performance of iridium-substituted nickel catalyst Gamma-alumina base in the heterogeneous decomposition reaction of hydrazine and ammonia with the application of space propulsion systems

نویسندگان [English]

  • hosein ebrahim 1
  • seideabulhasan Alavi 2
  • shahram ghanbari pakdehi 3
1 Assistant Professor/Azad UniverIslamic Azad University, Tehran Science and Research Branch/Faculty of Petroleum and Chemical Engineering/Department of Chemical Engineeringsity of Science and Research
2 Assistant Professor of Chemical Engineering, Islamic Azad University, Science and Research Branch
3 Associate Professor of Chemical Engineering, Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

In this research, the heterogeneous decomposition reaction of hydrazine and ammonia in a space propulsion system of hydrazine monopropellant type with an adiabatic fixed bed reactor and 30% iridium catalyst Ir/γ-〖Al〗_2 O_3 is used to create a thrust force of 5 newtons and a specific impulse of 220 seconds and the application of position change or orbital motion. This process is created by two heterogeneous reactions and turning into hot light gases of hydrogen and nitrogen leaving the reactor bed and then the nozzle of the thrust force in the opposite direction of the gas flow. Considering that the iridium 30% Ir/γ-〖Al〗_2 O_3 is a reference and main catalyst that has suitable mechanical, physical, and thermal properties but is very rare and expensive, the purpose of using a nickel replacement catalyst 15% is Ni/γ-〖Al〗_2 O_3. Compared to iridium, this catalyst is very abundant and cheap, and has functional characteristics, suitable and close to iridium. Regarding the correctness and accuracy of the performance results of two catalysts in a space propulsion system and vacuum conditions and the same static and operational test in a stable and uniform flow of hydrazine to the reactor bed for 30 seconds were measured and evaluated by evaluation indicators such as creating force Thrust (5 newtons), special impulse (about 230 seconds), bed pressure drop (less than 1 bar), minimum amount of ammonia decomposition are compared. Finally, due to the compatibility of nickel catalysts with iridium, a suitable alternative is approved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • &ldquo
  • Heterogeneous decomposition reaction&rdquo
  • ,&ldquo
  • propulsion system of hydrazine monopropellant type&rdquo
  • ,"
  • Hydrazine&rdquo
  • Steady flow&rdquo
  • Kinetics&rdquo
  • , &ldquo
  • Nickel and Iridium based on gamma alumina catalysts&rdquo