Removing hydrochloric acid from solid rocket propellant exhaust products

State-of-the-art ammonium perchlorate composite propellants produce an exhaust containing about 20% by mass of HCl. Once in contact with water molecules present in the atmosphere, this molecule readily forms hydrochloric acid. The consequences of this phenomenon are various, going from stratospheric ozone depletion to waters contamination. Current research trends aim at proposing new potential green solid propellants that could have a more sustainable environmental impact. This thesis implements a study to assess theoretically and verify experimentally possible methods for chemical HCl capture. The work installment is based on the following pillars: * a theoretical analysis based on the definition of weighting coefficients to eval-uate both acid emissions and performances, 
 * identification of HCl diagnostic methods and implementation of a simple and effective experimental procedure, 
 * experimental test campaign of new compositions. 
The experimental campaign has been entirely conducted in the Space propulsion Laboratory (SPLab) of Politecnico di Milano and has involved three different propellants: one baseline, one containing magnesium and one containing sodium nitrate. Burning rate tests have been conducted for propellants characterization and a dedicated experimental line for acid detection have been developed. This is based on the gurgling principle and involved the design of a bubbler and of two different jet breakers. 
Empirical scavenging results revealed to be consistent with the literature. In terms of contributions of this study, the quality of the acid detection has shown to be dependent on the acid content. The experimental method has shown to be suitable for evaluating wether scavenging has happened. Finally, some possible future developments for achieving a more precise acid quantification have been proposed.

I propellenti compositi a base di perclorato di ammonio attualmente utilizzati producono uno scarico contenente una percentuale in massa di ioni cloruro pari a circa il 20%. Tali ioni, una volta in contatto con le molecole d’acqua presenti nell’atmosfera, portano alla formazione di acido cloridrico. Le conseguenze di questo fenomeno sono varie, dall’esaurimento dell’ozono stratosferico alla contaminazione delle acque. Le attuali tendenze della ricerca scientifica mirano a proporre nuovi potenziali propellenti solidi puliti che abbiano un impatto ambientale più sostenibile. Questa tesi implementa uno studio per valutare da un punto di vista teorico e verificare per via sperimentale possibili metodi per ridurre la produzione di acido cloridrico. Il lavoro della presente tesi si sviluppa sulla base di tre pilastri fondamentali: * una analisi teorica volta alla definizione di coefficienti strutturati per valutare contemporaneamente le emissioni di acido e le prestazioni, 
 * l’identificazione di metodi per la misurazione di HCl e l’implementazione di una procedura sperimentale semplice ed efficace, 
 * una campagna sperimentale volta a testare le nuove composizioni. 
La campagna sperimentale è stata interamente condotta nel laboratorio di propulsione spaziale (SPLab) del Politecnico di Milano e ha coinvolto tre diversi propellenti: uno standard di riferimento, uno contenente magnesio e uno contenente nitrato di sodio. Sono stati condotti test sulla velocità di combustione per la caratterizzazione dei propellenti ed è stata sviluppata una linea sperimentale finalizzata al rilevamento e alla quantificazione dell’acido. La nuova linea ha in particolare richiesto la progettazione di un gorgogliatore e di due differenti rompigetto. 
I risultati empirici in merito allo scavenging dell’acido si sono rivelati coerenti con la letteratura. In termini di contributi di questo studio, la qualità della rilevazione dell’acido si è dimostrata dipendente dal contenuto dell’acido stesso. Il metodo sperimentale si è inoltre dimostrato adatto per valutare l’effettivo compiersi dello scavenging. Infine, la tesi propone alcuni possibili sviluppi futuri per ottenere una quantificazione dell’acido più precisa.