Interested Article - Температура вспышки

Температура вспышки — наименьшая температура летучего конденсированного вещества, при которой пары над поверхностью вещества способны вспыхивать в воздухе под воздействием источника зажигания, однако устойчивое горение после удаления источника зажигания не возникает. Вспышка — быстрое сгорание смеси паров летучего вещества с воздухом, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Температуру вспышки следует отличать как от температуры воспламенения , при которой горючее вещество способно самостоятельно гореть после прекращения действия источника зажигания, так и от температуры самовоспламенения , при которой для инициирования горения или взрыва не требуется внешний источник зажигания.

По температуре вспышки из горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся . Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з. т.) или 66 °C в открытом тигле (о. т.). Жидкости с температурой вспышки не более 28 °C называют особо опасными .

Для определения температуры вспышки применяются расчётные или экспериментальные методы. Как правило, при отсутствии указания на метод измерения используется метод Пенского — Мартенса.

Механизм

Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров . С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растёт с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения .

Измерение

Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по методу Пенского — Мартенса ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.

Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле.

Расчёт

Температура вспышки индивидуальных веществ в закрытом тигле

Таблица 1
Структурная группа , °C Структурная группа , °C
C − C -2,03 C = O 11,66
C −… C -0,28 C ≡ N 12,13
C − H 1,105 N − H 5,83
C − O 2,47 O − H 23,90
C = C 1,72 C − F 3,33
C − N 14,15 C − S 2,09
C − Cl 15,11 C = S -11,91
C − Br 19,40 H − S 5,64
Si − H 11,00 P − O 3,27
Si − C -4,84 P = O 9,64
Si − Cl 10,07
Таблица 2
Класс соединений
Соединения, состоящие из:
атомов C, H, O, N;
атомов C, H, O, N, Cl

-45,5
-39,6

0,83
0,86

-0,0082
-0,0114
Соединения, содержащие атомы F, Br -57,4 0,79 -0,0147
Элементоорганические соединения,
содержащие атомы S, Si, P, Cl
-45,5 0,83 -0,0082
Таблица 3
Класс веществ a b
Алканы -73,22 0,693
Спирты -41,69 0,652
-21,94 0,533
Карбоновые кислоты -43,57 0,708
-38,42 0,623
Ароматические углеводороды -67,83 0,665
Альдегиды -74,76 0,813
-49,56 0,665
Кетоны -52,69 0,643
Хлоралканы -55,70 0,631
Таблица 4
Структурная группа , °C Структурная группа , °C
C − C 3,63 Si − H -4,58
C −… C 6,482 −SiCl 3 50,49
C = C -4,18 O − H 44,29
C − H 0,35 S − H 10,75
C − O 4,62 P − O 22,23
C = O 25,36 P = O -9,86
C − N -7,03 N − H 18,15
C − S 14,86

Температура вспышки веществ, молекулы которых содержат структурные группы, представленные в таблице 1, рассчитывается по формуле, °C:

где температура кипения жидкости при 101 кПа, °C;

— число структурных групп j-го вида в молекуле;
— эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в таблице 1.

Для органических соединений , молекулы которых состоят из атомов С , Н , О и N , а также для галоидорганических и элементоорганических соединений , содержащих атомы S , Si , P и Cl , температура вспышки может быть рассчитана по формуле:

где , и — константы, значения которых приведены в таблице 2; — стандартная теплота сгорания вещества, кДж/моль.

Если известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температура вспышки, °C, рассчитывается по формуле:

где парциальное давление паров горючей жидкости при температуре вспышки, кПа; — коэффициент диффузии пара в воздух, см²/с; стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Наиболее точно величина рассчитывается по линейной зависимости температуры вспышки от температуры кипения , выполняющейся в пределах отдельных классов химических соединений:

Значения коэффициентов a и b для различных классов органических веществ приведены в таблице 3.

Температура вспышки смесей горючих жидкостей в закрытом тигле

Температура вспышки смесей горючих жидкостей , °C, рассчитывается по формуле:

где мольная доля i-го компонента в жидкой фазе; — i-го компонента, кДж/моль; — температура вспышки i-го компонента, °C; R — универсальная газовая постоянная .

Величина может быть рассчитана по интерполяционной формуле:

где — температура кипения i-го компонента.

Температура вспышки бинарных смесей жидкостей, принадлежащих к одному гомологическому ряду , рассчитывается по формуле:

где — температура вспышки легкокипящего компонента смеси, °C; — гомологическая разность по температуре вспышки в рассматриваемом ряду, °C; — массовая доля высококипящего компонента в жидкой фазе; — разность между числом углеродных атомов компонентов смеси; — коэффициент, учитывающий нелинейный характер зависимости от : при ; при .

Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле

Температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле, используя величины эмпирических коэффициентов из таблицы 4:

Если для исследуемой жидкости известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле:

См. также

Примечания

  1. Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 10 °C.
  2. Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 4 °C.
  3. Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 2 °C.
  4. Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 13 °C.

Литература

  • «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения»
  • Корольченко А. Я.,Корольченко Д. А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Асс. "Пожнаука", 2004. — Ч.I. — 713 с. — ISBN 5-901283-02-3 , УДК (658.345.44+658.345.43)66.
Источник —

Same as Температура вспышки