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 ${\displaystyle {{a}_{j}}}$ , °C Структурная группа ${\displaystyle {{a}_{j}}}$ , °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 ${\displaystyle {{C}_{0}}}$ ${\displaystyle {{C}_{1}}}$ ${\displaystyle {{C}_{2}}}$ 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 ${\displaystyle {{a}_{j}}}$ , °C Структурная группа ${\displaystyle {{a}_{j}}}$ , °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 ${\displaystyle {{t}_{v}}}$ веществ, молекулы которых содержат структурные группы, представленные в таблице 1, рассчитывается по формуле, °C:

${\displaystyle {{t}_{v}}=-73,14+0,659\cdot {{t}_{k}}+\sum \limits _{j=2}^{q}{{{a}_{j}}{{l}_{j}}},}$

где ${\displaystyle {{t}_{k}}}$ — температура кипения жидкости при 101 кПа, °C;

${\displaystyle {{l}_{j}}}$ — число структурных групп j-го вида в молекуле;

${\displaystyle {{a}_{j}}}$ — 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:

${\displaystyle {{t}_{v}}={{C}_{0}}+{{C}_{1}}\cdot {{t}_{k}}+{{C}_{2}}\cdot \Delta {{H}_{s}},}$

где ${\displaystyle {{C}_{0}}}$ , ${\displaystyle {{C}_{1}}}$ и ${\displaystyle {{C}_{2}}}$ — константы, значения которых приведены в таблице 2; ${\displaystyle {{H}_{s}}}$ — стандартная теплота сгорания вещества, кДж/моль.

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

${\displaystyle {{t}_{v}}={\frac {280}{{{P}_{v}}\cdot {{D}_{0}}\cdot \beta }}-273,}$

где ${\displaystyle {{P}_{v}}}$ — парциальное давление паров горючей жидкости при температуре вспышки, кПа; ${\displaystyle {{D}_{0}}}$ — коэффициент диффузии пара в воздух, см²/с; ${\displaystyle \beta }$ — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Наиболее точно величина ${\displaystyle {{t}_{v}}}$ рассчитывается по линейной зависимости температуры вспышки от температуры кипения , выполняющейся в пределах отдельных классов химических соединений:

${\displaystyle {{t}_{v}}=a+b{{t}_{k}}}$

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 ${\displaystyle {{t}_{vs}}}$ , °C, рассчитывается по формуле:

${\displaystyle \sum \limits _{i=1}^{k}{{x}_{i}}\cdot \exp \left[{\frac {\Delta {{H}_{ii}}}{R\left({{t}_{vi}}+273\right)}}-{\frac {\Delta {{H}_{ii}}}{R\left({{t}_{vs}}+273\right)}}\right]=1,}$

где ${\displaystyle {{x}_{i}}}$ — мольная доля i-го компонента в жидкой фазе; ${\displaystyle \Delta {{H}_{ii}}}$ — i-го компонента, кДж/моль; ${\displaystyle {{t}_{vi}}}$ — температура вспышки i-го компонента, °C; R — универсальная газовая постоянная .

Величина ${\displaystyle \Delta {{H}_{ii}}/R}$ может быть рассчитана по интерполяционной формуле:

${\displaystyle {\frac {\Delta {{H}_{ii}}}{R}}=-2918,6+19,6\left({{t}_{ki}}+273\right),}$

где ${\displaystyle {{t}_{ki}}}$ — температура кипения i-го компонента.

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

${\displaystyle {{t}_{vs}}={{{t}'}_{v}}+\Delta \left[x+\left(m-1\right){{\left({{x}'}\right)}^{m}}\right],}$

где ${\displaystyle {{{t}'}_{v}}}$ — температура вспышки легкокипящего компонента смеси, °C; ${\displaystyle \Delta }$ — гомологическая разность по температуре вспышки в рассматриваемом ряду, °C; ${\displaystyle x}$ — массовая доля высококипящего компонента в жидкой фазе; ${\displaystyle m}$ — разность между числом углеродных атомов компонентов смеси; ${\displaystyle {{x}'}}$ — коэффициент, учитывающий нелинейный характер зависимости ${\displaystyle {{t}_{v}}}$ от ${\displaystyle x}$ : при ${\displaystyle x\geq 0,5}$ ${\displaystyle {x}'=2x-1}$ ; при ${\displaystyle x<0,5}$ ${\displaystyle {x}'=0}$ .

Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле

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

${\displaystyle {{t}_{v}}=-73+0,409\cdot {{t}_{k}}+\sum \limits _{j=2}^{q}{{{a}_{j}}{{l}_{j}}},}$

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

${\displaystyle {{t}_{v}}={\frac {427}{{{P}_{v}}\cdot {{D}_{0}}\cdot \beta }}-273,}$

См. также

• Температура воспламенения
• Температура самовоспламенения

Примечания

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.