Температура вспышки

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

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 группы 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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Температура вспышки индивидуальных веществ в закрытом тигле[править | править вики-текст]

Таблица 1
Структурная группа {{a}_{j}}, °C Структурная группа {{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 {{C}_{0}} {{C}_{1}} {{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
Алкиланилины -21,94 0,533
Карбоновые кислоты -43,57 0,708
Алкилфенолы -38,42 0,623
Ароматические углеводороды -67,83 0,665
Альдегиды -74,76 0,813
Бромалканы -49,56 0,665
Кетоны -52,69 0,643
Хлоралканы -55,70 0,631
Таблица 4
Структурная группа {{a}_{j}}, °C Структурная группа {{a}_{j}}, °C
C − C 3,63 Si − H -4,58
C −… C 6,482 −SiCl3 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 {{t}_{v}} веществ, молекулы которых содержат структурные группы, представленные в таблице 1, рассчитывается по формуле, °C:

{{t}_{v}}=-73,14+0,659\cdot {{t}_{k}}+\sum\limits_{j=2}^{q}{{{a}_{j}}{{l}_{j}}},[1]

где {{t}_{k}} — температура кипения жидкости при 101 кПа, °C; {{l}_{j}} — число структурных групп j-го вида в молекуле; {{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:

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

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

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

{{t}_{v}}=\frac{280}{{{P}_{v}}\cdot {{D}_{0}}\cdot \beta }-273,[1]

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

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

{{t}_{v}}=a+b{{t}_{k}}[2]

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

Температура вспышки смесей горючих жидкостей в закрытом тигле[править | править вики-текст]

Температура вспышки смесей горючих жидкостей {{t}_{vs}}, °C, рассчитывается по формуле:

\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,[1]

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

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

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

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

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

{{t}_{vs}}={{{t}'}_{v}}+\Delta \left[ x+\left( m-1 \right){{\left( {{x}'} \right)}^{m}} \right],[3]

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

Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле[править | править вики-текст]

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

{{t}_{v}}=-73+0,409\cdot {{t}_{k}}+\sum\limits_{j=2}^{q}{{{a}_{j}}{{l}_{j}}},[1]

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

{{t}_{v}}=\frac{427}{{{P}_{v}}\cdot {{D}_{0}}\cdot \beta }-273,[4]

Температура вспышки и связанные с ней параметры некоторых веществ[править | править вики-текст]

Вещество Темп. кипения Темп. вспышки Темп. самовоспламенения Пределы взрываемости
°C °C °C Мин. об.-% Макс. об.-%
Водород −253 465 4 77
Метан −162 -186 595 4,4 16,5
Ацетилен −84 -119 305 2,3 82
Пропан −42 −96 470 1,7 10,9
Бутан 0 −69 365 1,4 9,3
Ацетальдегид +20 −30 155 4 57
n-Пентан +36 −35 285 1,4 8,0
Диэтиловый эфир +36 −40 170 1,7 36
Сероуглерод +46 −30 102 1,0 60
Ацетон +56 −18 540 2,1 13
Метанол +65 +11 455 5,5 37
n-Гексан +69 −22 240 1,0 8,1
Этанол +78 +13 425 3,5 15
Изопропиловый спирт +82 +12 425 2 12
n-Гептан +98 −4 215 1,0 7
Изооктан, 2,2,4-Триметилпентан +99 −12 410 1,0 6
n-Октан +126 +12 210 0,8 6,5
Бензин 30-200 < −20 200-410 0,6 8
Дизельное топливо 150-390 > +55 ок. 220 0,6 6,5

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 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[править | править вики-текст]

  • ГОСТ 12.1.044—89 (ИСО 4589—84) «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

См. также[править | править вики-текст]