Температура Вспышки

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.

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.

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.

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 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 ${\displaystyle {{a}_{j}}}$ , °C Структурная группа ${\displaystyle {{a}_{j}}}$ , °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 ${\displaystyle {{t}_{v}}}$  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; ${\displaystyle \Delta {{H}_{ii}}}$  — мольная теплота испарения 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:

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

• Температура воспламенения
• Температура самовоспламенения