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 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]

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]

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]

Температура вспышки индивидуальных веществ в закрытом тигле[править]

**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_{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 Δ 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 β} - 273,

^[1]

где $P_{v}$ — парциальное давление паров горючей жидкости при температуре вспышки, кПа; $D_{0}$ — коэффициент диффузии пара в воздух, см²/с; $β$ — 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]

Температура вспышки смесей горючих жидкостей $t_{v s}$ , °C, рассчитывается по формуле:

$\sum_{i = 1}^{k} x_{i} \cdot \exp [\frac{Δ H_{i i}}{R (t_{v i} + 273)} - \frac{Δ H_{i i}}{R (t_{v s} + 273)}] = 1,$ ^[1]

где $x_{i}$ — мольная доля i-го компонента в жидкой фазе; $Δ H_{i i}$ — мольная теплота испарения i-го компонента, кДж/моль; $t_{v i}$ — температура вспышки i-го компонента, °C; R — универсальная газовая постоянная.

Величина $Δ H_{i i} / R$ может быть рассчитана по интерполяционной формуле:

$\frac{Δ H_{i i}}{R} = - 2918, 6 + 19, 6 (t_{k i} + 273),$

где $t_{k i}$ — температура кипения i-го компонента.

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

$t_{v s} = {t^{'}}_{v} + Δ [x + (m - 1) {(x^{'})}^{m}],$ ^[3]

где ${t^{'}}_{v}$ — температура вспышки легкокипящего компонента смеси, °C; $Δ$ — 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 $x \geq 0, 5$ $x' = 2 x - 1$ ; при $x < 0, 5$ $x' = 0$ .

Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле[править]

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

$t_{v} = - 73 + 0, 409 \cdot t_{k} + \sum_{j = 2}^{q} a_{j} l_{j},$ ^[1]

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

$t_{v} = \frac{427}{P_{v} \cdot D_{0} \cdot β} - 273,$ ^[4]

См. также[править]

Примечания[править]

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 10 °C.
↑ Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 4 °C.
↑ Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 2 °C.
↑ Средняя квадратическая погрешность расчёта по формуле составляет 13 °C.

Литература[править]

же, что {{{1}}}7&idто же, что {{{1}}}139377 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.

[погрешность10-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 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.

[1]

[2]

[3]

[4]