李明罡
(遼寧省消防救援總隊 防火監(jiān)督處,遼寧 沈陽 110031)
閃點是指在一定條件下,運用某一種火源使液體產(chǎn)生汽化然后著火時的最低溫度,其對于可燃、易燃液體的生產(chǎn)、儲存、運輸和使用都有著十分重要的意義[1-3]。目前,在實際的生產(chǎn)和生活中,許許多多不同行業(yè)經(jīng)常使用的可燃、易燃液體大多都是經(jīng)過混合后的可燃、易燃液體,這些混合后的液體其閃點會隨著它們的組成和配比的不同而不斷發(fā)生變化,這樣便導(dǎo)致我們很難從各類文獻上查到它們對應(yīng)的閃點,所以這就需要通過實驗儀器測試來獲得結(jié)果,但是儀器測試一般無法在比較寬的范圍內(nèi)應(yīng)用,所以對多元混合液體閃點變化規(guī)律的研究就變得更加重要,同時對于實際生產(chǎn)和生活也有著十分重要的意義[4-7]。目前的工作主要針對乙醇、正丁醇和己醇這三種醇混合液體,利用閉杯儀器測試出混合液體的閃點,通過觀察實驗現(xiàn)象以及實驗數(shù)據(jù)結(jié)果,總結(jié)出醇類液體閃點的變化趨勢,從而推出部分可燃液體以及混合液體的閃點的變化趨勢。
1.1 實驗材料。用于多組分可燃液體閃點特性研究的液體化學(xué)品選用乙醇、正丁醇、己醇(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)。
1.2 實驗設(shè)備。閃點測試選用的實驗儀器為電腦閉口閃點測定儀(TDB-6A型,中國吉林市天宇儀器儀表廠)。
混合溶液的閃點與各組分液體的閃點有關(guān),并且隨著各組分配比的變化而變化。觀察混合液體實際的閃點變化曲線的趨勢與特征,總結(jié)出估算經(jīng)驗公式。通過實驗驗證該公式適用于二、三、四元混合液體以及其他混合液體的閃點計,該公式如下:
式中,V 表示混合液體中各組分的體積分數(shù);T 表示各組分的閃點,單位為℃;T混表示混合液體的閃點,單位為℃。將混合液體不同的比例及閃點數(shù)值代入公式中,求得閃點的計算值,然后與實驗值相比較。
圖1 為乙醇與正丁醇混合溶液的閃點隨體積分數(shù)變化曲線圖。從圖1 可以看出,正丁醇的含量增多,則混合液體的閃點升高,反之,乙醇的含量增多,混合液體的閃點降低。正丁醇的體積分數(shù)在60%之前,混合液體的閃點變化不大,有增高的趨勢,但是不明顯;當(dāng)正丁醇的體積分數(shù)達到60%以后,混合液體閃點升高變得更加明顯。從圖1 可以看出實驗值與計算值得變化趨勢基本相同。
圖1 乙醇與正丁醇混合溶液的閃點隨體積分數(shù)變化曲線圖
從圖1 可以看出當(dāng)正丁醇的體積分數(shù)在0-60%之間,因為是兩種液體混合,則乙醇的體積分數(shù)在100%-40%之間時,出現(xiàn)了恒閃點現(xiàn)象,在兩種可燃液體混合時,閃點的變化會出現(xiàn)恒閃點行為,即為圖中所看到的,在正丁醇的體積分數(shù)在0-60%的情況下,混合液體的閃點基本保持在一個范圍沒有太大的變化,這種現(xiàn)象就叫做恒閃點現(xiàn)象。乙醇與正丁醇它們之間都有范德華力和氫鍵,由于乙醇分子與乙醇分子、乙醇分子與正丁醇分子、正丁醇分子與正丁醇分子之間都存在氫鍵,所以不考慮氫鍵作用力大小的影響;而范德華力受分子的相對分子質(zhì)量大小的影響,正丁醇的相對分子質(zhì)量要大于乙醇的相對分子質(zhì)量,分子間的作用力越小就越容易蒸發(fā),所以乙醇更容易蒸發(fā),在形成蒸汽的時候要有很大的范德華力將分子和分子分開,所以正丁醇分子間的作用力相對要大,混合液體中乙醇更加容易汽化,從而導(dǎo)致乙醇蒸汽的比例大,最終使得混合液體的閃點在乙醇體積分數(shù)為40%-100%時幾乎保持平穩(wěn),并且接近乙醇的閃點。
圖2 是乙醇與己醇混合溶液的閃點隨體積分數(shù)變化曲線圖。從圖2 可以看出,己醇的含量增多,則混合液體的閃點升高,反之,乙醇的含量增多,混合液體的閃點降低。己醇的體積分數(shù)在50%之前,混合液體的閃點變化不大;當(dāng)己醇的體積分數(shù)達到50%以后,混合液體閃點升高變得更加明顯。從圖2 可以看出,閃點的實驗值與計算值得變化趨勢基本相同。
圖2 乙醇與己醇混合溶液的閃點隨體積分數(shù)變化曲線圖
從圖2 可以看出當(dāng)己醇的體積分數(shù)在0-50%之間,因為是兩種液體混合,則乙醇的體積分數(shù)在100%-50%之間時,出現(xiàn)了恒閃點現(xiàn)象。乙醇與己醇它們之間都有范德華力和氫鍵,由于乙醇分子與乙醇分子、乙醇分子與己醇分子、己醇分子與己醇分子之間都存在氫鍵,所以不考慮氫鍵的作用力大小的影響,而范德華力受分子的相對分子質(zhì)量大小的影響,己醇的相對分子質(zhì)量要大于乙醇的相對分子質(zhì)量,分子間的作用力越小就越容易蒸發(fā),所以乙醇更容易蒸發(fā),在形成蒸汽的時候要有很大的范德華力將分子和分子分開,所混合液體中乙醇更加容易汽化,從而導(dǎo)致乙醇的蒸汽比例大,最終使得混合液體的閃點在乙醇體積分數(shù)為50%-100%時幾乎保持平穩(wěn),并且接近乙醇的閃點。
圖3 正丁醇與己醇混合溶液的閃點隨體積分數(shù)變化曲線圖
從圖4 可以看出,三元可燃液體進行混合,在乙醇的體積分數(shù)不斷增多的過程中,混合液體的閃點也隨之下降,并且越來越靠近乙醇的閃點。由前三組的實驗經(jīng)驗總結(jié)可以得出,乙醇的相對分子質(zhì)量最小,則分子間的范德華力就越小,所以當(dāng)混合液體中乙醇增多時,即閃點低的液體增多時,混合液體的閃點也降低。
圖4 乙醇、正丁醇、己醇混合溶液的閃點
此外,無論是乙醇與正丁醇的混合溶液還是乙醇與己醇的混合溶液,最后測得的閃點實驗值,都呈現(xiàn)出遞減的狀態(tài),乙醇與己醇混合溶液的閃點下降得要快一些,乙醇為兩種溶液的公共液體,兩種溶液中不同的是正丁醇與己醇,正丁醇與己醇的結(jié)構(gòu)式分別為:CH3-CH2-CH2-CH2-OH,CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH;兩者都含有羥基,正丁醇有4 個C,己醇有6 個C,正丁醇的碳鏈要比己醇的短一些,可見在含有同種官能團的情況下,碳鏈越長則閃點越高,都為醇類。由此也可以推出,在醇類中,含碳量越高,則閃點也就越高。另外,己醇的相對分子質(zhì)量為102.18,而正丁醇的相對分子質(zhì)量為74.12,己醇的相對分子質(zhì)量大于正丁醇的相對分子質(zhì)量,有此也可也看出,同類物質(zhì),相對分子質(zhì)量越大,則其閃點也就越高。相同的規(guī)律也同樣適用于三種樣品的其他混合液。
本次實驗通過采用乙醇、正丁醇、己醇三種可燃液體按照不同的比例進行混合,利用電腦閉口閃點測試儀測試純組分以及混合液體的閃點值,通過觀察實驗結(jié)果得出實驗結(jié)論。
3.1 當(dāng)兩種醇互相混合時,混合液體中,閃點高與閃點低的液體相混合,閃點低的液體含量增加則閃點降低;反之,閃點高的液體增加則閃點升高。理論上,混合液體的閃點應(yīng)在這兩種純組分的物質(zhì)的閃點值之間。
3.2 當(dāng)三種醇混合時,在閃點低的液體不斷增加的過程中,混合液體的閃點也會隨之不斷降低,越來越靠近低閃點的液體;反之,如果高閃點的液體增加,則混合液體的閃點也會隨著增加。
3.3 在兩種可燃液體混合時,閃點的變化會出現(xiàn)恒閃點行為?;旌弦后w中相對分子質(zhì)量小的物質(zhì)越多,則混合液體的閃點越低;反之,相對分子質(zhì)量大的物質(zhì)越多,則混合液體的閃點越高。
3.4 閃點的大小也受碳鏈長短的影響,碳鏈越長,則液體的閃點越高,含有這樣的組分越多,混合液體的閃點也就越高,反之,碳鏈越短,則液體的閃點越低,含有這樣的組分越多,混合液體的閃點也就越低。
通過實驗研究發(fā)現(xiàn)的醇類液體閃點的變化規(guī)律,從而也可以推測出一部分可燃液體及混合液體的變化規(guī)律,為危險化學(xué)品的生產(chǎn)、運輸、儲存、使用等各個方面起到了降低火災(zāi)危險性的作用。