李明罡

(遼寧省消防救援總隊(duì) 防火監(jiān)督處，遼寧 沈陽(yáng) 110031)

閃點(diǎn)是指在一定條件下，運(yùn)用某一種火源使液體產(chǎn)生汽化然后著火時(shí)的最低溫度，其對(duì)于可燃、易燃液體的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用都有著十分重要的意義[1-3]。目前，在實(shí)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(guò)混合后的可燃、易燃液體，這些混合后的液體其閃點(diǎn)會(huì)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(lèi)文獻(xiàn)上查到它們對(duì)應(yīng)的閃點(diǎn)，所以這就需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)試來(lái)獲得結(jié)果，但是儀器測(cè)試一般無(wú)法在比較寬的范圍內(nèi)應(yīng)用，所以對(duì)多元混合液體閃點(diǎn)變化規(guī)律的研究就變得更加重要，同時(shí)對(duì)于實(shí)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(duì)乙醇、正丁醇和己醇這三種醇混合液體，利用閉杯儀器測(cè)試出混合液體的閃點(diǎn)，通過(guò)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，總結(jié)出醇類(lèi)液體閃點(diǎn)的變化趨勢(shì)，從而推出部分可燃液體以及混合液體的閃點(diǎn)的變化趨勢(shì)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料。用于多組分可燃液體閃點(diǎn)特性研究的液體化學(xué)品選用乙醇、正丁醇、己醇(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備。閃點(diǎn)測(cè)試選用的實(shí)驗(yàn)儀器為電腦閉口閃點(diǎn)測(cè)定儀(TDB-6A型，中國(guó)吉林市天宇儀器儀表廠(chǎng))。

2 結(jié)果與討論

混合溶液的閃點(diǎn)與各組分液體的閃點(diǎn)有關(guān)，并且隨著各組分配比的變化而變化。觀(guān)察混合液體實(shí)際的閃點(diǎn)變化曲線(xiàn)的趨勢(shì)與特征，總結(jié)出估算經(jīng)驗(yàn)公式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)，該公式如下：

式中，V 表示混合液體中各組分的體積分?jǐn)?shù)；T 表示各組分的閃點(diǎn)，單位為℃；T混表示混合液體的閃點(diǎn)，單位為℃。將混合液體不同的比例及閃點(diǎn)數(shù)值代入公式中，求得閃點(diǎn)的計(jì)算值，然后與實(shí)驗(yàn)值相比較。

圖1 為乙醇與正丁醇混合溶液的閃點(diǎn)隨體積分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)圖。從圖1 可以看出，正丁醇的含量增多，則混合液體的閃點(diǎn)升高，反之，乙醇的含量增多，混合液體的閃點(diǎn)降低。正丁醇的體積分?jǐn)?shù)在60%之前，混合液體的閃點(diǎn)變化不大，有增高的趨勢(shì)，但是不明顯；當(dāng)正丁醇的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到60%以后，混合液體閃點(diǎn)升高變得更加明顯。從圖1 可以看出實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值得變化趨勢(shì)基本相同。

圖1 乙醇與正丁醇混合溶液的閃點(diǎn)隨體積分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)圖

從圖1 可以看出當(dāng)正丁醇的體積分?jǐn)?shù)在0-60%之間，因?yàn)槭莾煞N液體混合，則乙醇的體積分?jǐn)?shù)在100%-40%之間時(shí)，出現(xiàn)了恒閃點(diǎn)現(xiàn)象，在兩種可燃液體混合時(shí)，閃點(diǎn)的變化會(huì)出現(xiàn)恒閃點(diǎn)行為，即為圖中所看到的，在正丁醇的體積分?jǐn)?shù)在0-60%的情況下，混合液體的閃點(diǎn)基本保持在一個(gè)范圍沒(méi)有太大的變化，這種現(xiàn)象就叫做恒閃點(diǎn)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(duì)分子質(zhì)量大小的影響，正丁醇的相對(duì)分子質(zhì)量要大于乙醇的相對(duì)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(shí)候要有很大的范德華力將分子和分子分開(kāi)，所以正丁醇分子間的作用力相對(duì)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(diǎn)在乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%-100%時(shí)幾乎保持平穩(wěn)，并且接近乙醇的閃點(diǎn)。

圖2 是乙醇與己醇混合溶液的閃點(diǎn)隨體積分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)圖。從圖2 可以看出，己醇的含量增多，則混合液體的閃點(diǎn)升高，反之，乙醇的含量增多，混合液體的閃點(diǎn)降低。己醇的體積分?jǐn)?shù)在50%之前，混合液體的閃點(diǎn)變化不大；當(dāng)己醇的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%以后，混合液體閃點(diǎn)升高變得更加明顯。從圖2 可以看出，閃點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值得變化趨勢(shì)基本相同。

圖2 乙醇與己醇混合溶液的閃點(diǎn)隨體積分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)圖

從圖2 可以看出當(dāng)己醇的體積分?jǐn)?shù)在0-50%之間，因?yàn)槭莾煞N液體混合，則乙醇的體積分?jǐn)?shù)在100%-50%之間時(shí)，出現(xiàn)了恒閃點(diǎn)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(duì)分子質(zhì)量大小的影響，己醇的相對(duì)分子質(zhì)量要大于乙醇的相對(duì)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(shí)候要有很大的范德華力將分子和分子分開(kāi)，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(diǎn)在乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%-100%時(shí)幾乎保持平穩(wěn)，并且接近乙醇的閃點(diǎn)。

圖3 正丁醇與己醇混合溶液的閃點(diǎn)隨體積分?jǐn)?shù)變化曲線(xiàn)圖

從圖4 可以看出，三元可燃液體進(jìn)行混合，在乙醇的體積分?jǐn)?shù)不斷增多的過(guò)程中，混合液體的閃點(diǎn)也隨之下降，并且越來(lái)越靠近乙醇的閃點(diǎn)。由前三組的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可以得出，乙醇的相對(duì)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(shí)，即閃點(diǎn)低的液體增多時(shí)，混合液體的閃點(diǎn)也降低。

圖4 乙醇、正丁醇、己醇混合溶液的閃點(diǎn)

此外，無(wú)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(cè)得的閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)值，都呈現(xiàn)出遞減的狀態(tài)，乙醇與己醇混合溶液的閃點(diǎn)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(gè)C，己醇有6 個(gè)C，正丁醇的碳鏈要比己醇的短一些，可見(jiàn)在含有同種官能團(tuán)的情況下，碳鏈越長(zhǎng)則閃點(diǎn)越高，都為醇類(lèi)。由此也可以推出，在醇類(lèi)中，含碳量越高，則閃點(diǎn)也就越高。另外，己醇的相對(duì)分子質(zhì)量為102.18，而正丁醇的相對(duì)分子質(zhì)量為74.12，己醇的相對(duì)分子質(zhì)量大于正丁醇的相對(duì)分子質(zhì)量，有此也可也看出，同類(lèi)物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，則其閃點(diǎn)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。

3 結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)采用乙醇、正丁醇、己醇三種可燃液體按照不同的比例進(jìn)行混合，利用電腦閉口閃點(diǎn)測(cè)試儀測(cè)試純組分以及混合液體的閃點(diǎn)值，通過(guò)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

3.1 當(dāng)兩種醇互相混合時(shí)，混合液體中，閃點(diǎn)高與閃點(diǎn)低的液體相混合，閃點(diǎn)低的液體含量增加則閃點(diǎn)降低；反之，閃點(diǎn)高的液體增加則閃點(diǎn)升高。理論上，混合液體的閃點(diǎn)應(yīng)在這兩種純組分的物質(zhì)的閃點(diǎn)值之間。

3.2 當(dāng)三種醇混合時(shí)，在閃點(diǎn)低的液體不斷增加的過(guò)程中，混合液體的閃點(diǎn)也會(huì)隨之不斷降低，越來(lái)越靠近低閃點(diǎn)的液體；反之，如果高閃點(diǎn)的液體增加，則混合液體的閃點(diǎn)也會(huì)隨著增加。

3.3 在兩種可燃液體混合時(shí)，閃點(diǎn)的變化會(huì)出現(xiàn)恒閃點(diǎn)行為?；旌弦后w中相對(duì)分子質(zhì)量小的物質(zhì)越多，則混合液體的閃點(diǎn)越低；反之，相對(duì)分子質(zhì)量大的物質(zhì)越多，則混合液體的閃點(diǎn)越高。

3.4 閃點(diǎn)的大小也受碳鏈長(zhǎng)短的影響，碳鏈越長(zhǎng)，則液體的閃點(diǎn)越高，含有這樣的組分越多，混合液體的閃點(diǎn)也就越高，反之，碳鏈越短，則液體的閃點(diǎn)越低，含有這樣的組分越多，混合液體的閃點(diǎn)也就越低。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)的醇類(lèi)液體閃點(diǎn)的變化規(guī)律，從而也可以推測(cè)出一部分可燃液體及混合液體的變化規(guī)律，為危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等各個(gè)方面起到了降低火災(zāi)危險(xiǎn)性的作用。