多組分可燃液體閃點特性研究

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 實驗

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)。

2 結(jié)果與討論

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。

3 結(jié)論

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。