四元混合液体闪点的实验研究(doc19).docx

四元混合液体闪点的实验研究摘要本文利用闪点测定仪对酸类混合、悔酮醇类混合、醇懒混合等不同情况下组成的四元混合液体的闪点变化进行了实验研究，推算出了四元混合液体在规定实验条件下闪点随配比变化的经验公式，讨论了公式的实用范围。关键词闪点易燃液体醇类酸类酮类1前言闪点是指在规定的实验条件下，液体（固体）表面能产生闪燃的最低温度，是评价可燃液体的火灾危险性的重要参数，是可燃液体生产厂房及储存、使用场所火灾危险性分类的依据。随着化学工业的不断发展及化工产品的多样化，各种化工产品在国民经济各部门中得到了广泛应用。我国生产的化工产品有数万种,其中85%具有燃烧爆炸危险性。这些易燃可燃物质在生产、运输、储存等各个环节都不同程度地存在着火灾危险性，增添了防火工作的艰巨性。液体化学品的火灾危险性与其闪点、沸点等物理化学性质密切相关，而闪点是决定易燃可燃液体火灾危险性的一项重要因素。闪点在消防工作上有着重要意义：闪点是可燃液体生产、储存场所火灾危险性分类的重要依据，是甲、乙、丙类危险液体分类的依据。可燃液体生产、储存厂房和库房的耐火等级、层数、占地面积、安全疏散、防火间距、防爆设施设置等需要根据闪点来确定；液体储罐、堆场的布置、防火间距，可燃和易燃气体储罐的布置、防火间距，液化石油气储罐的布置、防火间距等也要以闪点为依据。此外闪点还是选择灭火剂和确定灭火强度的依据。对于纯组分易燃可燃液体的闪点，我们可以通过文献查阅很容易获得但是随着化学工业的不断发展及化工产品的多样化，在生产过程中我们常常会遇到不同种易燃可燃液体相互混合的现象。例如：油漆、涂料、化工冶金、精细化工等都大量使用混合有机溶剂。这些场所危险等级要根据混合溶剂的闪点来划分。而混合溶剂的闪点与其组成和配比有关系。因此，很难从文献上查到现成的数据。实验测定是最好的办法，但受仪器的制约。因此研究多元混合液体闪点的变化规律是很重要的。目前"对于二元液体混合物的闪点可通过理论近似计算。但对于三元甚至更多的可燃液体混合后其闪点有什么样的变化规律，目前文献报道的不多。本文通过大量的实验测试，推算出四元可燃液体混和后其闪点经验计算公式。2实验部分21实验目的通过大量的实验测试，研究四元混合液体闪点的变化规律，推算闪点随配比变化的经验计算式。22仪器药品221仪器闪点测试仪，Syp100ib-III,上海石油仪器厂。222药品乙二醇-甲醛；2-乙基丁醇；二乙二醇丁酸；乙二醇丁酸；乙二醇；环乙酮；二乙二醇单甲醛；环己醇；苯甲醇；2-乙基己醇。（以上药品为分析纯）23实验方法将四种可燃液体按规定比例混合均匀进行测试。24测试方法取一定量试样，倒入夫利克兰杯中，使液面与夫利克兰杯内刻度线平齐，将温度计和温度传感器插入液面。打开电原，调整温度传感器位置，使刻度盘上显示温度与温度计位置一致。再按“A”键设定一个预测闪点温度，再按“A”键确定，按键仪器开始自动加热,当温度达到设定温度前27.8度，仪器开始点火，每升高2度重复一次点火试验。当在液面上方观察到一闪即熄的火焰时，仪器刻度盘上显示的即为该试样的闪点。按“捕捉”键捕捉闪点，按“B”键温度被保存，按键结束测试。按“F”键重复测试。测试结束后，提高温度计和温度传感器，取下夫利克兰杯，断电断气，进行冷却。25实验方案设计和数据处理方法251数据处理方法利用Taylor导出的特殊多项式来处理和分析实验数据c,'31。公式：y=b1X1+b2X2+b3X3+b4X4÷b12X1X2+b13XX3+b14X1X4÷b23X2X3+b24X2X4÷b34X3X4+b123X1X2X3+b124X1X2X4+b134X1X3X4+b2342X3X4(1)其中的系数为：b=yb2=y2b3-y3b4-y4b2=4y12-2(y+y2)bn4yi3-2(y1+y3)b4=4y14-2(y+yjb23=4丫23-2(y2+y3)b244y22-2(y2+y1)bs44y34-2(y3+y1)bi2327yi23-12(y12+y13+y23)+3(y1+y2+y3)b124=27y-12(y12+y11+y2J+3(y1+y2+yDb13427yi34-12(y13+y14+y34)+3(y1+y3+y4)b23427y234-12(y23+y24+y34)+3(y2+y3+y)2 52实验方案设计说明根据251的原理要求，需要19个实验样本，组分间的配比如表Io表1四组分液体混合实验方案设计编号XlX2X3X4响应y项目11000Yi20100Y230010Y340001Y451/21/200Y1261/201/20Y1371/2001/2Y14801/21/20Y23901/201/2Y2410001/21/2Y34111/31/31/30Y123121/31/301/3Y124131/301/31/3Y1341401/31/31/3丫234151/41/41/41/4Y1234165/81/81/81/8Y11234171/85/81/81/8Y12234181/81/85/81/8Y12334191/81/81/85/8Y12344253实验步骤按规定总量和配比进行样本配制，然后将样品倒入夫利克兰杯,进行闪点测定。当每组样本测出用于计算公式的前14个值后，即可进行系数计算，导出公式。再由公式求得最后5个样本的计算闪点，设定为预期闪点，点火测定实验闪点。最后将计算闪点与实测闪点进行比较，检验预测模型精度。3结果与讨论3 1混合液体闪点测试及公式推算将醛类、醇酸、醇醒酮按表1规定比例分别混合，配制成66ml混合液体试样，进行闪点测试，其结果如表2、3、4所示。表2四元酸类混和液体闪点编号项目X(ml)X2(ml)X3(ml)X4(ml)响应y(闪点值)()166OOO462O66OO96.23OO66O115.24OOO6673.653333OO65633O33O58.6733OO3358.28033330104.2903303387.21000333381.211222222062.612222202258.213220222264.414022222286.21516.516.516.516.564.21641.258.258.258.2552.2178.2541.258.258.2578.2188.258.2541.258.2582.2198.258.258.2541.2567.8注：x1:乙二醇-甲醛X2:二乙二醇单甲醛X3:二乙二醇丁醛X1:乙二醇丁醴室温：29表3醇酸混合液体闪点编号项目X(ml)X2(ml)X3(ml)X4(ml)响应y(闪点值)()16600068.420660097.4300660115.240006697.2533330079.4633033081.4733003380.28033330104.29033033103.210003333108.211222222084.4122222022104.213220222286.4140222222104.21516.516.516.516.586.41641.258.258.258.2573.4178.2541.258.258.2592.2188.258.2541.258.2596.2198.258.258.2541.2595.2注：x1:环己醇x2:二乙二醇单甲醛X3:二乙二醇丁醴X"苯甲醇室温:28表4醇微混合液体闪点编号项目X(ml)X2(ml)X3(ml)X4(rnl)响应y(闪点值)()16600070.2206600122.830066087.840006673.6533330084.2633033074.2733003376.2803333082.6903303390.21000333386.211222222086.212222202280.413220222272.414022222288.81516.516.516.516.580.21641.258.258.258.2575.4178.2541.258.258.2596.2188.258.2541.258.2584.2198.258.258.2541.2578.4注：X1:环己醇x2:乙二醇X3:2一二基己醇X4:乙二醇丁酸室温:28表5酸醇酮类液体混和闪点编号项目X(ml)X2(ml)X3(ml)X4(ml)响应y(闪点值)()1660004620660056.830066073.640006665.6533330057.6633033058.2733003359.8803333068.4903303370.2100033337011222222064.212222202260.213220222260.814022222265.81516.516.516.516.556.81641.258.258.258.2560.2178.2541.258.258.2560.4188.258.2541.258.2568.4198.258.258.2541.2560.2注：X1：乙二醇-甲醛X2:环己酮X3:乙二醇丁酸x4:2-乙基丁醇室温：32将表2、3、4、5的数据，按照251的方法处理，结果如下页表6o将表6中的数据代入式，分别得到相应的公式：乙二醇-甲醛、二乙二醇单甲醛、二乙二醇丁酸、乙二醇丁酸混合液：y=46x+96.2x22+115.2x3÷73.6i-24.4xl2-88xi3-6.4x14-6x23÷9.2x24-52.8x34-271.2x23-306xi2i÷67.2xi34-88.8x234(2)环己醇、二乙二醇单甲醛、二乙二醇丁酸、苯甲醇混合液：y=68.4x÷97.4x2+115.2x3+97.2x，i-14xi2-41.6x3-10.4x-8.4x23÷23.6x-58.2xi2391.2xi24÷67.8x¼-44.4x234(3)环己醇、乙二醇、2-乙基己醇、乙二醇丁酸混合液:表6几种情况下测得的参数参数混合液bb2b3b4b12b3bl4b23b24b34bl23b24b34b234纯酸类4696.2115.273.6-24.4-889.2-6.09.2-52.8-271.2-30667.2-88.8醇雄类68.497.4115.297.2-14.0-41.623.6-8.423.68.0-58.2-91.2-67.8-44.4纯酸类(2)70.2122.887.873.6-49.2-19.2-32-90.8-3222277.8-36.6-189.6142.2醇酸酮4656.873.665.624.8-6.436.012.836.01.652.2-120.6-58.8-138.6y=70.2x+122.8x2+87.8x3+73.6x4-49.2x219.2x3+17.2xh-90.8x23-32.0x24+22.0x34+277.8xi2336.6xi2，189.6xi34÷142.2x234(3,)乙二醇-甲醛、环己酮、乙二醇丁酸、2-乙基丁醇混合液：y=46x+56.8x2÷73.6x3÷65.6x4+24.8x12-64xi3+16xh÷(4)12.8x23÷36.0x24÷l.6x31+52.2xi23-120.6xi24-58.8xu4-138.6x23432公式验证按照表规定要求配制混合液，实测其闪点，同时将相应的比例代入对应的公式计算，其结果如表7、8、9、10。表7公式(2)的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点62.949.279.183.768.7实测闪点64.252.278.282.267.8差值-1.3-3.00.91.50.9表8公式的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234YI2334Y12344计算闪点87.874.695.982.578.9实测闪点80.275.496.284.278.4差值1.9-0.8-0.3-1.70.5表9公式(3)的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点82.174.695.982.578.9实测闪点80.275.496.284.278.4差值1.9-0.8-0.3-1.70.5由表7、8、9、10可以看出：公式计算闪点值与实测值的最大差值在±5度以内，可以认为公式的计算值比较准确，可以利用相应的公式对实验条件下的混合液体进行闪点估算。表10公式(4)的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点61.655.262.467.264.7实测闪点56.860.260.468.460.2差值4.8-5.02.0-1.24.533经验公式在同类其它醇酸混合液体闪点计算中适用性研究331经验公式用于同类其它醇酸液体闪点计算3311将表4中的最后五项验证值代替表3中的最后五项验证值代入式，估算闪点并与实测值比较，其结果如表11。表11公式(3)的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点87.874.493.499.794.4实测闪点80.275.496.284.278.4差值7.6-0.9-2.815.516.0由表11可得，计算闪点与实测闪点的最大差值达到16度，由此可见，利用式，在非实验对象的其它醇臃混合液体闪点估算中，误差较大，在这种情况下，不可以利用此公式对非实验对象的混合醇酸液体进行闪点估算。3312将表3中的最后五项验证值代替表2中的最后五项验证值，代入式，估算闪点并与实测值比较，其结果如表12。表12公式(3')的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点82.174.695.982.578.9实测闪点86.473.492.296.295.2差值-4.31.23.7-13.7-16.3由表12可得，计算闪点与实测闪点的最大差值为±16.3度，说明公式(3),在非实验对象的其它醇酸混合液体闪点估算中，误差较大，在这种情况下，不可以利用此公式对非实验条件下的混合醇醒液体进行闪点估算。通过对表11和表12的分析、比较，得知经验式在非实验对象的其它醇酸混合液体闪点估算中，误差较大，可能是因为在本实验的条件下仅考虑了混合液体的配比，而与每一组分燃烧性能有关的参数,例如，液体的沸点、液体的比重、分子极性、物质结构、蒸气压等均未考虑。34经验公式在非同类其它酸类混合液体闪点计算中适用性研究341经验公式在非同类其它酸类混合液体和醇酸混和液体闪点中的计算3411将表4中的最后五项验证值代替表2中的最后五项验证值，代入式，估算闪点并与实测值比较，其结果如表13。表13公式(2)的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点62.949.279.183.768.7实测闪点80.275.496.284.278.4差值A-17.3-26.2-17.1-0.5-9.7由表13可得，计算闪点与实测闪点的最大差值达到±26.2度。由此可见，利用(2)式，在非实验对象的其它醇醵混合液体闪点估算中，误差更大，公式对非实验条件下的混合醇酸液体闪点估算不适用。3512将表2中的最后五项验证值代替表4中的最后五项验证值，代入式，估算闪点并与实测值比较，其结果如表14。表14公式(3)的计算值与实测值比较项目Y1234Yl1234Y12234Y12334Y12344计算闪点82.174.695.982.578.9实测闪点64.252.278.282.267.8差值A17.922.417.70.311.1由表14可得，计算闪点与实测闪点的最大差值为±22.4度。说明公式(3)在非实验对象的其它酸类混合液体闪点估算中，误差也很大，此公式不适用。通过对表12和表13的分析、比较，可以看出经验式在非实验对象的其它酸类或醇酸的混合液体闪点估算中，误差更大。4结论41通过实验研究，推算出了四种酸、四种醇酸及醇酸酮混合液体闪点随配比变化的经验计算式：411乙二醇-甲醛、二乙二醇单甲醛、二乙二醇丁醴、乙二醇丁酸混合液：y=46x+96.2x2÷l15.2x3+73.6x4-24.4xi2-88xi3-6.4xi4-6x23÷9.2x24-52.8x34-271.2xi23-306xi24÷67.2x134-88.8x234412四种酸醇混合4121环己醇、二乙二醇单甲醛、二乙二醇丁酸、苯甲醇y=68.4x+97.4x2÷l15.2x3+97.2x4-14x2-41.613-10.4xi4-8.4x23÷23.6x24+8X34-58.2x123-91.2x124-67.8x134-44.4X2344122环己醇、乙二醇、2乙基己醇、乙二醇丁醴y=70.2x+122.8x2+87.8x3+73.6x4-49.2xi2-19.2x3+17.2xi4-90.8x23-32.0x24÷22.0x34÷277.8x123-36.6xi24-189.634÷142.2x234413乙二醇.甲醛、环己酮、乙二醇丁酸、2.乙基丁醇混合液：y=46x+56.8x2÷73.6x3+65.6x4÷24.8xi2-6.4xi3÷16x4÷12.8x23÷36.0x24÷1.6x34÷52.2x23-120.6xi24-58.8xi34-l38.6x234以上四个经验式适用于实验选择对象之间混合液体闪点的估算，其计算值与实际测试值比较接近，误差小。42四个经验式用于同类非实验对象或者非同类非实验对象的混合液体闪点的估算，误差很大。主要因为选用的数学模型仅考虑了混合液体的配比对闪点的影响，而混合物中每一组分的有关燃烧性能参数对混合液体闪点的影响在公式中没有体现，因此，公式用于非试验对象的计算中，误差大。要拓宽公式的适用范围，可能需要将分子结构（如基团的种类、数量等）、其它性能（如沸点、粘度等）参数的影响考虑进去，这有待进一步研究。参考文献：1武利民等编著.现代涂料配方设计.化学工业出版社.北京.20002张承贤等编著.液体化学品技术手册.对外贸易教育出版社.北京.19983涂料工艺编委会编.涂料工艺.化学工业出版社.北京.19974化学工业部科学技术情报研究所编.化工产品手册有机化工原料（上册）.化学工业出版社.北京.1985.25美国防火协会编.施志勇译.化学危险物品资料.群众出版社.北京.19816公安部消防局编.消防全书(第一卷).吉林出版社.19947公安部政治部编.消防燃烧学.中国人民公安大学出版社.北京.19971.8Zum-BruchR.FarbeLacke.1984,90(11):9429AmericanInstituteofChemicalEngineersProcesssaf.Prog.1998.17(2):86-97(Eng)