Пожарная опасность бинарных растворителей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ БИНАРНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

А.М. Черепахин, аспирант, Воронежский государственный архитектурно-строительный университет, А.А. Исаев, начальник учебного отдела, А.В. Калач, заместитель начальника института по научной работе,

к.х.н., доцент,

Воронежский институт ГПС МЧС России, О.Б. Рудаков, заведующий кафедрой физики и химии, д.х.н., профессор,

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Изучено влияние состава бинарных смесей, состоящих из воды и органических растворителей, а также смесей гексана и растворителей, используемых в качестве экстрагентов и элюентов в жидкостной экстракции и хроматографии, на температуру их вспышки в открытом тигле. Данные хорошо согласуются с результатами исследований [1-3] и дополняют их. Полученные зависимости для смесей «вода - органический растворитель» адекватно описываются полиномом 3-й степени (табл. 1):

3 2

ТВС.п=а^В +bwВ +cwВ+d (1)

Свободный коэффициент d равен ТВСП модификатора.

Таблица 1.

Эмпирические коэффициенты полиномиального уравнения (1) и степень

2

аппроксимации (Я ) для смесей вода - органический растворитель

Добавка a Ь c d

Ацетонитрил 1х10"4 -0,013 0,57 8,0 0.999

Диоксан 5х10"4 -0,041 1,12 11,0 0.994

Изопропанол 1х10"4 -0,009 0,55 14,0 0.993

Тетрагидрофуран 0 0 0,10 -20,0 0.999

Этанол 3х10"4 -0,033 1,14 13,0 0.996

Для смесей с менее летучим и менее горючим сольвентом, чем тетрагид-рофуран, наблюдается тенденция образования S-образных зависимостей. С увеличением содержания воды до 20% имеет место заметный рост ТВСП, затем вплоть до 40% наблюдается плавное ее возрастание, а то и выход на плато, с последующим более резким возрастанием при wВ>40%.

Для смесей гексан - органический растворитель также характерно нелинейное изменение ТВСП, которое адекватно описывает полином 3-ей степени (табл. 2).

TВСП=аwг+bwг+cwг+d (2)

где wГ - объемная доля гексана в смеси, %.

Свободный коэффициент й также равен ТВСП добавки, кроме смеси гексан - хлороформ. В этом случае речь может идти о Твсп смеси, в которой содержится минимально возможное для вспышки количество горючего компонента смеси - гексана.

Гексан обладает сравнительно высокой горючестью и летучестью. С увеличением его доли в смеси мы наблюдаем зависимости, обратные зависимостям для водно-органических систем. При этом в диапазоне составов 30-100% гексана феноменологическая зависимость ТВСП=Д^Г) слабо откликается на типа растворителя, добавляемого к гексану, что означает, что она лимитируется преимущественно содержанием гексана.

Таблица 2.

Эмпирические коэффициенты полиномиального уравнения (2) и степень

2

аппроксимации (Я ) для смесей гексан - добавочный растворитель

Добавка а ь с Я2

Диоксан -1х10-4 0.024 -1.51 11.0 0.999

Изопропанол -2х10-4 0.029 -1.72 14.0 0.999

Тетрагидрофуран 7х10-6 -0.003 0.24 -20.0 0.974

Хлороформ -1х10-4 0.025 -1.93 32.8 0.999

Этилацетат -6х10-5 0.010 -0.594 -3.1 0.993

На рис. 1 и 2 приведены примеры типичных эмпирических зависимостей (1) и (2), найденных для рассматриваемых смесей.

По всей видимости, это связано с тем, что парциальное давление пара неполярного гексана над раствором, для молекул которого не характерны специфические межмолекулярные взаимодействия, при отрицательных температурах выше, чем для других растворителей. Увеличение доли менее горючего компонента приводит к существенному росту ТВСП при wГ <40%.

Следует отметить, что для системы гексан - тетрагидрофуран зависимость ТВСП=/^Г) проходит через максимум (ТВСП = -15 оС) в области близкой wГ=40 %. Таким образом, смеси гексан - тетрагидрофуран несколько менее пожароопасны, чем исходные индивидуальные компоненты.

Полученные эмпирические зависимости ТВСП от состава бинарных смесей могут быть включены в качестве частных целевых функций в базу данных по свойствам бинарных растворителей для жидкостной хроматографии или жидкостной экстракции и использованы при оптимизации хроматографических методик, в прогнозе пожаровзрывоопасности технических жидкостей на их основе.

Для бинарных смесей вода - органический модификатор и гексан - органический модификатор, могут наблюдаться Б-образные зависимости температуры вспышки от состава смеси.

При объемной доле горючего (или более горючего и более летучего) компонента менее 40% температура вспышки в открытом тигле лимитируется преимущественно содержанием этого компонента.

20

40

w В , % 60

35 30 25 20 15 10

20

40

w В, % 60

30 26 О 22

О

18 14 10

а

Рис. 1. Зависимость температуры вспышки от объемной доли воды в смеси с: а - этанол, б - диоксан

wr, %

20 40 60 80 100

о

-24

а

б

w Г, %

0 50 100

-10 -1 • 1

-12 -

-14 -

о -16 - О

- -18 -

-20 <

-22 --24 - О

б

Рис. 2. Зависимость температуры вспышки от объемной доли гексана в смеси с: а - этилацетат, б - тетрагидрофуран

Полученные эмпирические зависимости температуры вспышки от состава бинарных смесей позволяют прогнозировать величину этого показателя при произвольном изменении состава смеси.

Список использованной литературы:

1. Алексеев С.Г., Барбин Н.М., Алексеев К.С., Орлов С.А. // Пожаров-зрывобезопасность. 2010. №5.

2. Алексеев С.Г., Пищальников А.В., Левковец И.А., Барбин Н.М. // Пожаровзрывобезопасность. 2010. №5.

3. Рудаков О.Б., Калач А.В., Бердникова Н.В. // Пожаровзрывобезопасность. 2011. №1.

0

0

0