CC BY
64
БЕЗОПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
УДК 614.8
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОЖАРООПАСНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕСКРИПТОРОВ Д. С. Королев
Предложен метод прогнозирования пожароопасных свойств веществ и материалов, обеспечивающий получение данных о веществе без проведения сложного эксперимента и больших финансовых затрат. Приведены результаты более ранних экспериментов с ароматическими сложными эфирами.
Ключевые слова: прогнозирование свойств, алкидные смолы, дескриптор, синтез, пожароопасные свойства, ароматические сложные эфиры.
Введение. Количество известных органических соединений давно превысило 20 млн [1] и увеличивается каждый год на 250—300 тыс., поэтому прогнозирование свойств полученных веществ — задача трудоемкая, требующая проведение обширных экспериментов и соответствующих экономических затрат.
Одними из таких веществ являются высокомолекулярные химические соединения, к которым, в частности, относятся синтетические смолы. На рис. 1 представлена диаграмма с многообразием смол.
Смолы получаются различными способами и применяются в различных отраслях промышленности. Например, для склеивания деревянных строительных конструкций и деталей применяют карба-мидоформальдегидные типа КФС, фенолоформаль-дегидные смолы типа СФЖ-3014 и др. Стоит отметить, что данные типы синтетических смол схожи по своим структурам, но получаются при различных условиях.
Королев Денис Сергеевич, преп. кафедры пожарной безопасности технологических процессов, Воронежский институт ГПС МЧС России;
Россия, г. Воронеж, e-mail: [email protected]
© Королев Д. С., 2014
Синтетические смолы
л
11 - алкидные смолы
12 - карбамидоформалъдегндные смолы I 3 - фенолоформальдегидые смолы
14 - полиэфирные смолы I 5 - эпоксидные смолы | 6 - акриловые смолы I 7 - мочевинно-формальдегидные смолы
8 - мочевинно-меланиновые
9 - мочевинные
10 другие
Рис. 1. Виды синтетических смол
СЖР-3014 получают в результате поликонденсации фенола и формальдегида в присутствии гидроксид натрия при нагревании; КФС получается при взаимодействии карбамида с формальдегидом при температуре 80—90 градусов, при этом скорость нагрева должна составлять около 1 °/мин.
Синтез синтетических смол относится к потенциально опасным производствам. Возникновение аварийной ситуации на предприятиях может быть связано с различными опасностями: отравлением, взрывом, механическим разрушением оборудования или аппаратуры, выбросом реакционной массы, технологическим браком.
Согласно статистике пожаров, на производственных предприятий произошло около 2 595 пожаров, прямой материальный ущерб составил 1 730 748 000 рублей; в частности, только на химически опасных объектах Российской Федерации ежегодно происходит 80—100 аварий с выбросом АХОВ в окружающую среду.
Основными причинами возникновения аварий являются:
- износ аппаратов (как известно, средний возраст российских предприятий нефтехимии составляет более 60 лет [2]);
- несоблюдение требований пожарной безопасности.
Следовательно, все смолы, получаемые при помощи синтеза, обладают различными свойствами, а одним из потенциальных источников риска здоровью населения в отношении неучтенной химической опасности могут быть новые технологии.
В настоящее время экспериментально изучены пожароопасные свойства большого количества веществ. Наглядное изображение сложившейся проблемы и ее решение представлены на рис. 2.
Целью данного научного исследования является обоснование и разработка способа прогнозирования пожароопасных свойств синтетических смол с использованием дескрипторов.
Прогнозирование пожароопасных свойств синтетических смол с использованием дескрипторов. Существует методика, при помощи которой определяется температура вспышки различных веществ. Данный метод подразумевает проведение ряда подготовительных этапов, таких как подготовка аппаратуры, реактивов и материалов, подготовка образца и приборов, проведение самого испытания и затем уже обработка полученных результатов [3].
Если говорить более подробно об этапе испытания, то испытуемый образец помещают в тигл, начинают нагревать, перемешивать, измерять и т. д., что требует большого количества внимания, сил.
Поскольку синтез синтетических смол, как правило, предполагает точное представление о химическом строении обращающихся в производстве индивидуальных жидких веществ, в данной работе предложен способ расчета температуры вспышки
исключительно на основе сведений о химическом строении молекул таких веществ.
Проблема прогнозирования свойств веществ
У
РЕШЕНИЕ: разработка метода, позволяющего прогнозировать пожароопасные свойства вещества без сложного эксперимента
I
- упрощение метода прогнозирования;
- определение температуры вспышки вещества;
- определение нижнего концентрационного предела распространения пламени;
- минимальная энергия зажигания;
- определение категорий помещения для синтетических смол;
- разработка комплекса мер по обеспечению пожаровзрыво-безопасности
Рис. 2. Наглядное изображение проблемы
Метод прогнозирования температуры вспышки некоторых синтетических смол осуществляется только на основе сведений о дескрипторах для составляющих эти смолы молекул. Такой подход ранее использован в работе [4] для определения температуры вспышки представителей гомологического ряда предельных альдегидов и алкилацетатов.
Дескрипторы — это финальный результат логических и математических процедур, которые
трансформируют химическую информацию, закодированную в рамках символического представления молекулы, в полезное число или результат какого-либо стандартизированного эксперимента. Важнейшим элементом метода, использующего дескрипторы, является описание структуры химических соединений [5].
Молекулярная структура определяется тремя элементами [5]:
- конституцией, т. е. подразумевает определенный порядок и последовательность связывания атомов;
- конфигурацией, т. е. отражает трехмерное расположение атомов;
Рассматривая результаты, приведенные в таблице и полученные ранее при прогнозировании температуры вспышки ароматических сложных эфиров, можно сделать вывод о целесообразности применения данного метода в прогнозировании.
Заключение. Разработка способа прогнозирования пожароопасных свойств синтетических смол с использованием дескрипторов позволит избежать таких проблем, как технические трудности, сложности в измерениях, неточности в исходных данных, так как некоторые вещества могут содержать примеси, а также позволит защитить здоровье человека при использовании токсичных материалов.
Определение температуры вспышки позволит отчасти предполагать, к какой категории по взрывопожарной и пожарной опасности будет относиться то или иное помещение.
Библиографический список
1. Кара-Мурза, Г. Химическая энциклопедия / Г. Кара-Мурза, Т. А. Айзатулин. — М.: Химлит, 2007. — 585с.
2. Поликарпов, В. В. Повышение эффективности нефтехимических и производств за счет внедрения технологии по герметизации утечек под давлением [Электронный ресурс] / В. В. Поликарпов // Агентство стратегических инициатив. — (http://www.asi.ru/upload_ docs/Ustranenie_protechek_03-2013.pdf). — (02.09.2013).
3. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — Взамен ГОСТ 12.1.044-84, введ. 01.01.91. — М: Изд-во стандартов, 1991. — 120 с.
4. Калач, А. В. Особенности прогнозирования пожароопасных свойств органических веществ с примене-
- конформацией, т. е. представляет термодинамическое стабильное положение валентно несвязанных атомов по отношению друг к другу.
При компьютерной обработке каждый из указанных трех элементов молекулярной структуры в настоящее время описывают с помощью целевой совокупности дескрипторов, которые коррелируют друг с другом.
В таблице приведены результаты прогнозирования, сведения об экспериментальных значениях заимствованы из справочников [6, 7].
Таблица
При определении минимальной энергии зажигания, зная температуру вспышки, можно анализировать электрооборудование, которое планируется использовать в конкретном помещении, и это оборудование не будет потенциальным источником зажигания
Зная свойства вещества, можно проектировать подходящую к требованиям пожарной безопасности систему отопления.
Сведения, полученные о веществе в ходе прогнозирования, позволят снизить вероятность возникновения пожаров и взрывов на предприятиях (на предприятиях люди часто не обращают должного внимания на состояние тары, площадок и т. д.), а это снизит вероятность поражения человека опасными факторами пожара и величину пожарного риска.
References
1. Kara-Murza, G. Ximicheskaya e'nciklopediya / G. Kara-Murza, T. A. Ajzatulin. — M.: Ximlit, 2QQ7. — 585s.
2. Polikarpov, V. V. Povyshenie e'ffektivnosti nefteximicheskix i proizvodstv za schet vnedreniya texnologii po germetizacii utechek pod davleniem [E'lektronnyj resurs] / V. V. Polikarpov // Agentstvo strategicheskix iniciativ. — (http://www.asi.ru/upload_docs/Ustranenie_protechek_Q3-2Q13. pdf). — (Q2.Q9.2Q13).
3. GOST 12.1.044-89. Pozharovzryvoopasnost' veshhestv i materialov. Nomenklatura pokazatelej i metody ix opredeleniya. — Vzamen GOST 12.1.Q44-84, vved. Q1.Q1.91. — M: Izd-vo standartov, 1991. — 12Q s.
4. Kalach, A. V. Osobennosti prognozirovaniya pozharoopasnyx svojstv organicheskix veshhestv s primene-
Вещество Расчетная температура, °С Справочная температура, °С Погрешность, %
Этилбензоат 8Q 93 13
Лмилсалицилат 138 132 6
Изобутилбензоат 1Q9 99 1Q
Бензилсалицилат 177 167 1Q
Этилбензоилацетат 124 146 22
Этилбензоилбензоат 178 188 1Q
нением дескрипторов / А. В. Калач, Т. В. Карташова, Ю. Н. Сорокина, М. В. Облиенко // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. — 2012. — № 1. — С. 20—22.
5. Раевский, О. А. Свойства химических соединений и лекарств как функции их структуры / О. А. Раевский. - М., 2013. — 353 с.
6. Корольченко, А. Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: справ.: в 2 ч.
Ч. 1 / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Пожнаука, 2004. — 713 с.
7. Корольченко, А. Я. Пожаровзрывоопас-ность веществ и материалов и средства их тушения: справ.: в 2 ч. Ч. 2. / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольчен-ко. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Пожнаука, 2004. — 774 с.
niem deskriptorov / A. V. Kalach, T. V. Kartashova, Yu. N. Sorokina, M. V. Oblienko // Vestnik Voronezhskogo instituta GPS MChS Rossii. — 2012. — № 1. — S. 20—22.
5. Raevskij, O. A. Svojstva ximicheskix soedinenij i lekarstv kak funkcii ix struktury / O. A. Raevskij. — M., 2013. — 353 s.
6. Korol'chenko, A. Ya. Pozharovzryvoopasnost' veshhestv i materialov i sredstva ix tusheniya: sprav.: v 2 ch. Ch. 1 / A. Ya. Korol'chenko, D. A. Korol'chenko. — 2-e izd., pererab. i dop. — M.: Pozhnauka, 2004. — 713 s.
7. Korol'chenko, A. Ya. Pozharovzryvoopasnost' veshhestv i materialov i sredstva ix tusheniya: sprav.: v 2 ch. Ch. 2. / A. Ya. Korol'chenko, D. A. Korol'chenko. — 2-e izd., pererab. i dop. — M.: Pozhnauka, 2004. — 774 s.
PREDICTION OF FIRE-DANGEROUS PROPERTIES OF SUBSTANCES USING DESCRIPTORS
Korolev D. S.,
Lecturer,
Voronezh Institute of State Fire Service of EMERCOM of Russia;
Russia, Voronezh, tel.: (473)236-33-05, e-mail: [email protected]
A complex approach to solving the problem of predicting the properties offlammable synthetic resins. This method avoids complex experiment and expedite the receipt of data on the substance. Knowing the properties of substances can ensure the preservation of human life and property through the use of a particular set of events.
Keywords: forecasting properties, alkyd resins, descriptor, synthesis, flammable properties, aromatic esters.
КНИЖНЫЕ НОВИНКИ
Теоретические основы проектирования интегрированных комплексов пожарной безопасности: учеб. пособие / А. В. Калач [и др.]. — Воронеж: ВИ ГПС МЧС России, 2012. — 193 с.
Авторский коллектив: А. В. Калач, С. Н. Хаустов,
С. В. Ефимов, В. В. Дроненко,
Н. Д. Лапин, А. Ю. Хроменко
Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями ФГОС ВПО подготовки инженеров по направлению 280705 — «Пожарная безопасность».
В удобной форме рассматривается современная концепция по-стронеия систем сигнализации. Изложены основные принципы построения интегрированного комплекса безопасности, его состав, назначение, технические и эксплуатационные характеристики, рассмотрены основы технической эксплуатации.
