CC BY
35
УДК 614.838.12
А.Я. Васин, Г.Г. Гаджиев*, Л.К. Маринина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1 * e-mail:garun_jan@mail.ru
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ И ГРУПП НА ВЗРЫВООПАСНОСТЬ ПЫЛЕЙ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ
Выполненанализ литературных данных по влиянию галогенов (И, Br), групп -SO3Na и -SO3Н, а также гидрохлорида на величину НКПР органических соединений. Экспериментально определены значения НКПР для 6 новых лекарственных препаратов и их полупродуктов, в структуре которых присутствует И, группа -SO3Na и гидрохлорид. Дана интерпритация полученных результатов с точки зрения влияния химического строения на взрывоопасность органических пылей.
Ключевые слова:пожаровзрывоопасность, органические пыли, пределы распространения пламени, ингибирование, галогены, лекарственные препараты.
С каждым годом увеличивается число новых веществ, выпускаемых химической и смежными отраслями промышленности. Часто на производстве используются органические порошкообразные материалы. Их синтез и термомеханическая обработка потенциально пожаровзрывоопасны. Термомеханические воздействия на стадиях сушки и дробления, и как следствие, пыление веществ, способствуют образованию взрывоопасных пылевоздушных смесей.
Знание пожаровзрывоопасных свойств веществ является основой инженерных методов обеспечения безопасности зданий и сооружений, технологических процессов и оборудования, безопасности людей.
Нижний концентрационный предел
распространения пламени (НКПР) является одним из основных показателей пожаровзрывоопасности органических пылей. Испытания пылей начинают именно с этого показателя пожаровзрывоопасности. Если пылевоздушная смесь (ПВС) оказалась взрывоопасной, тогда для нее определяют и другие показатели, такие как максимальное давление взрыва, максимальная скорость нарастания давления взрыва, минимальное взрывоопасное содержание кислорода и минимальная энергия зажигания. Известные расчетные методы определения НКПР предназначены для органических соединений с общей эмпирической формулой СаНвОс № .
В руководстве [1] предлагается зависимость значений НКПР от теплоты сгорания для веществ с эмпирической формулой СаНьОсСЫ^ в виде уравнения:
НКПР = 8105/(- АНсг.)
В работе [2, 3] показано, что расчетная формула дает хорошее совпадение с экспериментом для органических соединений с простым химическим строением с эмпирической формулой СаНвNcОd с количеством углеродных атомов не более 15 и с небольшим содержанием азота и кислорода. При этом величина НКПР находится в интервале (10 - 50) г/м3 .
На практике, в химической и смежных отраслях промышленности используется большое количество твердых органических соединений с такими
функциональными заместителями, как С1, Вг, группами
^03 №, -^03Н и другими, способными оказывать ингибирующее или флегматизирующее действие на процесс горения вещества [4, 5].
В целях изучения и подтверждения участия групп в процессе ингибирования, а также нахождения предела ингибирования процессов горения в работе [6] были исследованы 16 органических соединений, содержащих в своей структуре сульфогруппы. Результаты испытаний аэровзвесей этих веществ на взрывоопасность показали, что предел ингибирования групп находящихся в структуре вещества с общей формулой CаНb0cNdSnNak составляет около 20 % от молекулярной массы вещества.
Анализ литературных данных по воспламеняемости аэровзвесей ароматических сульфокислот показывает, что группа ^0зН оказывает значительно меньшее воздействие на горение аэровзвесей сложных органических веществ, по сравнению с группой Для того, чтобы
аэровзвесь вещества стала негорючей, требуется присутствие в структуре вещества около 40 % групп -S0зН или 20 % групп
В работе [7] определено влияние галогенов (С1, Вг) и гидрохлоридов на взрывоопасность аэровзвесей. Для установления влияния хлора были отобраны 79 вещества с эмперической формулой СаНь0с^С1п и с содержанием основного вещества 95-99 %. Многие из этих веществ являются ароматическими соединениями. При этом наблюдается общая тенденция увеличения значений НКПР при увеличении содержания хлора в структуре вещества. Следует отметить, что максимальное содержание хлора у веществ, которые дают воспламенение, составляет 28,5 %. При содержании хлора в структуре вещества более 30 % массовых, аэровзвесь становится пожаровзрывобезопасной. Однако некоторые вещества не воспламеняются и при более низком содержании хлора (23, 1 %).
Гидрохлорид входит в состав многих лекарственных препаратов для улучшения их
растворимости в воде. При термическом разложении таких веществ в первую очередь происходит отрыв HCl с образованием хлористого водорода, который является достаточно прочной молекулой и обладает преимущественно свойствами теплового
флегматизатора. Поэтому вещества с гидрохлоридом должны быть наименее эффективны с точки зрения замедления реакций горения, чем с хлором, что подтверждается экспериментально. Обнаружены вещества, которые воспламеняются при содержании гидрохлорида более 40 % масс.
Для оценки влияния брома на значение НКПР было отобрано 11 веществ. Результаты исследования показывают, что при содержании брома в составе вещества более 25 % масс.,аэровзвесь становится пожаровзрывобезопасной.
Таблица.
Выполненные исследования показали, что группа -SO3Na в структуре вещества обладает наиболее сильным ингибирующим действием на процесс горения аэровзвесей. Ингибирующая эффективность изученных функциональных заместителей и групп на процесс горения пылей повышается в следующей последовательности: HCl ~ -SO3H <Cl< Вг< -SO3Na.
В течение нескольких последних лет на кафедре техносферной безопасности исследовались пожаровзрывоопасные свойства некоторых лекарственных препаратов и их полупродуктов, в структуре которых присутствуют разные галогены и группы -SO3Na. Названия веществ, их эмпирическая формула и пожаровзрывоопасные свойства приведены в таблице.
ожаровзрывоопасные свойства лекарственных препаратов
№ Название и эмперическая формула Содержание заместителя, % масс. НКПР, г/м3
1 Хлорамбуцил, С14 Н19 Сl2NO2 Cl - 23,35 80
2 4 хлор -^2-морфолиноэтил) бензамид, С13 Н17 aN2Oз Cl - 12,5 102
3 4-(2-хлорэтил) морфолина гидрохлорид, С16 Н12 аш-На (Cl + HCl) -23,3 76
4 Афобазол, С15 Нl2NзO2•2Нa HCl - 19,7 89
5 Фталосенс, смесь средних натриевых солей ди-, три- и тетрасульфофталоцианина со средней степенью сульфирования « 2,5. (С64 НзlNl6Ol5S5 N5)0,5 -SO3N - 33,5 До 500 - нет
6 Тетра-3-фенилтиофталоцианин алюминия гидроксид, С56 Н33 АlN8OS4 нет 169
Данные таблицы показывают, что присутствие О и гидрохлорида в структуре вещества (образцы 1-3) с несложным химическим строением приводит к увеличению значений НКПР, но содержания их недостаточно для того, чтобы аэровзвесь веществ была пожаровзрывобезопасной.
Фталосенс содержит в своей структуре 33,5 % масс.групп -SO3Na, которые являются наиболее сильными ингибиторами процесса горения, поэтому их аэровзвесь является пожаровзрывобезопасной.
Образец № 6 представляет собой сложное многоядерное мостиковое ароматическое соединение, содержащие в своей структуре гидроксид алюминия. В качестве мостиковых связей выступает Аг-Ы=Аг и Ar-S-Ar, не плавится. При 300 оС происходит вспенивание образца и выделение дыма, что обусловлено его термическим разложением.
Увеличение значения НКПР связано с тем, что частицы пылей, имеющие высокие значения температуры начала разложения, проходя зону прогрева не успевают полностью газифицироваться. Происходит неполное сгорание и в связи с этим для воспламенения пыли требуется более высокая концентрация распыляемого вещества.
Данные, представленные в таблице подтверждают ранее установленное влияние галогенов и разных групп в структуре вещества на величину НКПР.Полученные результаты можно использовать с целью предварительной оценки
пожаровзрывоопасностиаэровзвесей органических соединений, а также для снижения пожаровзрывоопасности производств еще на стадии синтеза путем получения трудногорючих и пожаровзрывобезопасных веществ.
Васин Алексей Яковлевич, д.т.н., профессор кафедры техносферной безопасности РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Гаджиев Гарун Гамзатович, аспирант кафедры техносферной безопасности РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Маринина Людмила Константиновна, к.х.н., профессор кафедры техносферной безопасности РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8_
Литература
1. Расчет основных показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов: руководство. - М.: ВНИИПО, 2002. - 77 с.
2. Васин А.Я. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д. т. н. Взаимосвязь химического строения и пожаровзрывоопасности органических красителей, лекарственных средств и их аэровзвесей / М., 2008, 32 с.
3. Васин А.Я., Райкова В.М. О влиянии химического строения органических веществ на взрывоопасность пылей / Пожаровзрывобезопасность, 2007, том 16, № 1, с.14-18.
4. Глазкова А.П. Катализ горения взрывчатости веществ / М.: Наука, 1976. - 208 с.
5. Баратов А.Н. Горение - пожар - взрыв - безопасность / М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003.-364 с.
6. Васин А.Я., Блохина О.А., Маринина Л.К. Исследование ингибирующей способности групп -SO3Na, входящих в состав ароматических соединений / Наука производству, 2004, № 7, с. 11 - 14.
7. Васин А.Я. Изучение влияния различных функциональных заместителей и групп на взрывоопасность органических пылей / Химическая промышленность сегодня, 2007, №1, с. 35-39.
Vasin AlexeyYakovlevich, GadzhievGarunGamzatovich*,MarininaLudmilaKonstantinovna D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail:garun_jan@mail.ru
THE INFLUENCE OF DIFFERENT FUNCTIONAL SUBSTITUENTS AND GROUPS ON DUST'S EXPLOSION HAZARDS OF MEDICINES.
Abstract
We made the analysis of literary data which includes the influence of halogens (Cl, Br) and groups such as HCL , - SO3Na and - SO3H on Flammability Effect of organic compounds. Flammability Effect for 6 new medicines and their semi-products which include Cl and HCL ,- SO3Na groups in their structure are experimentally defined. Interpretation of the received results of influence of a chemical structure on organic dust's explosion hazard is given.
Key words: fire-and-explosion hazard, organic dust, limits of flammability effect, inhibition, halogens, medicines.
