Влияние состава углеводородного топлива и жесткости воды на коллоидно-химические характеристики раствора пленкообразующего пенообразователя Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СРЕДСТВА ТУШЕНИЯ

Д-р техн. наук, начальник кафедры "Общей и специальной химии" Академии ГПС МЧС РФ

С. С.Воевода

Директор департамента экологической и промышленной безопасности ОАО "НК "Роснефть"

В. А. Маркеев

Соискатель

Академии ГПС МЧС РФ

А. В. Маркеев

УДК 614.84.664

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА И ЖЕСТКОСТИ ВОДЫ НА КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТВОРА ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕГО ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ

Представлены результаты экспериментальных исследований по определению поверхностного натяжения водных растворов фторсинтетических пленкообразующих пенообразователей в зависимости от коллоидно-химических характеристик углеводородных топлив.

На огнетушащую эффективность противопожарной пены влияют коллоидно-химические характеристики топлив и рабочего раствора пленкообразующего пенообразователя. В Академии Государственной противопожарной службы МЧС России проведены исследования по определению влияния жесткости воды на коллоидно-химические характеристики рабочего раствора пленкообразующего пенообразователя по отношению к углеводородному топливу.

Приготовление водных растворов на пресной мягкой воде привело к резкому снижению межфазного натяжения для углеводородных топлив. Из рисунка а видно, что межфазное натяжение рабочего раствора на пресной мягкой воде на границе с изо-октаном снизилось с 2,09 до 1,2 мН/м по сравнению с раствором на дистиллированной воде. Пресная жесткая вода ведет к дальнейшему снижению межфазного натяжения по сравнению с дистиллированной — с 2,54 до 1,42 мН/м на границе с гепта-

^ 35

аН

2

30

25

20

* 15

<о 2 Я

<о 10 о

X 5-

о о

X

X

с? я о

с

1 I опливо — 100%-ный изооктан; енообразователь 6%-ного спользования на пресной

\ и

N 1 м ягк ой в оде

\

1 \

\ к

N

<-

*

\

* V

< У * ч

^— и

-2,1 -1,5 -0,9 -0,3 0,3 0,9 Логарифм концентрации, % масс.

щ

X

X

Щ

*

я я

Щ

о я

3

о

X

о о

X

X

с? я о

с

35 30 25 20 15 10 5 0

-2,1 -1,5 -0,9 -0,3 0,3 0,9 Логарифм концентрации, % масс.

Топливо — 100%-ный изооктан; пенообразователь 6%-ного использования на пресной

же стко йв оде

\

N

Л и 1

я

2

<0 X

X

Щ

*

я я

Щ

о я

3 *

Щ

2 Я

Щ

о

X 5-

о о

X

X

с? я о

с

То пливо — 100%-ный изооктан нообразователь 6%-ного пользования на соленой

\ ис

\ мс рск ой в оде

\

\ ч

%

< У 1

,2

0

-2,1 -1,5 -0,9 -0,3 0,3 0,9 Логарифм концентрации, % масс.

Зависимость поверхностного и межфазного натяжений водных растворов от концентрации пенообразователя

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №3

б

а

г.

5

63

ном (см. рисунок б). Соленая морская вода, наоборот, обеспечивает увеличение межфазного натяжения (см. рисунок в).

Для анализа коллоидно-химических характеристик водных растворов по отношению к углеводородным топливам данные сведены в табл. 1-4. Они позволяют представить картину влияния состава углеводородного топлива и жесткости воды на основные коллоидно-химические показатели растворов пленкообразующих пенообразователей по отношению к углеводородным жидкостям.

В табл. 1 даны коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему водному раствору пленкообразующего пенообразователя в рабочей концентрации 6%, приготовленному на дистиллированной воде. Чистые гептан и изооктан достаточно существенно различаются по величине поверхностного натяжения: для гептана оно составляет 20,28 мН/м, для изооктана — 18,9 мН/м. В связи с этим и наблюдается достаточно большое расхождение коэффициентов растекания раствора по горючему для данных углеводородов. Так, для гептана коэффициент растекания раствора пленкообразующего пенообразователя составляет 1,05 мН/м, для изооктана — 0,11 мН/м. Поэтому и в смесях изооктан - гептан для одного и того же раствора пленкообразующего пенообразователя существует такое различие в коэффициентах растекания раствора по горючему.

В табл. 2 представлены коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему водному раствору пленкообразующего пенообразователя в рабочей концентрации 6%, приготовленному на пресной мягкой воде. В этом случае по сравнению с дистиллированной водой произошел незначительный рост поверхностного натяжения рабочего раствора пенообразователя — с 16,7 до 16,88 мН/м. Вместе с этим отмечено двукратное снижение межфазного натяжения на границе углеводородная жидкость - раствор пенообразователя. Изменение поверхностной активности привело к росту коэффициента растекания раствора по горючему на величину ~0,7 мН/м во всех рассматриваемых случаях.

В табл. 3 приведены коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему водному раствору пленкообразующего пенообразователя в рабочей концентрации 6%, приготовленному на пресной жесткой воде. Здесь по сравнению с мягкой водой произошел рост поверхностного натяжения рабочего раствора пенообразователя с 16,88 до 17,33 мН/м. Вместе с этим наблюдалось незначительное снижение межфазного натяжения награни-

Таблица 1. Коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему 6%-ному раствору пленкообразующего пенообразователя на дистиллированной воде

Топливо Пенообразователь

Состав, % Поверхност- Натяжение, мН/м Коэффици-

гептан изо-октан ное натяжение, мН/м поверхностное межфазное ент растекания, мН/м

0 100 18,90 16,70 2,09 0,11

2 98 18,90 16,70 2,09 0,11

5 95 18,97 16,70 2,13 0,15

8 92 18,97 16,70 2,13 0,15

20 80 19,05 16,70 2,20 0,15

24 76 19,12 16,70 2,24 0,19

100 0 20,28 16,70 2,54 1,05

Таблица 2. Коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему 6%-ному раствору пленкообразующего пенообразователя на пресной мягкой воде

Топливо Пенообразователь

Состав, % Поверхност- Натяжение, мН/м Коэффици-

гептан изо-октан ное натяжение, мН/м поверхностное межфазное ент растекания, мН/м

0 100 18,90 16,88 1,20 0,82

2 98 18,90 16,88 1,20 0,81

5 95 18,97 16,88 1,22 0,88

8 92 18,97 16,88 1,23 0,86

20 80 19,05 16,88 1,27 0,90

24 76 19,12 16,88 1,31 0,93

100 0 20,28 16,88 1,72 1,68

це углеводородная жидкость - раствор пенообразователя. Изменение поверхностной активности привело к снижению коэффициента растекания раствора по горючему во всех рассматриваемых случаях.

В табл. 4 представлены коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему водному раствору пленкообразующего пенообразователя в рабочей концентрации 6%, приготовленному на морской соленой воде. В данном случае по сравнению с пресной жесткой водой зафиксирован рост поверхностного натяжения рабочего раствора пенообразователя — с 17,33 до 18,15 мН/м. Вместе с этим произошел рост межфазного натяжения на границе углеводородная жидкость - раствор пенообразователя. Изменение поверхностной активности привело к снижению коэффициента растекания

64

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16 №3

Таблица 3. Коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему 6%-ному раствору пленкообразующего пенообразователя на пресной жесткой воде

Таблица 4. Коллоидно-химические характеристики углеводородных топлив без содержания спиртов по отношению к рабочему 6%-ному раствору пленкообразующего пенообразователя на соленой морской воде

Топливо Пенообразователь

Состав, % Поверхност- Натяжение, мН/м Коэффици-

гептан изо-октан ное натяжение, мН/м поверхностное межфазное ент растекания, мН/м

0 100 18,90 17,33 1,05 0,52

2 98 18,90 17,33 1,07 0,50

5 95 18,97 17,33 1,06 0,58

8 92 18,97 17,33 1,08 0,56

20 80 19,05 17,33 1,12 0,60

24 76 19,12 17,33 1,16 0,63

100 0 20,28 17,33 1,42 1,53

Топливо Пенообразователь

Состав, % Поверхност- Натяжение, мН/м Коэффици-

гептан изо-октан ное натяжение, мН/м поверхностное межфазное ент растекания, мН/м

0 100 18,90 18,15 1,57 -0,82

2 98 18,90 18,15 1,57 -0,82

5 95 18,97 18,15 1,61 -0,78

8 92 18,97 18,15 1,61 -0,79

20 80 19,05 18,15 1,68 -0,78

24 76 19,12 18,15 1,72 -0,75

100 0 20,28 18,15 2,09 0,04

раствора по горючему во всех рассматриваемых случаях. Коэффициент растекания сохранил положительное значение только в случае, когда в качестве горючей жидкости использован гептан.

Анализ табл. 1-4 свидетельствует о неоднозначном влиянии жесткости воды на коллоидно-химические свойства водных растворов пленкообразующего пенообразователя по отношению к углеводородным жидкостям различного состава. Даже на примере межфазного натяжения можно сделать вывод о том, что постепенное увеличение жесткости воды приводит сначала к снижению межфазного натяжения, а затем к его росту.

Таким образом, установлено неоднозначное влияние жесткости воды на пленкообразующую способность, характеризуемую скоростью растекания водной пленки по поверхности топлива. Снижение пленкообразующей способности для пены происходит в следующем порядке в зависимости от жесткости воды: пена, приготовленная на пресной мягкой воде ^ пена, приготовленная на пресной жесткой воде ^ пена, приготовленная на дистиллированной воде ^ пена, приготовленная на соленой морской воде.

Поступила в редакцию 16.04.07.

ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2007 ТОМ 16