Дипломная (вкр): Исследование пожароопасных свойств растворителей лакокрасочных материалов на основе алифатических и ароматических углеводородов и разработка предложений по совершенствованию мер пожарной безопасности при работе с ними

Обработку результатов проводили так же, как и при определении температуры вспышки в приборе закрытого типа.

.2 Методика определения температуры воспламенения

Для определения температуры воспламенения тигель заполняли растворителем так, чтобы верхний мениск точно совпадал с меткой. Затем нагревали, периодически зажигая выделяющиеся пары и визуально оценивая результаты зажигания.

Для измерения температуры воспламенения жидкостей применяли прибор с открытым тиглем (рис. 2.2.).

При измерении температуры воспламенения жидкостей образец подготавливали так же, как и при измерении температуры вспышки. Вначале определяли ориентировочную температуру воспламенения. Для этого нагревали образец исследуемого вещества со скоростью 5-6 °С/мин. Через каждые 5 °С повышения температуры проводили испытание на воспламенение. Для этого пламя горелки перемещали от одной стороны тигля до другой в течение 1,5 с на расстоянии 14 мм от поверхности жидкости. Если пары исследуемого вещества воспламеняются и продолжают гореть не менее 5 с, то нагрев прекращали, и показание термометра в момент появления пламени принимали за температуру воспламенения. Если воспламенение паров не происходит или время самостоятельного горения после воспламенения составляет менее 5 с, то нагревание образца продолжали, периодически перемещая пламя горелки над тиглем, т.е. повторяли испытание на воспламенение.

Определив ориентировочную температуру воспламенения, проводили серию основных испытаний на трех образцах исследуемого вещества. За 10 °С до ориентировочной температуры воспламенения образец нагревали со скоростью 1 °С/мин для веществ с температурой воспламенения до 70 °С и 2 °С/мин для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

Зажигание пламенем газовой горелки проводили при повышении температуры на каждый 1 °С для веществ с температурой воспламенения до 70 °С и на каждые 2 °С для веществ с температурой воспламенения более 70 °С.

За температуру воспламенения жидкости в каждом опыте принимали наименьшую ее температуру, при которой образующиеся пары воспламеняются при поднесении пламени газовой горелки и продолжают гореть не менее 5 с после его удаления. За температуру воспламенения исследуемого вещества принимали среднее арифметическое трех определений серии основных испытаний с поправкой на барометрическое давление.

.3 Методика определения температуры самовоспламенения

Для определения температуры самовоспламенения в нагретый сосуд вводили заданный объем исследуемого вещества и визуально оценивали результаты испытания. Варьируя температуру, находили минимальную температуру стенки сосуда, при которой еще происходит самовоспламенение вещества.

Температуру самовоспламенения жидкостей измеряли на установке, схема которой показана на рис. 2.3.

Основной частью установки является коническая колба Кн-250, помещенная в воздушный термостат. Внутри камеры расположен нагреватель мощностью 1,5 кВт. Равномерность нагрева стенок колбы обеспечивается циркуляцией воздуха в термостате, создаваемой вентилятором, и применением регулятора температуры, позволяющего плавно изменять подводимую к нагревателю энергию.

Рис. 2.3. Прибор для измерения стандартной температуры самовоспламенения СТС-2: 1 - крыльчатка вентилятора; 2 - спиральный нагреватель; 3 - реакционный сосуд; 4 - смотровое зеркало; 5 - термостат; 6, 7 и 8 - термопары

Определение температуры самовоспламенения состоит из предварительных и основных испытаний. В предварительных испытаниях определяли наиболее легко воспламеняющееся количество вещества, вводимого в реакционный сосуд. В серии основных испытаний выявляли наименьшую температуру реакционного сосуда, при которой наблюдается самовоспламенение наиболее легко самовоспламеняющегося количества вещества. Температуру самовоспламенения находили для шести-восьми проб исследуемого вещества, различающихся на 0,05 - 2,0 мл, и строили график зависимости температуры самовоспламенения от величины пробы вещества.

Основные испытания (пять проб) на самовоспламенение проводили с наиболее легко самовоспламеняющимся количеством вещества при температуре на 5 °С ниже минимальной температуры самовоспламенения, полученной в серии предварительных испытаний.

За температуру самовоспламенения исследуемого вещества принимали среднее арифметическое двух температур, различающихся на 5 °С, при одной из которых наблюдается самовоспламенение наиболее легко самовоспламеняющегося количества вещества, а при другой - отказ.

.4 Методика определения температуры нижнего или верхнего предела воспламенения

Для определения концентрационных пределов распространения пламени зажигали образец с заданной концентрацией исследуемого вещества в объеме реакционного сосуда и устанавливали факт наличия или отсутствия распространения пламени. Изменяя концентрацию горючего в смеси, находили ее минимальное и максимальное значения, при которых происходит распространение пламени.

Измерение пределов распространения пламени паровоздушной смеси проводили на установке "Предел" (рис. 2.4). Реакционный сосуд установки "Предел" представляет собой цилиндр с внутренним диаметром 300 мм и высотой 800 мм. Верхняя крышка выполнена из термостойкого стекла, через которое при помощи зеркала наблюдали за процессом распространения пламени при испытании.

Предварительно рассчитывается при необходимости нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени по паровоздушным смесям исследуемого индивидуального вещества по формуле, %:

,

,

m_C, m_S, m_H, m_x, m_O, m_P - число атомов углерода, серы, водорода, галогена, кислорода и фосфора в молекуле соединения; а_м и b_м - универсальные константы, значения которых приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Значения постоянных а_м и b_м в формуле

При определении нижнего предела распространения пламени для первого испытания готовиться паровоздушную смесь, содержащую горючего пара вдвое меньше рассчитанного предела, а при определении верхнего предела распространения пламени готовили смесь, содержащую кислорода вдвое меньше, чем в смеси, соответствующей верхнему пределу.

Для приготовления смеси требуемого состава реакционный сосуд вакуумировали до остаточного давления не более 0,6 кПа и затем поочередно подается в него компоненты смеси по парциальным давлениям.

Парциальное давление компонента р_к рассчитывали по формуле, кПа:

,

где φ_к - задаваемая концентрация компонента смеси, % (об.); р₀ - атмосферное давление, кПа.

После впуска компонентов смеси в реакционный сосуд смесь перемешивали и зажигали. Результат опыта оценивали визуально.

Изменяя состав смеси, находится такая концентрация горючего компонента, при которой пламя распространяется на весь объем реакционного сосуда, а при концентрации на 0,1% (об.) меньше (в случае измерения нижнего предела) или больше (при измерении верхнего предела) смесь не воспламеняется или возникшее пламя не распространяется до верхней части реакционного сосуда.

Рис.2.4. Установка "Предел" для измерения концентрационных пределов распространения пламени: 1 - реакционный сосуд; 2 - отверстие для продувки; 3 - верхняя крышка; 4 - смотровое зеркало; 5 - термопара; 6 - ртутный манометр; 7 - трубопроводы; 8 - 12 - клапаны; 13 - испаритель; 14 - вакуумный насос; 15 - электроды зажигания; 16 - трубчатый электронагреватель; 17 - пакет сеток; 18 - концевой выключатель; 19 - нижняя крышка; 20 - коромысло; 21 - винт; 22 - высоковольтный источник питания [52]

Описаны методики определения температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения и нижнего или верхнего предела воспламенения как экспериментальным, так и эмпирическим методами. Указаны и описаны приборы, которые применяются для экспериментального определения показателей пожароопасности растворителей.

. Эмпирическое и неэмпирическое определение основных характеристик пожароопасности растворителей

.1 Пожарные характеристики исследуемых веществ

Уайт-спирит

Общая формула: С_10,5Н_21,0. В состав Уайт-спирита входит 16 % ароматического компонента и 0,023 % серных веществ, все остальное - алифатические вещества. Определенного состава нет, поэтому проводить эмпирический расчет пожарных характеристик не целесообразно. Для этого вещества проводили только экспериментальное определение пожарных характеристик.

Экспериментальное определение пожарных характеристик:

Температура вспышки

В приборе закрытого типа:

Давление в период проведения опыта равно 101,1 кПа.

∆t=

Согласно показаниям прибора:

t_вс.1 = 34,4 ⁰С

t_вс.2 = 34,3 ⁰С

t_вс.3 = 34,4 ⁰С

t_вс.ср =(t_вс.1+ t_вс.2+ t_вс.3)/3 = (34,4 + 34,3 + 34,4)/3 = 34,37 ⁰С

t_вс. =t_вс.ср+ ∆t = 34,37 + 0,05 = 34,42 ⁰С

Справочные данные [44]: t_вс.спр. = 33-36 ⁰С или t_вс.спр. =34,5 ⁰С

П(погрешность) = 34,5 - 34,42 = 0,08 ⁰С

%_{отклон.} = |t_вс.- t_вс.спр.|∙100/t_вс.спр. = |34,42 - 34,5|∙100/34,5 = 0,23 %

В приборе открытого типа:

∆t=

Согласно показаниям прибора:

t_вс.1 = 42,8 ⁰С

t_вс.2 = 42,6 ⁰С

t_вс.3 = 42,6 ⁰С

t_вс.ср = (t_вс.1+ t_вс.2+ t_вс.3)/3 = (42,8 + 42,6 + 42,6)/3 = 42,67 ⁰С

t_вс. =t_вс.ср+ ∆t = 42,67 + 0,05 = 42,72 ⁰С

Справочные данные [44]: t_вс.спр. = 43 ⁰С

П = 43 - 42,72 = 0,28 ⁰С

%_{отклон.} = |t_вс.- t_вс.спр.|∙100/t_вс.спр. = |42,72 - 43|∙100/43 = 0,65 %

Температура воспламенения

Давление в период проведения опыта равно 101,1 кПа.

∆t=

Согласно показаниям прибора:

t_вос.1 = 47,3 ⁰С

t_вос.2 = 47,2 ⁰С

t_вос.3 = 47,4 ⁰С

t_вос.ср = (t_вос.1+ t_вос.2+ t_вос.3)/3 = (47,3 + 47,2 + 47,4)/3 = 47,3 ⁰С

t_вос. =t_вос.ср+ ∆t = 47,3 + 0,05 = 47,35 ⁰С

Справочные данные [43]: t_{вос.спр.} =47 ⁰С

П = 47,35 - 47 = 0,35 ⁰С

%_{отклон.} = |t_вос.- t_{вос.спр.}|∙100/t_{вос.спр.} = |47,35 - 47|∙100/47 = 0,74 %

Температура самовоспламенения

V₁(пробы) = 0,07 млt_{1самовос.} = 255 ⁰С

V₂(пробы) = 0,75 млt_{2самовос.} = 255 ⁰С

V₃(пробы) = 1,00 млt_{3самовос.} = 255 ⁰С

V₄(пробы) = 1,25 млt_{4самовос.} = 253 ⁰С

V₅(пробы) = 1,50 млt_{5самовос.} = 252 ⁰С

V₆(пробы) = 2,00 млt_{6самовос.} = 250 ⁰С

График зависимости температуры самовоспламенения от величины пробы вещества представлен на рисунке 3.1.

Рис. 3.1. График зависимости температуры самовоспламенения от величины пробы Уайт-спирита

Исходя из графика, оптимальный объем пробы Уайт-спирита для определения температуры самовоспламенения является 1,00 мл.

Согласно показаниям прибора:

t_{1самовос.} = 255,5 ⁰С

t_{2самовос.} = 254,5 ⁰С

t_{3самовос.} = 256,4 ⁰С

t_{4самовос.} = 251,3 ⁰С

t_{5самовос.} = 253,3 ⁰С

Два значения различающихся на 5 градусов: t_{3самовос.} = 256,4 ⁰С и t_{4самовос.} = 251,3 ⁰С.

t_{самовос.} = (t_{3самовос.} + t_{4самовос.})/2 = (256,4 + 251,3)/2 = 253,85 ⁰С

Справочные данные [43]: t_{самовос.спр.} = 250 ⁰С

П = 253,85 - 250 = 3,85 ⁰С

%_{отклон.} = |t_{самовос.}- t_{самовос.спр.}|∙100/t_{самовос.спр.} = |253,85 - 250|∙100/250 = 1,54 %

Температура нижнего или верхнего предела воспламенения

Так как растворитель является смесью веществ, то предварительного расчета нижнего и верхнего концентрационного предела распространения пламени по паровоздушным смесям не проводили.

Давление в период проведения опыта равно 101,1 кПа.

Парциальное давление компонента:

,

Справочные данные [43]: t_{ниж.пред.вос.спр.} = 33 ⁰С

Справочные данные [43]: t_{верх.пред.вос.спр.} = 68 ⁰С

Растворитель 646. Представляет собой смесь органических растворителей и состоит из следующих компонентов (%, мольные доли): бутилацетат (C₆H₁₂O₂, t_кип. = 126,3 ⁰С, М = 116,16 г/моль) - 3,63, ацетон (С₃Н₆О, t_кип. = 56,1 ⁰С, М = 58,08 г/моль) - 14,63, этанол (C₂H₆O, t_кип. = 78,4 ⁰С, М = 46,07 г/моль) - 27,6, изобутанол (C₄H₁₀O, t_кип. = 108 ⁰С, М = 74,12 г/моль) - 14,7, толуол (C₇H₈, t_кип. = 92,14 ⁰С, М = 92,14 г/моль) - 39,43.

Эмпирическое определение пожарных характеристик:

Температура вспышки

,

Для ацетона t_всп. = -18 ⁰С (з.т.)

 = -2918,6 + 19,6∙(t_кип.i + 273) = -2918,6 + 19,6∙(56,1 + 273) = 3531,76

Для бутилацетата t_всп. = 29 ⁰С

 = -2918,6 + 19,6∙(t_кип.i + 273) = -2918,6 + 19,6∙(126,5 + 273) = 4911,6

Для этанола t_всп. = 13 ⁰С (з.т.)

 = -2918,6 + 19,6∙(t_кип.i + 273) = -2918,6 + 19,6∙(78,5 + 273) = 3970,8

Для изобутанола t_всп. = 28 ⁰С

 = -2918,6 + 19,6∙(t_кип.i + 273) = -2918,6 + 19,6∙(107,8 + 273) = 4545,08

Для толуола t_всп. = 7 ⁰С

 = -2918,6 + 19,6∙(t_кип.i + 273) = -2918,6 + 19,6∙(110,6 + 273) = 4599,96

.

.

.

.

.

ln.

.

.

,2 = 4297,02∙t_всп.см - 15,74

t_всп.см = 5,02 ⁰С

Справочные данные [43]: t_вс.спр. = 6 ⁰С

П = 6 - 5,02 = 0,98 ⁰С

%_{отклон.} = |t_вс. - t_вс.спр.|∙100/t_вс.спр. = |5,02 - 6|∙100/6 = 16,33 %