Расчет температуры самовоспламенения

Стандартная температура самовоспламенения Т_СВ, приведенная в справочниках, получена по стандартной методике для горючей смеси стехиометрического состава. Установлено, что в пределах гомологического ряда величина Т_СВ является функцией длины углеродной цепи в молекуле. Чем длиннее цепь, тем ниже температура самовоспламенения. Метод расчета Т_СВ основан на эмпирической зависимости Т_СВ от средней длины углеродной цепи. Определив длину цепи, далее по табл.1-3 прил. находят Т_СВ. Число цепей рассчитывается по формуле: , где M_P – число концевых групп в молекуле, например, СН₃ – радикалов, ОН – групп, ароматических колец. Средняя длина цепи рассчитывается по формуле , где - число цепей с длиной ; - расчетная длина -й цепи.

Метод пригоден для расчета Т_СВ алифатических углеводородов, алифатических спиртов, ароматических углеводородов. Соблюдайте следующие правила при расчете числа цепей и длины цепей. Гидроксильная группа в молекуле спирта считается концевой, фенильное ядро может быть и концевой и промежуточной группой. Цепями являются непрерывные последовательности связанных атомов углерода, начинающиеся и оканчивающиеся концевыми группами. Расчетное число атомов углерода в цепи алифатического спирта, содержащей ОН – группу, равно фактическому числу атомов углерода плюс единица. Расчетное число атомов углерода в цепи, содержащей фенильное ядро, равно фактическому числу атомов углерода минус единица. Атомы углерода в фенильном кольце в расчет не включаются.

 

 

Задача 4. Вычислить температуру самовоспламенения 3-этил-4-изопропилгексана.

Решение. 1. Записываем структурную формулу соединения, нумеруя все атомы углерода:

¹CH₃ – ²CH₂ – ³CH – ⁴CH – ⁵CH₂ – ⁶CH₃

| |

⁷CH₂ ⁹CH

⁸CH₃ ¹⁰CH₃ ¹¹CH₃

 

2. В молекуле соединения пять метильных групп, определяем число цепей:

.

3. Определяем состав цепей:

1-2-3-4-5-6 1-2-3-7-8 10-9-11

1-2-3-4-9-10 6-5-4-9-10 C₃ = 3

1-2-3-4-9-11 6-5-4-9-11 m₃ = 1

8-7-3-4-9-10 C₂ = 5

8-7-3-4-9-11 m₂ = 3

8-7-3-4-5-6

C₁ = 6

m₁ = 6

4. Рассчитываем среднюю длину цепи:

5. По табл.1 прил. находим температуру самовоспламенения 3-этил-4-изопропилгексана, отыскивая ее по значению средней длины цепи в молекуле соединения: Т_СВ=522 К.

6. Находим по справочной литературе Т_СВ 3-этил-4-изопропилгексана и сравниваем с расчетной. При необходимости вычисляем ошибку, с которой рассчитана Т_СВ.

 

 

Задача 5. Вычислить температуру самовоспламенения 1-изопропил-4-изобутилбензола.

Решение. 1. Записываем структурную формулу соединения и вводим обозначения: Ф

⁶CH₃

¹CH₃ – ²CH - - ⁴CH₂ – ⁵CH

| ⁷CH₃

³CH₃

2. В молекуле соединения пять концевых групп, определяем число цепей, считая концевой и фенил:

3. Определяем состав цепей:

1-2-ф-4-5-7 7-5-6 ф-4-5-7 3-2-ф

1-2-ф-4-5-6 1-2-3 ф-4-5-6 1-2-ф

3-2-ф-4-5-6 С₂ = 3 С₂ = 3-1 С₄ = 2-1

3-2-ф-4-5-7 m₂ = 2 m₃ = 2 m₄ = 2

С₁ = 5-1

m₁ = 4

4. По формуле вычисляем среднюю длину цепи:

5. По табл. 3 прил. находим Т_СВ. Температура самовоспламенения равна 698 К.

 

Расчет температуры вспышки

 

Температура вспышки характеризует пожароопасные свойства жидкостей, но не является физико-химической константой вещества и существенно зависит от условий, при которых она определяется. Метод расчета Т_всп по формуле В.И. Блинова построен на предположении, что концентрация пара и кислорода в потоке, направленном к поверхности горения, отвечает стехиометрическому составу, пар к пламени подводится благодаря молекулярной диффузии, а давление пара над жидкостью связано с температурой самой жидкости. Формула имеет вид:

 

,

 

где Д₀ – коэффициент диффузии, м²/с;

β – число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля пара жидкости;

Т_всп – температура вспышки жидкости, К;

А – постоянная прибора, зависящая только от условий опыта;

Р – давление насыщенного пара жидкости Т_всп, Па.

Зная постоянную прибора, величины Д₀, Р, β, можно по формуле найти Т_всп.

Методика расчета состоит в вычислении произведения Р_всп·Т_всп. Далее, задаваясь некоторой температурой, находят при ней давление насыщенного пара по таблице, номограмме или формуле

lgР = а + б·lgТ – с/Т,

где а, б, с – константы уравнения, приведенные в табл.5 прил.

Методом последовательных приближений рассчитывают искомую Т_всп, для чего при различных температурах находят произведение между Р·Т, добиваясь минимального расхождения между Р·Т и Р_всп·Т_всп.

Необходимо обращать особое внимание на выбор постоянной прибора в соответствующем измерении. При этом следует выбирать определенные единицы измерения коэффициента диффузии Д₀, давление пара жидкости Р, температуры. Для удобства расчетов приводим связь единиц соответствующих параметров с постоянной прибора А (табл.2).

 

Таблица 2