石蠟形變與溫度的關(guān)系

王闖，廣輝

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石蠟形變與溫度的關(guān)系

王闖，廣輝

（遼寧天順集團(tuán)，遼寧 沈陽(yáng) 110002）

通過(guò)集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)和軟曲度實(shí)驗(yàn)考察了石蠟在夏季高溫環(huán)境中形變與溫度的關(guān)系。當(dāng)夏季地面溫度達(dá)到50~60 ℃時(shí)，集裝箱底部石蠟會(huì)熔化，造成紙箱污染。當(dāng)集裝箱內(nèi)溫度達(dá)到35 ℃時(shí)，集裝箱底部石蠟在受到上層石蠟的重壓時(shí)，某些易變軟的石蠟會(huì)發(fā)生形變。軟曲度實(shí)驗(yàn)可以判斷出石蠟在35 ℃時(shí)的軟硬情況以及發(fā)生形變的趨勢(shì)，可以對(duì)生產(chǎn)，倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸提供有效的指導(dǎo)。

石蠟；形變；倉(cāng)儲(chǔ)

石蠟是從重質(zhì)柴油餾分和潤(rùn)滑油餾分中分離出來(lái)的固體烴，主成分為直鏈飽和烴，少量的異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等，化學(xué)通式為CH2n+2（為石蠟分子中碳原子數(shù)，范圍18～45），常溫下為白色固體，不黏結(jié)，不發(fā)汗，無(wú)油膩感。石蠟是不同相對(duì)分子質(zhì)量的復(fù)雜烴類(lèi)混合物，所以牌號(hào)相同的石蠟，其某些性質(zhì)未必相同[1]。

隨著社會(huì)的發(fā)展，瀝青和水泥路面逐漸取代了以往自然狀態(tài)下的墊面。當(dāng)夏季陽(yáng)光直射時(shí)，將導(dǎo)致地面溫度相對(duì)氣溫極具升高，8月份大連地區(qū)(以大連地區(qū)為例，因?yàn)楣臼炘诖筮B進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)和轉(zhuǎn)運(yùn))平均最高氣溫可達(dá)30 ℃左右，地面的極端高溫可達(dá)65.8 ℃，平均最高溫度也可達(dá)到50 ℃左右[2]。當(dāng)石蠟在這種高溫環(huán)境下進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)形變，甚至?xí)刍那闆r，造成紙箱污染，遭到客戶(hù)的投訴和索賠。

本文將從集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)和石蠟軟曲度實(shí)驗(yàn)討論石蠟形變與溫度的關(guān)系。集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)主要考察石蠟在夏季倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)，集裝箱放在高達(dá)50 ℃左右的地面上，其內(nèi)部用紙箱包裝好的石蠟成品，究竟有幾層石蠟會(huì)熔化污染紙箱以及當(dāng)石蠟堆疊儲(chǔ)存時(shí)，下層石蠟是否會(huì)因上層石蠟的壓力而產(chǎn)生形變。軟曲度實(shí)驗(yàn)主要考察石蠟在夏季高溫環(huán)境中，集裝箱內(nèi)溫度一般都可達(dá)35 ℃，在此溫度下石蠟有無(wú)變軟發(fā)生形變的趨勢(shì)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與原料

全精煉石蠟(成品以及成型好的蠟燭，遼寧凱邁石化有限公司)，F(xiàn)X202-1恒溫箱，JF-956C加熱板，Pt 100熱電阻，NHR-7104R無(wú)紙記錄儀，DY-1000天平，T4985-1型針入度測(cè)試儀，游標(biāo)卡尺，紙箱。

1.2 針對(duì)底層石蠟熔化造成紙箱污染的集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)一

將2塊石蠟堆疊放在電熱板上，電熱板溫度控制在50~60 ℃之間，加熱后的電熱板模擬被太陽(yáng)照射后的地面。每塊石蠟下方都?jí)|有紙殼充當(dāng)紙箱，將石蠟和電熱板放入恒溫箱中，恒溫箱溫度設(shè)置為35 ℃，恒溫箱用于模擬夏季高溫下的集裝箱。在底層石蠟下方，頂層石蠟下方和頂層石蠟上方分別放置3個(gè)Pt 100熱電阻，用無(wú)紙記錄儀監(jiān)測(cè)溫度，得到各層石蠟溫度與時(shí)間的關(guān)系，并觀(guān)察石蠟是否會(huì)熔化污染紙箱。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖如圖1所示：

圖1 集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)一示意圖

1.3 針對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中底層石蠟在較高氣溫下受壓形變的集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)二

將有客訴的石蠟放入35 ℃的恒溫箱中，恒溫箱用于模擬夏季高溫下的集裝箱。在石蠟上端放入相當(dāng)其質(zhì)量8倍的重物，8倍重物相當(dāng)于堆疊在最底層石蠟上方的8箱石蠟。這是因?yàn)槭瀭}(cāng)儲(chǔ)在集裝內(nèi)，在合理利用集裝空間的情況下，每一列正好可以從上至下堆疊9箱石蠟。觀(guān)察時(shí)間與形變的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖如圖2所示：

圖2 集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)二示意圖

1.4 針對(duì)石蠟形變趨勢(shì)的軟曲度實(shí)驗(yàn)

將石蠟在同一模具中制作成大小形狀相同的蠟燭，這將保證制作出的每根蠟燭的質(zhì)量都基本相同。測(cè)量其長(zhǎng)度，固定到恒溫箱中，測(cè)量蠟燭距離恒溫箱底部的高度。設(shè)置溫度為35 ℃，恒溫箱用于模擬夏季高溫下的集裝箱。石蠟在此條件下固定1 h，石蠟因自身軟硬的不同，在其自身重里的作用下會(huì)向下彎曲一定的角度∠(將∠定義為石蠟的軟曲度)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再次測(cè)量蠟燭距離恒溫箱底部的高度h’，計(jì)算出蠟燭下降的高度△。根據(jù)公式∠= ATAN( (△)/)×360/2π計(jì)算出石蠟的軟曲度。同時(shí)根據(jù)《GB/T 4985 石油蠟針入度測(cè)定法》測(cè)量其25 ℃的針入度。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)圖如圖3所示：

圖3 軟曲度實(shí)驗(yàn)示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 底層石蠟融化與溫度的關(guān)系

由表1數(shù)據(jù)可以得知，當(dāng)集裝箱倉(cāng)儲(chǔ)在夏季被太陽(yáng)直射的高溫地面時(shí)，堆疊在集裝箱內(nèi)的石蠟的溫度由下至上逐漸降低，最底層的石蠟的溫度最高。當(dāng)石蠟處在此溫度下，時(shí)間達(dá)到4 h時(shí)，最底層石蠟的溫度已經(jīng)快接近50 ℃，出現(xiàn)融化污染紙箱的情況。這是因?yàn)槭炇怯商荚訌?8～45的烴組成的混合物，而正24烷的熔點(diǎn)為51.1 ℃[1]。這就說(shuō)明當(dāng)溫度石蠟底部溫度達(dá)到快接近50 ℃時(shí)，石蠟中熔點(diǎn)較低的一部分烷烴已經(jīng)融化液體。這部分融化的液體造成了紙箱的污染。

表1 集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)一結(jié)果表

2.2 底層石蠟受壓變形與溫度的關(guān)系

集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)二，考察了石蠟在倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中，形變與溫度的關(guān)系。通常情況下，夏季是公司遭客戶(hù)投訴最多的季節(jié)，尤其以8月份更多。除了石蠟污染紙箱被投訴外，有時(shí)底層石蠟受壓發(fā)生形變也會(huì)遭到客戶(hù)投訴。通過(guò)集裝箱模擬實(shí)驗(yàn)二，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)堆疊的石蠟在夏季氣溫中放置2 h，最底層的石蠟在受到上層石蠟重壓的情況下，有些石蠟就會(huì)變軟發(fā)生形變。這是因?yàn)椋炘谙募镜膫}(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中，集裝箱的內(nèi)的溫度大致會(huì)達(dá)到35 ℃左右。在35 ℃時(shí)，C18～C20三種烷烴會(huì)熔化，但這3種烷烴在石蠟中的含量很低，通常總和小于1%。因此他們不會(huì)使紙箱污染，而此時(shí)的石蠟可以理解為含油量增大了。我們知道，石蠟的含油量約高，其硬度會(huì)越低[1]。此時(shí)石蠟相對(duì)于低溫季節(jié)時(shí)，是相對(duì)較軟，同時(shí)也容易發(fā)生形變的。另外一方面，我們知道溫度越高，石蠟的分子運(yùn)動(dòng)越活躍，分子間間隙也越大，也導(dǎo)致了石蠟變軟，易發(fā)生形變。

2.3 石蠟形變趨勢(shì)的比較

考察了4種全精煉石蠟的針入度和軟曲度，結(jié)果如表2。

表2 4種全精煉石蠟的針入度

由表2和表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，4種石蠟在25℃時(shí)的針入度都在16左右，最大差值僅為0.9。根據(jù)GB 466(2010)全精煉石蠟的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 4種石蠟在25 ℃的針入度都小于19，都是符合國(guó)標(biāo)的。這4種石蠟在此溫度下的軟硬情況相當(dāng)，并無(wú)任何差別。

表3 4種全精煉石蠟的軟曲度

圖4 25 ℃針入度和35 ℃軟曲度對(duì)比圖

通過(guò)表3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，這4種石蠟雖然都是58號(hào)全精煉石蠟，但它們?cè)谀M的夏季高溫情況下，卻表現(xiàn)出不同的硬度。4號(hào)石蠟的軟曲度最小，僅為4.05，說(shuō)明它在35 ℃時(shí)最硬，最不易變發(fā)生形變。1號(hào)石蠟和2號(hào)石蠟的軟曲度較大，說(shuō)明它在35 ℃時(shí)最容易發(fā)生形變。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可知，雖然4種石蠟的牌號(hào)相同，都是58號(hào)全精煉石蠟，但它們?cè)诟邷丨h(huán)境中表現(xiàn)出的軟硬程度卻不相同。這是因?yàn)橄嗤铺?hào)的石蠟只是熔點(diǎn)控制在2 ℃以?xún)?nèi)的蠟，但與石蠟硬度相關(guān)的碳數(shù)組成，含油等指標(biāo)卻可能是不同的。石蠟這種烷烴的混合物在25 ℃和35 ℃下表現(xiàn)出的性狀又不相同。即便4種石蠟的針入度相差無(wú)幾，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但它們?cè)谙募靖邷丨h(huán)境中的硬度也會(huì)不同。

3 結(jié)論

(1) 石蠟在夏季高溫環(huán)境倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)，當(dāng)?shù)孛鏈囟冗_(dá)到50~60 ℃，將會(huì)導(dǎo)致集裝箱底部石蠟熔化，造成紙箱污染。

(2) 當(dāng)集裝箱溫內(nèi)溫度達(dá)到35 ℃時(shí)，石蠟硬度會(huì)降低，不同石蠟的變軟趨勢(shì)不盡相同。某些易變軟的底層石蠟會(huì)由于上層石蠟重壓而發(fā)生形變。

(3) 軟曲度實(shí)驗(yàn)可以直觀(guān)的反應(yīng)出石蠟在夏季高溫環(huán)境中的形變趨勢(shì)以及石蠟的軟硬情況，可以對(duì)石蠟的生產(chǎn)，倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸提供有效的指導(dǎo)。

[1] 黎元生，王麗君，李景斌 . 石蠟產(chǎn)品化工手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)石化出版社，2009：1，2，8.

[2] 蔡冬梅 . 大連地區(qū)夏季特種地溫特征分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2005，(9)：240-241.

The Relationship Between Paraffin Deformation and Temperature

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（Techsheen (Liaoning) Group Co.,Ltd., Liaoning Shenyang 110002, China）

With the container simulation experiment and bending angle experiment, the relationship between paraffin deformation and temperature was investigated. The results show that the paraffin at the bottom of the container will melt at the ground temperature of 50~60 ℃,which can result in the carton contamination. And when the temperature inside the container reaches 35℃, some soft paraffin on the bottom of the container will deform under the weightof the upper paraffin. The soft and hard situation of paraffin and its deformation trend at 35℃ can be judged by the bending angle experiment, which can provide an effective guidance for production, storage and transportation.

paraffin; deformation; storage

2017-09-21

王闖（1987-），男，碩士，遼寧沈陽(yáng)人，2013年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：石蠟的開(kāi)發(fā)。

TQ 623.11

A

1004-0935（2017）11-1083-03