多組分可燃液體閃點特性研究

李明罡

(遼寧省消防救援總隊 防火監督處，遼寧 沈陽 110031)

閃點是指在一定條件下，運用某一種火源使液體產生汽化然后著火時的最低溫度，其對于可燃、易燃液體的生產、儲存、運輸和使用都有著十分重要的意義[1-3]。目前，在實際的生產和生活中，許許多多不同行業經常使用的可燃、易燃液體大多都是經過混合后的可燃、易燃液體，這些混合后的液體其閃點會隨著它們的組成和配比的不同而不斷發生變化，這樣便導致我們很難從各類文獻上查到它們對應的閃點，所以這就需要通過實驗儀器測試來獲得結果，但是儀器測試一般無法在比較寬的范圍內應用，所以對多元混合液體閃點變化規律的研究就變得更加重要，同時對于實際生產和生活也有著十分重要的意義[4-7]。目前的工作主要針對乙醇、正丁醇和己醇這三種醇混合液體，利用閉杯儀器測試出混合液體的閃點，通過觀察實驗現象以及實驗數據結果，總結出醇類液體閃點的變化趨勢，從而推出部分可燃液體以及混合液體的閃點的變化趨勢。

1 實驗

1.1 實驗材料。用于多組分可燃液體閃點特性研究的液體化學品選用乙醇、正丁醇、己醇(國藥集團化學試劑有限公司)。

1.2 實驗設備。閃點測試選用的實驗儀器為電腦閉口閃點測定儀(TDB-6A型，中國吉林市天宇儀器儀表廠)。

2 結果與討論

混合溶液的閃點與各組分液體的閃點有關，并且隨著各組分配比的變化而變化。觀察混合液體實際的閃點變化曲線的趨勢與特征，總結出估算經驗公式。通過實驗驗證該公式適用于二、三、四元混合液體以及其他混合液體的閃點計，該公式如下：

式中，V 表示混合液體中各組分的體積分數；T 表示各組分的閃點，單位為℃；T混表示混合液體的閃點，單位為℃。將混合液體不同的比例及閃點數值代入公式中，求得閃點的計算值，然后與實驗值相比較。

圖1 為乙醇與正丁醇混合溶液的閃點隨體積分數變化曲線圖。從圖1 可以看出，正丁醇的含量增多，則混合液體的閃點升高，反之，乙醇的含量增多，混合液體的閃點降低。正丁醇的體積分數在60%之前，混合液體的閃點變化不大，有增高的趨勢，但是不明顯；當正丁醇的體積分數達到60%以后，混合液體閃點升高變得更加明顯。從圖1 可以看出實驗值與計算值得變化趨勢基本相同。

圖1 乙醇與正丁醇混合溶液的閃點隨體積分數變化曲線圖

從圖1 可以看出當正丁醇的體積分數在0-60%之間，因為是兩種液體混合，則乙醇的體積分數在100%-40%之間時，出現了恒閃點現象，在兩種可燃液體混合時，閃點的變化會出現恒閃點行為，即為圖中所看到的，在正丁醇的體積分數在0-60%的情況下，混合液體的閃點基本保持在一個范圍沒有太大的變化，這種現象就叫做恒閃點現象。乙醇與正丁醇它們之間都有范德華力和氫鍵，由于乙醇分子與乙醇分子、乙醇分子與正丁醇分子、正丁醇分子與正丁醇分子之間都存在氫鍵，所以不考慮氫鍵作用力大小的影響；而范德華力受分子的相對分子質量大小的影響，正丁醇的相對分子質量要大于乙醇的相對分子質量，分子間的作用力越小就越容易蒸發，所以乙醇更容易蒸發，在形成蒸汽的時候要有很大的范德華力將分子和分子分開，所以正丁醇分子間的作用力相對要大，混合液體中乙醇更加容易汽化，從而導致乙醇蒸汽的比例大，最終使得混合液體的閃點在乙醇體積分數為40%-100%時幾乎保持平穩，并且接近乙醇的閃點。

圖2 是乙醇與己醇混合溶液的閃點隨體積分數變化曲線圖。從圖2 可以看出，己醇的含量增多，則混合液體的閃點升高，反之，乙醇的含量增多，混合液體的閃點降低。己醇的體積分數在50%之前，混合液體的閃點變化不大；當己醇的體積分數達到50%以后，混合液體閃點升高變得更加明顯。從圖2 可以看出，閃點的實驗值與計算值得變化趨勢基本相同。

圖2 乙醇與己醇混合溶液的閃點隨體積分數變化曲線圖

從圖2 可以看出當己醇的體積分數在0-50%之間，因為是兩種液體混合，則乙醇的體積分數在100%-50%之間時，出現了恒閃點現象。乙醇與己醇它們之間都有范德華力和氫鍵，由于乙醇分子與乙醇分子、乙醇分子與己醇分子、己醇分子與己醇分子之間都存在氫鍵，所以不考慮氫鍵的作用力大小的影響，而范德華力受分子的相對分子質量大小的影響，己醇的相對分子質量要大于乙醇的相對分子質量，分子間的作用力越小就越容易蒸發，所以乙醇更容易蒸發，在形成蒸汽的時候要有很大的范德華力將分子和分子分開，所混合液體中乙醇更加容易汽化，從而導致乙醇的蒸汽比例大，最終使得混合液體的閃點在乙醇體積分數為50%-100%時幾乎保持平穩，并且接近乙醇的閃點。

圖3 正丁醇與己醇混合溶液的閃點隨體積分數變化曲線圖

從圖4 可以看出，三元可燃液體進行混合，在乙醇的體積分數不斷增多的過程中，混合液體的閃點也隨之下降，并且越來越靠近乙醇的閃點。由前三組的實驗經驗總結可以得出，乙醇的相對分子質量最小，則分子間的范德華力就越小，所以當混合液體中乙醇增多時，即閃點低的液體增多時，混合液體的閃點也降低。

圖4 乙醇、正丁醇、己醇混合溶液的閃點

此外，無論是乙醇與正丁醇的混合溶液還是乙醇與己醇的混合溶液，最后測得的閃點實驗值，都呈現出遞減的狀態，乙醇與己醇混合溶液的閃點下降得要快一些，乙醇為兩種溶液的公共液體，兩種溶液中不同的是正丁醇與己醇，正丁醇與己醇的結構式分別為：CH3-CH2-CH2-CH2-OH，CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH；兩者都含有羥基，正丁醇有4 個C，己醇有6 個C，正丁醇的碳鏈要比己醇的短一些，可見在含有同種官能團的情況下，碳鏈越長則閃點越高，都為醇類。由此也可以推出，在醇類中，含碳量越高，則閃點也就越高。另外，己醇的相對分子質量為102.18，而正丁醇的相對分子質量為74.12，己醇的相對分子質量大于正丁醇的相對分子質量，有此也可也看出，同類物質，相對分子質量越大，則其閃點也就越高。相同的規律也同樣適用于三種樣品的其他混合液。

3 結論

本次實驗通過采用乙醇、正丁醇、己醇三種可燃液體按照不同的比例進行混合，利用電腦閉口閃點測試儀測試純組分以及混合液體的閃點值，通過觀察實驗結果得出實驗結論。

3.1 當兩種醇互相混合時，混合液體中，閃點高與閃點低的液體相混合，閃點低的液體含量增加則閃點降低；反之，閃點高的液體增加則閃點升高。理論上，混合液體的閃點應在這兩種純組分的物質的閃點值之間。

3.2 當三種醇混合時，在閃點低的液體不斷增加的過程中，混合液體的閃點也會隨之不斷降低，越來越靠近低閃點的液體；反之，如果高閃點的液體增加，則混合液體的閃點也會隨著增加。

3.3 在兩種可燃液體混合時，閃點的變化會出現恒閃點行為。混合液體中相對分子質量小的物質越多，則混合液體的閃點越低；反之，相對分子質量大的物質越多，則混合液體的閃點越高。

3.4 閃點的大小也受碳鏈長短的影響，碳鏈越長，則液體的閃點越高，含有這樣的組分越多，混合液體的閃點也就越高，反之，碳鏈越短，則液體的閃點越低，含有這樣的組分越多，混合液體的閃點也就越低。

通過實驗研究發現的醇類液體閃點的變化規律，從而也可以推測出一部分可燃液體及混合液體的變化規律，為危險化學品的生產、運輸、儲存、使用等各個方面起到了降低火災危險性的作用。