كيمياء البترول. نقطة الوميض، نقطة الاشتعال، نقطة الاشتعال الذاتي، نقطة التصلب، نقطة الانصهار، نقطة التليين نقطة الوميض لها أدنى قيمة لـ

ما هي نقطة الوميض؟

نقطة وميض السائل القابل للاشتعال هي الحد الأدنى لدرجة الحرارة، حيث يطلق السائل القابل للاشتعال كمية كافية من البخار لتكوين خليط قابل للاشتعال مع الهواء فوق سطح السائل القابل للاشتعال (في ظل الظروف العادية الضغط الجوي). إذا كانت نقطة وميض سائل قابل للاشتعال أعلى من درجة الحرارة القصوى بيئة، فلن يكون من الممكن تكوين جو متفجر.

ملاحظة: قد تكون نقطة الوميض لخليط من السوائل القابلة للاشتعال المختلفة أقل من نقطة الوميض الخاصة بمكوناته الفردية.

أمثلة على نقطة الوميض للوقود النموذجي:

يستخدم البنزين للمحركات الاحتراق الداخليوالتي تعمل عن طريق الإشعال بالشرارة. ويجب أن يتم خلط الوقود مسبقًا بالهواء ضمن حدوده الانفجارية وتسخينه فوق نقطة الوميض، ثم يتم إشعاله بواسطة شمعات الإشعال. يجب ألا يشتعل الوقود قبل لحظة الإشعال عندما يكون المحرك ساخناً. ولذلك، فإن البنزين لديه نقطة وميض منخفضة ودرجة حرارة اشتعال ذاتي عالية.

يمكن أن تتراوح نقطة وميض وقود الديزل من 52 درجة مئوية إلى 96 درجة مئوية حسب النوع. يستخدم وقود الديزل في المحركات ذات درجة عاليةضغط. يتم ضغط الهواء حتى يتم تسخينه فوق درجة حرارة الاشتعال الذاتي لوقود الديزل، وبعد ذلك يتم حقن الوقود على شكل نفاث تحت ارتفاع الضغطالحفاظ على خليط الهواء والوقود ضمن حد القابلية للاشتعال لوقود الديزل. في هذا النوع من المحركات لا يوجد مصدر إشعال. ولذلك، يتطلب وقود الديزل نقطة وميض عالية ودرجة حرارة اشتعال ذاتي منخفضة للاشتعال.

نقطة الوميضهي درجة الحرارة التي يطلق عندها منتج بترولي، عند تسخينه في الظروف القياسية، كمية من البخار تشكل خليطًا قابلاً للاشتعال مع الهواء المحيط، والذي يشتعل عند تطبيق لهب وينطفئ بسبب نقص الكتلة القابلة للاشتعال في هذا الخليط.

تعتبر درجة الحرارة هذه من سمات الخصائص الخطرة للحريق للمنتجات البترولية، وعلى أساسها يتم تصنيف مرافق إنتاج النفط وتكرير النفط إلى فئات خطر الحريق.

ترتبط نقطة وميض NPs بها متوسط ​​درجة الحرارةالغليان، أي. مع التبخر. كلما كانت نسبة الزيت أخف، انخفضت نقطة الوميض. وبالتالي، فإن أجزاء البنزين لها نقاط وميض سلبية (تصل إلى -40 درجة مئوية)، وأجزاء الكيروسين والديزل 35-60 درجة مئوية، وأجزاء الزيت 130-325 درجة مئوية. بالنسبة لأجزاء الزيت، تشير نقطة الوميض إلى وجود هيدروكربونات تتبخر بسهولة.

يؤثر وجود منتجات الرطوبة والتحلل في NP بشكل كبير على قيمة نقطة الوميض.

تم توحيد طريقتين لتحديد نقطة الوميض: في البوتقات المفتوحة والمغلقة. الفرق في درجات حرارة الفلاش لنفس NPs في البوتقات المفتوحة والمغلقة كبير جدًا. وفي الحالة الأخيرة، تتراكم الكمية المطلوبة من بخار الزيت في وقت أبكر مما هو عليه في الأجهزة المفتوحة.

يتم تصنيف جميع المواد التي لها نقطة وميض في بوتقة مغلقة أقل من 61 درجة مئوية على أنها سوائل قابلة للاشتعال (FLL)، والتي بدورها تنقسم إلى خطيرة بشكل خاص (نقطة وميض أقل من 18 درجة مئوية تحت الصفر)، وخطيرة باستمرار (نقطة وميض من ناقص 18 درجة مئوية إلى 23 درجة مئوية) وخطرة عند درجات حرارة مرتفعة (نقطة الاشتعال من 23 درجة مئوية إلى 61 درجة مئوية).

تميز نقطة الوميض للمنتج البترولي قدرة هذا المنتج البترولي على تكوين خليط متفجر مع الهواء. يصبح خليط من الأبخرة والهواء متفجرا عندما يصل تركيز أبخرة الوقود فيه إلى قيم معينة. ووفقاً لذلك يتم تحديد الحدود الدنيا والعليا لانفجار خليط من أبخرة المنتجات البترولية والهواء.

إذا كان تركيز بخار المنتج البترولي أقل من الحد الأدنى للانفجار، فلا يحدث انفجار، لأن الهواء الزائد المتوفر يمتص الحرارة المنطلقة عند النقطة الأولية للانفجار وبالتالي يمنع اشتعال الأجزاء المتبقية من الوقود. عندما يكون تركيز بخار الوقود في الهواء أعلى من الحد الأعلى، لا يحدث انفجار بسبب نقص الأكسجين في الخليط.

يتمتع الأسيتيلين وأول أكسيد الكربون والهيدروجين بأوسع نطاقات انفجار وبالتالي فهي الأكثر انفجارًا.

درجة حرارة الاشتعاليسمى الحد الأدنى درجة الحرارة المسموح بها، حيث يتبخر خليط NP مع الهواء فوق سطحه، عند تطبيق اللهب، يشتعل ولا يخرج لفترة معينة، أي. يكون تركيز الأبخرة القابلة للاشتعال بحيث يتم الحفاظ على الاحتراق حتى مع وجود الهواء الزائد.

يتم تحديد درجة حرارة الاشتعال باستخدام جهاز ذو بوتقة مفتوحة، وتكون قيمتها أعلى بعشرات الدرجات من نقطة الوميض في البوتقة المفتوحة.

درجة حرارة الاشتعال الذاتيهي درجة الحرارة التي يؤدي عندها ملامسة المنتج البترولي للهواء إلى اشتعاله واحتراقه بشكل مطرد دون وجود مصدر للحريق.

يتم تحديد درجة حرارة الاشتعال الذاتي في دورق مفتوح عن طريق التسخين حتى يظهر لهب في الدورق. درجة حرارة الاشتعال الذاتي أعلى بمئات الدرجات من درجات حرارة الوميض والاشتعال (البنزين 400-450 درجة مئوية، الكيروسين 360-380 درجة مئوية، وقود الديزل 320-380 درجة مئوية، زيت الوقود 280-300 درجة مئوية).

لا تعتمد درجة حرارة الاشتعال الذاتي للمنتجات البترولية على التبخر، بل على تبخرها التركيب الكيميائي. تتمتع الهيدروكربونات العطرية، وكذلك المنتجات البترولية الغنية بها، بأعلى درجة حرارة للاشتعال الذاتي، بينما تتمتع منتجات البارافين بأدنى درجة حرارة. كلما زاد الوزن الجزيئي للهيدروكربونات، انخفضت درجة حرارة الاشتعال الذاتي، لأنها تعتمد على القدرة على الأكسدة . مع زيادة الوزن الجزيئي للهيدروكربونات، تزداد قدرتها المؤكسدة وتخضع للأكسدة (مسببة الاحتراق) عند درجة حرارة أقل.

لإنشاء بخار NTPRP فوق سطح السائل، يكفي التسخين إلى درجة حرارة تساوي NTPRP وليس كتلة السائل بأكملها، ولكن الطبقة السطحية فقط.

في وجود الأشعة تحت الحمراء، سيكون هذا الخليط قادرا على الاشتعال. في الممارسة العملية، غالبا ما يتم استخدام مفاهيم نقطة الوميض ودرجة حرارة الاشتعال.

تحت نقطة الوميضفهم أدنى درجة حرارة لسائل يتشكل عندها، في ظل ظروف اختبار خاصة، تركيز من البخار السائل فوق سطحه يكون قابلاً للاشتعال من الاشتعال، ولكن معدل تكوينه غير كافٍ للاحتراق اللاحق. وبالتالي، عند نقطة الوميض وعند الحد الأدنى لدرجة حرارة الإشعال فوق سطح السائل، يتم تشكيل حد تركيز أقل للإشعال، ولكن في الحالة الأخيرة، يتم إنشاء HKPRP بواسطة بخار مشبع. ولذلك، تكون نقطة الوميض دائمًا أعلى قليلاً من NTPRP. على الرغم من وجود اشتعال قصير المدى للأبخرة في الهواء عند نقطة الوميض، وهو أمر غير قادر على التطور إلى احتراق مستقر للسائل، ومع ذلك، في ظل ظروف معينة، يمكن أن يكون وميض الأبخرة السائلة مصدرًا للحريق.

يتم أخذ نقطة الوميض كأساس لتصنيف السوائل إلى سوائل قابلة للاشتعال (FLL) وسوائل قابلة للاشتعال (CL). تشمل السوائل القابلة للاشتعال السوائل ذات نقطة وميض في بوتقة مغلقة تبلغ درجة حرارتها 61 درجة مئوية أو في بوتقة مفتوحة تبلغ درجة حرارتها 65 درجة مئوية أو أقل، GL - ذات نقطة وميض في بوتقة مغلقة تبلغ درجة حرارتها 61 درجة مئوية أو في بوتقة مفتوحة 65 درجة مئوية. ج.

الفئة الأولى - خاصة السوائل القابلة للاشتعال الخطرة، وتشمل السوائل شديدة الاشتعال بنقطة وميض تبلغ -18 درجة مئوية أو أقل في بوتقة مغلقة أو من -13 درجة مئوية أو أقل في بوتقة مفتوحة؛

الفئة الثانية - السوائل القابلة للاشتعال ذات الخطورة الدائمة، وتشمل السوائل شديدة الاشتعال التي تزيد درجة وميضها عن -18 درجة مئوية إلى 23 درجة مئوية في بوتقة مغلقة أو من -13 إلى 27 درجة مئوية في بوتقة مفتوحة؛

الفئة الثالثة – السوائل القابلة للاشتعال، الخطرة عند درجات حرارة الهواء المرتفعة، وتشمل هذه السوائل شديدة الاشتعال مع نقطة وميض من 23 إلى 61 درجة مئوية في بوتقة مغلقة أو من 27 إلى 66 درجة مئوية في بوتقة مفتوحة.

اعتمادًا على نقطة الوميض، يتم تحديد طرق آمنة لتخزين ونقل واستخدام السوائل لأغراض مختلفة. تتغير نقطة وميض السوائل التي تنتمي إلى نفس الفئة بشكل طبيعي مع التغيرات في الخواص الفيزيائية لأعضاء السلسلة المتماثلة (الجدول 4.1).

الجدول 4.1.

الخصائص الفيزيائية للكحولات

تزداد نقطة الوميض بزيادة الوزن الجزيئي ونقطة الغليان والكثافة. تشير هذه الأنماط في السلسلة المتماثلة إلى أن نقطة الوميض مرتبطة بها الخصائص الفيزيائيةالمواد هي في حد ذاتها معلمة فيزيائية. وتجدر الإشارة إلى أن نمط التغييرات في نقطة الوميض سلسلة متماثلةلا يمكن تطبيقه على السوائل التي تنتمي إلى فئات مختلفة من المركبات العضوية.

عند خلط السوائل القابلة للاشتعال مع الماء أو رابع كلوريد الكربون، فإن ضغط الأبخرة القابلة للاشتعال عند ذلك وتنخفض نفس درجة الحرارة مما يؤدي إلى زيادة نقطة الوميض. يمكنك تخفيف الوقود السائل إلى الحد الذي لا يحتوي فيه الخليط الناتج على نقطة وميض (انظر الجدول 4.2).

تظهر ممارسة إطفاء الحرائق أن احتراق السوائل شديدة الذوبان في الماء يتوقف عندما يصل تركيز السائل القابل للاشتعال إلى 10-25٪.

الجدول 4.2.

بالنسبة للمخاليط الثنائية من السوائل القابلة للاشتعال شديدة الذوبان في بعضها البعض، تكون نقطة الوميض بين نقاط وميض السوائل النقية وتقترب من نقطة وميض إحداها، اعتمادًا على تركيبة الخليط.

مع عن طريق زيادة درجة حرارة السائل، ومعدل التبخر تزداد وعند درجة حرارة معينة تصل إلى قيمة أنه بمجرد إشعال النار في الخليط، فإنه يستمر في الاحتراق بعد إزالة مصدر الإشعال. عادة ما تسمى درجة حرارة السائل هذه درجة حرارة الاشتعال. بالنسبة للسوائل القابلة للاشتعال، يختلف بمقدار 1-5 درجة مئوية عن نقطة الوميض، وبالنسبة للسوائل القابلة للاشتعال - بمقدار 30-35 درجة مئوية. عند درجة حرارة اشتعال السوائل، يتم إنشاء عملية احتراق ثابتة (ثابتة).

هناك علاقة بين نقطة الوميض في بوتقة مغلقة والحد الأدنى لدرجة حرارة الاشتعال، الموصوفة بالصيغة:

تي صن - تي ن.ب.

= 0.125 ت الشمس + 2. (4.4)< 433 К (160 0 С).

هذه العلاقة صالحة عند T sun

, (4.5)

يسبب الاعتماد الكبير لدرجات حرارة الفلاش والاشتعال على الظروف التجريبية صعوبات معينة في إنشاء طريقة حسابية لتقدير قيمها. ومن أكثرها شيوعًا الطريقة شبه التجريبية التي اقترحها V. I. Blinov:

حيث T الشمس - نقطة الوميض، (الاشتعال)، K؛ ع الشمس – الضغط الجزئيبخار مشبع

السوائل عند نقطة الوميض (الاشتعال)، Pa؛

D 0 – معامل انتشار البخار السائل، م 2 / ث؛

n هو عدد جزيئات الأكسجين اللازمة للأكسدة الكاملة لجزيء واحد من الوقود؛نقطة الوميض

- هي درجة الحرارة التي يطلق عندها منتج بترولي يتم تسخينه في الظروف القياسية كمية من البخار تشكل خليطًا قابلاً للاشتعال مع الهواء المحيط، والذي يشتعل عند جلب اللهب إليه.

يرتبط هذا المؤشر ارتباطًا وثيقًا بنقطة الغليان، أي. مع التبخر. كلما كان المنتج البترولي أخف وزنا، كان تبخره أفضل، وكانت نقطة وميضه أقل. على سبيل المثال، أجزاء البنزين لها نقاط وميض سلبية (تصل إلى -40 درجة مئوية)، وأجزاء الكيروسين لها نقاط وميض في نطاق 28-60 درجة مئوية، وأجزاء وقود الديزل - 50-80 درجة مئوية، وأجزاء الزيت الأثقل - 130-325 درجة مئوية . يمكن أن تكون نقاط الوميض للزيوت المختلفة إيجابية وسلبية.

ولذلك، فإن نقطة الوميض لنفس المنتج البترولي، المحددة في البوتقة المفتوحة، ستكون أعلى منها في البوتقة المغلقة. كقاعدة عامة، يتم تحديد نقطة الوميض في البوتقة المفتوحة لأجزاء الزيت عالية الغليان (الزيوت وزيوت الوقود). تعتبر نقطة الوميض هي درجة الحرارة التي يظهر عندها اللهب الأزرق الأول على سطح المنتج الزيتي وينطفئ على الفور. يتم الحكم على الخصائص الانفجارية للمنتج البترولي من خلال نقطة الوميض، أي. حول إمكانية تكوين مخاليط متفجرة من أبخرتها مع الهواء. هناك حدود انفجارية دنيا وعليا.

إذا كان تركيز بخار المنتج البترولي في خليط مع الهواء أقل من الحد الأدنى فلن يحدث انفجار، لأن الهواء الزائد المتوفر يمتص الحرارة المنطلقة عند نقطة الانفجار وبالتالي يمنع اشتعال أجزاء أخرى من الوقود.

عندما يكون تركيز بخار المنتج البترولي في المخلوط مع الهواء أعلى من الحد الأعلى فلا يحدث انفجار بسبب نقص الأكسجين في الخليط.

درجة حرارة الاشتعال.عند تحديد نقطة الوميض، يتم ملاحظة ظاهرة عندما يشتعل المنتج البترولي وينطفئ على الفور. إذا تم تسخين المنتج الزيتي بدرجة أعلى (بنسبة 30-50 درجة مئوية) وتم إحضار مصدر النار مرة أخرى إلى سطح المنتج الزيتي، فلن يشتعل فحسب، بل سيحترق أيضًا بهدوء. تسمى درجة الحرارة الدنيا التي يومض عندها المنتج البترولي ويبدأ في الاحتراق بدرجة حرارة الاشتعال.

درجة حرارة الاشتعال التلقائي. إذا تم تسخين منتج زيتي إلى درجة حرارة عالية دون ملامسة الهواء، ثم تم توفير هذا الاتصال، فقد يشتعل منتج الزيت تلقائيًا.

تسمى درجة الحرارة الدنيا المقابلة لهذه الظاهرة بدرجة حرارة الاشتعال الذاتي. ذلك يعتمد على التركيب الكيميائي. معظم درجات حرارة عاليةتظهر الهيدروكربونات العطرية والمنتجات البترولية الغنية بها اشتعالًا ذاتيًا، يليها النفثين والبارافينات.

كلما كان المنتج البترولي أخف وزنا، كلما ارتفعت درجة حرارة الاشتعال الذاتي. لذلك، بالنسبة للبنزين، فهو في حدود 400-450 درجة مئوية، لزيوت الغاز - 320-360 درجة مئوية.

غالبًا ما يكون الاحتراق التلقائي للمنتجات البترولية هو سبب الحرائق في المصانع. أي خفض ضغط لوصلات الفلنجة في الأعمدة، والمبادلات الحرارية، وخطوط الأنابيب، وما إلى ذلك. قد يسبب حريقا.

يجب إزالة المادة العازلة المصبوغة بالمنتج البترولي، حيث أن تأثيرها التحفيزي يمكن أن يسبب اشتعالًا ذاتيًا للمنتج البترولي عند درجات حرارة أعلى بكثير. درجات حرارة منخفضةأوه.

نقطة صب. عند نقل المنتجات البترولية عبر خطوط الأنابيب واستخدامها في درجات حرارة منخفضة في الطيران، فإن حركتها وقابليتها للضخ الجيدة في ظل هذه الظروف لها أهمية كبيرة. تسمى درجة الحرارة التي يفقد عندها المنتج البترولي قدرته على الحركة في ظل ظروف الاختبار القياسية نقطة الصب.

يمكن أن يحدث فقدان حركة المنتج النفطي بسبب عاملين: إما زيادة لزوجة المنتج النفطي، أو بسبب تكوين بلورات البارافين وسماكة الكتلة الكاملة للمنتج النفطي.

يرافقه توهج مشرق على المدى القصير. لا يوجد احتراق مستقر. نقطة الوميض هي أدنى درجة حرارة للمواد المتكثفة التي تتشكل عندها أبخرة فوق سطحها، وتشتعل عند ظهور شرارة أو لهب أو جسم ساخن.

تتمتع السوائل المصنفة على أنها قابلة للاشتعال بالقدرة على الوميض عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا. الحد الأقصى لنقطة الوميض لهذه المواد في البوتقات المغلقة هو +61 درجة مئوية، في البوتقات المفتوحة - +66 درجة مئوية. تكون بعض المواد قادرة على الاحتراق التلقائي بعد وصولها إلى درجة حرارة الاحتراق المميزة لها.

تحديد الضغط ممكن لأي سائل قابل للاشتعال. يزداد بما يتناسب مع درجة حرارة المادة. بمجرد أن تصل نقطة الوميض إلى القيمة الحرجة (الحد الأقصى)، يصبح من الممكن الحفاظ على الاحتراق.

ومع ذلك، فإن بداية توازن البخار والسائل سوف تتطلب بعض الوقت، وهو ما يتناسب مع معدل تكوين البخار. يمكن تحقيق الاحتراق المستقر من خلال الوصول إلى درجة حرارة احتراق معينة (فردية لكل مادة)، حيث أن درجة حرارة الاحتراق تكون دائمًا أعلى من نقطة الوميض.

إن التغيير المباشر لدرجات الحرارة التي تشتعل فيها المواد له صعوبات معينة. ولذلك تعتبر نقطة الوميض هي درجة حرارة جدران أوعية التفاعل التي يلاحظ فيها هذا الوميض. تعتمد درجة الحرارة بشكل مباشر على ظروف التبادل الحراري الذي يحدث داخل الوعاء نفسه، وعلى نشاطه الحفاز، وعلى البيئة، وعلى حجم السائل الموجود في الوعاء.

تعتبر السوائل الخطرة بشكل خاص هي السوائل التي يمكن أن تشتعل عند درجات حرارة أقل من -18 درجة مئوية في البوتقات المغلقة، وأقل من -13 درجة مئوية في البوتقات المفتوحة. تعتبر السوائل التي يمكن أن تشتعل عند درجة حرارة +23 درجة مئوية في البوتقات المغلقة وما يصل إلى +27 درجة مئوية في البوتقات المفتوحة، خطرة بشكل دائم. تصل مؤشرات درجة الحرارة للسوائل الخطرة إلى +60 درجة مئوية مع البوتقات المغلقة، وتصل إلى +66 درجة مئوية مع البوتقات المفتوحة.

ويختلف الفرق والاحتراق بشكل كبير، وهو فردي لكل مادة. نقطة الوميض، على سبيل المثال، لا تزيد عن +70 درجة مئوية. درجة حرارة الاحتراق + 1100 درجة مئوية. درجة حرارة الاشتعال - من +100 درجة مئوية إلى +119 درجة مئوية. لكن نقطة وميض البنزين، بسبب تقلبه العالي جدًا، تكون +40 درجة مئوية، وأحيانًا أقل. درجة حرارة الاشتعال هي + 300 درجة مئوية. المؤشرات المتعلقة بالبنزين معممة إلى حد ما. وينبغي اعتبارها متوسطة، حيث أنها موجودة أنواع مختلفةالبنزين (السيارات (الصيف والشتاء)، الطيران) بخصائص مختلفة بشكل كبير، وبالتالي، درجات حرارة مختلفةومضات، الاشتعال، الاحتراق.

الاحتراق هو عملية مصحوبة بالإفراج كمية كبيرةحرارة مع انبعاث ضوء مميز (توهج)، ممكن عند الوصول إلى درجة حرارة محددة لكل مادة وإمكانية الوصول إلى الأكسجين أو المواد الأخرى (الكبريت، بخار البروم، إلخ).

وأخطر الانفجارات هي تلك التي تتميز باللحظة تفاعل كيميائيإطلاق طاقة هائلة وأداء الأعمال الميكانيكية. يمكن أن ينتشر الحريق في الانفجار لمسافة 3000 متر في ثانية واحدة. ويسمى احتراق الخليط بهذه السرعة بالتفجير. غالبًا ما تسبب موجات الصدمة الناتجة عن الانفجار أضرارًا وحوادثًا كبيرة.