Chemie des Öls. Flammpunkt, Entzündung, Selbstentzündung, Erstarrung, Schmelzen, Erweichung Der Flammpunkt ist für

Was ist Flammpunkt?

Der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist die Mindesttemperatur, bei der eine brennbare Flüssigkeit genügend Dampf freisetzt, um über der Oberfläche der brennbaren Flüssigkeit (bei normalem Atmosphärendruck) mit Luft ein brennbares Gemisch zu bilden. Liegt der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit über der maximalen Umgebungstemperatur, kann sich keine explosionsfähige Atmosphäre bilden.

Hinweis: Der Flammpunkt einer Mischung verschiedener brennbarer Flüssigkeiten kann niedriger sein als der Flammpunkt seiner Einzelkomponenten.

Flammpunktbeispiele für typische Kraftstoffe:

Benzin wird für Verbrennungsmotoren verwendet, die durch Funkenzündung angetrieben werden. Der Kraftstoff muss entsprechend seiner Explosionsgrenzen mit Luft vorgemischt und über den Flammpunkt erhitzt und dann von den Zündkerzen gezündet werden. Der Kraftstoff darf sich bei warmem Motor nicht vor dem Zündzeitpunkt entzünden. Daher hat Benzin einen niedrigen Flammpunkt und eine hohe Selbstentzündungstemperatur.

Der Flammpunkt von Dieselkraftstoff kann je nach Typ zwischen 52 °C und 96 °C liegen. Dieselkraftstoff wird in einem Motor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis verwendet. Die Luft wird komprimiert, bis sie über die Selbstentzündungstemperatur von Dieselkraftstoff erhitzt wird, wonach der Kraftstoff in Form eines Hochdruckstrahls eingespritzt wird, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Entflammbarkeitsgrenze von Dieselkraftstoff gehalten wird. Bei diesem Motortyp gibt es keine Zündquelle. Daher erfordert die Zündung von Dieselkraftstoff einen hohen Flammpunkt und eine niedrige Selbstentzündungstemperatur.

Flammpunkt ist die Temperatur, bei der ein unter Normalbedingungen erhitztes Ölprodukt eine solche Dampfmenge abgibt, die mit der umgebenden Luft ein brennbares Gemisch bildet, das beim Anzünden der Flamme aufflammt und mangels brennbarer Masse in diesem Gemisch erlischt .

Diese Temperatur ist ein Merkmal der Brandgefahreneigenschaften von Erdölprodukten, und auf ihrer Grundlage werden Ölförderungs- und Ölraffinerieanlagen in Brandgefahrenkategorien eingeteilt.

Der Flammpunkt von NPs hängt von ihrem durchschnittlichen Siedepunkt ab, d.h. mit Verdunstung. Je leichter die Ölfraktion, desto niedriger ist ihr Flammpunkt. So haben Benzinfraktionen negative (bis -40 °C) Flammpunkte, Kerosin- und Dieselfraktionen 35-60 °C, Ölfraktionen 130-325 °C. Bei Ölfraktionen zeigt der Flammpunkt das Vorhandensein flüchtiger Kohlenwasserstoffe an.

Das Vorhandensein von Feuchtigkeit und Zersetzungsprodukten in NP beeinflusst den Wert seines Flammpunkts erheblich.

Zwei Methoden zur Bestimmung des Flammpunktes sind genormt: offener und geschlossener Tiegel. Der Unterschied zwischen den Flammpunkten der gleichen NPs in offenen und geschlossenen Tiegeln ist sehr groß. Im letzteren Fall fällt die erforderliche Öldampfmenge früher an als bei offenen Geräten.

Alle Stoffe mit einem Flammpunkt im geschlossenen Tiegel unter 61 °C werden als brennbare Flüssigkeiten (brennbare Flüssigkeiten) eingestuft, die wiederum in besonders gefährlich (Flammpunkt unter minus 18 °C), dauerhaft gefährlich (Flammpunkt ab minus 18 °C bis 23 °C) und gefährlich bei erhöhten Temperaturen (Flammpunkt von 23 °C bis 61 °C).

Der Flammpunkt eines Ölprodukts kennzeichnet die Fähigkeit dieses Ölprodukts, mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch zu bilden. Ein Gemisch aus Dämpfen und Luft wird explosiv, wenn die Konzentration der darin enthaltenen Kraftstoffdämpfe bestimmte Werte erreicht. Dementsprechend werden die unteren und oberen Grenzen der Explosionsfähigkeit eines Gemisches aus Dämpfen eines Ölprodukts mit Luft unterschieden.

Unterschreitet die Konzentration der Öldämpfe die untere Explosionsgrenze, kommt es zu keiner Explosion, da der vorhandene Luftüberschuss die am Ausgangspunkt der Explosion freigesetzte Wärme aufnimmt und so die Entzündung der restlichen Kraftstoffanteile verhindert. Wenn die Konzentration von Kraftstoffdampf in der Luft über der oberen Grenze liegt, tritt die Explosion aufgrund des Sauerstoffmangels im Gemisch nicht auf.

Acetylen, Kohlenmonoxid und Wasserstoff haben die größten Explosionsbereiche und sind daher am explosivsten.

Flammpunkt wird die minimal zulässige Temperatur genannt, bei der das Gemisch von NP-Dämpfen mit Luft über seiner Oberfläche, wenn die Flamme hochgebracht wird, aufflammt und für eine bestimmte Zeit nicht erlischt, d.h. Die Konzentration brennbarer Dämpfe ist so hoch, dass auch bei Luftüberschuss die Verbrennung aufrechterhalten wird.

Die Zündtemperatur wird mit einem Gerät mit offenem Tiegel bestimmt und liegt in ihrem Wert um zehn Grad höher als der Flammpunkt in einem offenen Tiegel.

Selbstentzündungstemperatur bezeichnet die Temperatur, bei der der Kontakt eines Ölprodukts mit Luft seine Entzündung und stabile Verbrennung verursacht, ohne eine Brandquelle zu schaffen.

Die Selbstentzündungstemperatur wird in einem offenen Kolben durch Erhitzen bis zum Erscheinen einer Flamme im Kolben bestimmt. Die Selbstentzündungstemperatur liegt hunderte Grad höher als die Flamm- und Zündtemperatur (Benzin 400–450 °C, Kerosin 360–380 °C, Dieselkraftstoff 320–380 °C, Heizöl 280–300 °C).

Die Selbstentzündungstemperatur von Mineralölprodukten hängt nicht von der Flüchtigkeit ab, sondern von ihrer chemischen Zusammensetzung. Aromatische Kohlenwasserstoffe sowie daran reiche Erdölprodukte haben die höchste Selbstentzündungstemperatur und paraffinische Kohlenwasserstoffe die niedrigste Je höher das Molekulargewicht von Kohlenwasserstoffen ist, desto niedriger ist die Selbstentzündungstemperatur, da sie von der Oxidationsfähigkeit abhängt. Mit zunehmendem Molekulargewicht von Kohlenwasserstoffen nimmt ihre Oxidationsfähigkeit zu und sie treten bei einer niedrigeren Temperatur in eine Oxidationsreaktion ein (die eine Verbrennung verursacht).

Um NKPP-Dampf über der Oberfläche einer Flüssigkeit zu erzeugen, reicht es aus, nicht die gesamte Masse der Flüssigkeit, sondern nur ihre Oberflächenschicht auf eine Temperatur zu erhitzen, die NTPRP entspricht.

In Gegenwart von IS ist ein solches Gemisch zündfähig. In der Praxis werden am häufigsten die Begriffe Flammpunkt und Zündpunkt verwendet.

Unter Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur einer Flüssigkeit zu verstehen, bei der sich unter den Bedingungen spezieller Tests über ihrer Oberfläche eine Konzentration von Flüssigkeitsdampf bildet, die sich von IZ entzünden kann, deren Bildungsgeschwindigkeit jedoch für eine spätere Verbrennung nicht ausreicht. Somit bildet sich sowohl beim Flammpunkt als auch bei der unteren Zündtemperaturgrenze über der Flüssigkeitsoberfläche eine untere Konzentrationszündgrenze aus, im letzteren Fall entsteht jedoch HKPRP durch gesättigte Dämpfe. Daher ist der Flammpunkt immer etwas höher als bei NTPRP. Am Flammpunkt kommt es zwar zu einer kurzzeitigen Entzündung von Dämpfen in der Luft, die nicht in eine stabile Verbrennung einer Flüssigkeit übergehen können, dennoch kann ein Ausbruch von Flüssigkeitsdämpfen unter bestimmten Bedingungen eine Brandquelle darstellen.

Der Flammpunkt dient als Grundlage für die Einteilung von Flüssigkeiten in brennbare (brennbare Flüssigkeiten) und brennbare Flüssigkeiten (FL). Zu den brennbaren Flüssigkeiten gehören Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt im geschlossenen Tiegel von 61 0 C oder im offenen Tiegel von 65 0 C und darunter, GZH - mit einem Flammpunkt im geschlossenen Tiegel von mehr als 61 0 C oder im offenen Tiegel von 65 0 C.

Kategorie I - besonders gefährliche brennbare Flüssigkeiten, dazu gehören brennbare Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von -18 0 C und darunter in einem geschlossenen Tiegel oder von -13 0 C und darunter in einem offenen Tiegel;

Kategorie II - permanent gefährliche brennbare Flüssigkeiten, dazu gehören brennbare Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt über -18 0 C bis 23 0 C in einem geschlossenen Tiegel oder von -13 bis 27 0 C in einem offenen Tiegel;

Kategorie III – brennbare Flüssigkeiten, gefährlich bei erhöhten Lufttemperaturen, dazu gehören brennbare Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 23 bis 61 0 C in einem geschlossenen Tiegel oder von 27 bis 66 0 C in einem offenen Tiegel.

Abhängig vom Flammpunkt haben sich sichere Verfahren zum Lagern, Transportieren und Verwenden von Flüssigkeiten für verschiedene Zwecke etabliert. Der Flammpunkt von Flüssigkeiten, die derselben Klasse angehören, ändert sich naturgemäß mit Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Mitglieder der homologen Reihe (Tabelle 4.1).

Tabelle 4.1.

Physikalische Eigenschaften von Alkoholen

Der Flammpunkt steigt mit steigendem Molekulargewicht, Siedepunkt und Dichte. Diese Muster in der homologischen Reihe weisen darauf hin, dass der Flammpunkt mit den physikalischen Eigenschaften von Stoffen zusammenhängt und selbst ein physikalischer Parameter ist. Es ist zu beachten, dass das Änderungsmuster des Flammpunkts in der homologen Reihe nicht auf Flüssigkeiten erweitert werden kann, die zu verschiedenen Klassen organischer Verbindungen gehören.

Beim Mischen von brennbaren Flüssigkeiten mit Wasser oder Tetrachlorkohlenstoff nimmt der Druck brennbarer Dämpfe zu die gleiche Temperatur sinkt, was zu einer Erhöhung des Flammpunkts führt. Kann mit Kraftstoff verdünnt werden so flüssig, dass das resultierende Gemisch keinen Flammpunkt mehr hat (siehe Tabelle 4.2).

Die Feuerlöschpraxis zeigt, dass die Verbrennung von Flüssigkeiten, die in Wasser gut löslich sind, aufhört, wenn die Konzentration der brennbaren Flüssigkeit 10-25% erreicht.

Tabelle 4.2.

Bei binären Gemischen brennbarer Flüssigkeiten, die gut ineinander löslich sind, liegt der Flammpunkt zwischen den Flammpunkten reiner Flüssigkeiten und nähert sich je nach Zusammensetzung des Gemisches dem Flammpunkt einer von ihnen an.

VON Anstieg der Temperatur der Flüssigkeit Verdampfungsrate steigt an und erreicht bei einer bestimmten Temperatur einen solchen Wert, dass das Gemisch nach der Zündung nach Entfernen der Zündquelle weiterbrennt. Diese Flüssigkeitstemperatur wird genannt Flammpunkt. Bei brennbaren Flüssigkeiten unterscheidet es sich um 1-5 0 ° C vom Flammpunkt und bei GZh um 30-35 0 ° C. Bei der Zündtemperatur von Flüssigkeiten stellt sich ein konstanter (stationärer) Verbrennungsprozess ein.

Zwischen dem Flammpunkt im geschlossenen Tiegel und der unteren Zündtemperaturgrenze besteht ein Zusammenhang, der durch die Formel beschrieben wird:

T Sonne - T n.p. \u003d 0,125 T Sonne + 2. (4,4)

Diese Beziehung gilt für T Sonne< 433 К (160 0 С).

Die starke Abhängigkeit der Blitz- und Zündtemperatur von den experimentellen Bedingungen bereitet gewisse Schwierigkeiten bei der Erstellung eines Berechnungsverfahrens zur Abschätzung ihrer Werte. Eine der gebräuchlichsten ist die von V. I. Blinov vorgeschlagene semiempirische Methode:

, (4.5)

wo T Sonne - Flammpunkt, (Zündung), K;

p Sonne - Partialdruck des gesättigten Dampfes der Flüssigkeit am Flammpunkt (Zündung), Pa;

D 0 - Diffusionskoeffizient von Flüssigkeitsdampf, m 2 / s;

n ist die Anzahl der Sauerstoffmoleküle, die für die vollständige Oxidation eines Brennstoffmoleküls erforderlich sind;

Flammpunkt- dies ist die Temperatur, bei der ein unter Normbedingungen erhitztes Ölprodukt eine solche Menge Dampf abgibt, dass es mit der umgebenden Luft ein brennbares Gemisch bildet, das aufflammt, wenn es mit einer Flamme in Kontakt gebracht wird.

Dieser Indikator ist eng mit dem Siedepunkt verbunden, d.h. mit Verdunstung. Je leichter das Ölprodukt, desto besser verdunstet es, desto niedriger ist sein Flammpunkt. Beispielsweise haben Benzinfraktionen negative Flammpunkte (bis zu -40°C), Kerosinfraktionen haben Flammpunkte im Bereich von 28-60°C, Dieselkraftstofffraktionen - 50-80°C, Schwerölfraktionen - 130-325 °C . Die Flammpunkte verschiedener Öle können entweder positiv oder negativ sein.

Das Vorhandensein von Feuchtigkeit in Ölprodukten führt zu einer Verringerung des Flammpunkts. Daher muss das Ölprodukt bei der Bestimmung unter Laborbedingungen von Wasser befreit werden. Es gibt zwei Standardmethoden zur Bestimmung des Flammpunkts: in einem offenen (GOST 4333-87) und geschlossenen (GOST 6356-75) Tiegel. Der Unterschied bei der Bestimmung des Flammpunktes zwischen ihnen beträgt 20-30°C. Bei der Bestimmung eines Blitzes in einem offenen Tiegel fliegt ein Teil der gebildeten Dämpfe in die Luft, und die für einen Blitz erforderliche Menge davon sammelt sich später als in einem geschlossenen Tiegel.

Daher ist der Flammpunkt des gleichen Ölprodukts, bestimmt in einem offenen Tiegel, höher als in einem geschlossenen Tiegel. Bei hochsiedenden Ölfraktionen (Öle, Heizöle) wird in der Regel der Flammpunkt im offenen Tiegel bestimmt. Als Flammpunkt wird die Temperatur bezeichnet, bei der die erste blaue Flamme auf der Oberfläche des Ölprodukts erscheint und sofort erlischt. Der Flammpunkt wird verwendet, um die explosiven Eigenschaften eines Ölprodukts zu beurteilen, d.h. über die Möglichkeit der Bildung explosionsfähiger Gemische seiner Dämpfe mit Luft. Es gibt untere und obere Explosionsgrenzen.

Liegt die Konzentration von Öldampf im Gemisch mit Luft unterhalb der unteren Grenze, kommt es nicht zu einer Explosion, da der vorhandene Luftüberschuss die am Explosionsort freigesetzte Wärme aufnimmt und so die Entzündung anderer Teile des Kraftstoffs verhindert.

Wenn die Konzentration von Öldämpfen in einem Gemisch mit Luft über der oberen Explosionsgrenze liegt, tritt die Explosion aufgrund von Sauerstoffmangel im Gemisch nicht auf.

Zündungstemperatur. Bei der Bestimmung des Flammpunkts wird ein Phänomen beobachtet, wenn ein Ölprodukt aufflammt und sofort erlischt. Wenn das Ölprodukt noch höher erhitzt wird (um 30-50°C) und der Brandherd erneut an die Oberfläche des Ölprodukts gebracht wird, wird es nicht nur aufflammen, sondern auch ruhig brennen. Die Mindesttemperatur, bei der ein Ölprodukt aufflammt und zu brennen beginnt, wird als Zündtemperatur bezeichnet.

Selbstentzündungstemperatur. Wenn das Ölprodukt ohne Kontakt mit Luft auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und dann ein solcher Kontakt gewährleistet ist, kann sich das Ölprodukt spontan entzünden.

Die diesem Phänomen entsprechende Mindesttemperatur wird Selbstentzündungstemperatur genannt. Es kommt auf die chemische Zusammensetzung an. Aromatische Kohlenwasserstoffe und daran reiche Erdölprodukte haben die höchsten Selbstentzündungstemperaturen, gefolgt von Naphthenen und Paraffinen.

Je leichter das Ölprodukt ist, desto höher ist seine Selbstentzündungstemperatur. Bei Benzin liegt sie also im Bereich von 400-450°C, bei Gasölen bei 320-360°C.

Die Selbstentzündung von Erdölprodukten ist häufig die Ursache von Bränden in Fabriken. Jede Druckentlastung von Flanschverbindungen in Kolonnen, Wärmetauschern, Rohrleitungen usw. kann einen Brand verursachen.

Das mit Öl übergossene Isoliermaterial muss entfernt werden, da es durch seine katalytische Wirkung bei wesentlich niedrigeren Temperaturen zu einer Selbstentzündung des Öls kommen kann.

Stockpunkt. Beim Transport von Mineralölprodukten durch Pipelines und deren Einsatz im Tieftemperaturbereich in der Luftfahrt sind deren Mobilität und gute Pumpfähigkeit unter diesen Bedingungen von großer Bedeutung. Die Temperatur, bei der das Öl unter Standardtestbedingungen seine Beweglichkeit verliert, wird Pourpoint genannt.

Der Mobilitätsverlust des Ölprodukts kann aufgrund von zwei Faktoren auftreten: entweder einer Erhöhung der Viskosität des Ölprodukts oder aufgrund der Bildung von Paraffinkristallen und der Verdickung der gesamten Masse des Ölprodukts.

Begleitet von einem hellen Kurzzeitglühen. Es gibt keine nachhaltige Verbrennung. Flammpunkt - die Mindesttemperatur von kondensierten Substanzen, bei der sich über ihrer Oberfläche Dämpfe bilden, die aufblitzen, wenn ein Funke, eine Flamme oder ein heißer Körper erscheint.

Die Fähigkeit zum Aufflammen bei relativ niedrigen Temperaturen besitzen Flüssigkeiten, die als brennbar eingestuft sind. Der maximale Flammpunkt solcher Stoffe beträgt in geschlossenen Tiegeln + 61 °С, in offenen - + 66 °С. Einige Stoffe können sich selbst entzünden und erreichen ihre charakteristische Zündtemperatur.

Die Druckbestimmung ist für jede brennbare Flüssigkeit möglich. Sie steigt proportional zur Erhöhung der Temperatur des Stoffes. Sobald der Flammpunkt einen kritischen (maximalen) Wert erreicht, wird es möglich, die Verbrennung aufrechtzuerhalten.

Das Einsetzen des Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichts erfordert jedoch einige Zeit, die proportional zur Geschwindigkeit der Dampfbildung ist. Eine stabile Verbrennung kann durch Erreichen einer bestimmten (für jeden Stoff individuellen) Zündtemperatur erreicht werden, da die Verbrennungstemperatur immer höher ist als der Flammpunkt.

Die Temperatur, bei der Substanzen aufflammen, direkt zu ändern, ist mit gewissen Schwierigkeiten verbunden. Daher wird als Flammpunkt die Temperatur der Wände der Reaktionsgefäße angesehen, in denen dieser Flamm beobachtet wird. Die Temperatur hängt direkt von den Bedingungen des laufenden Wärmeaustauschs im Inneren des Gefäßes selbst, von seiner katalytischen Aktivität, von der Umgebung und vom Flüssigkeitsvolumen im Gefäß ab.

Besonders gefährlich sind Flüssigkeiten, die bei Temperaturen unter -18 ° C in geschlossenen Tiegeln, unter -13 ° C - in offenen Tiegeln aufflammen können. Als dauerhaft gefährlich gelten Flüssigkeiten, deren Aufflammen bei einer Temperatur von + 23 °C in geschlossenen Tiegeln und bis zu + 27 °C in offenen Tiegeln möglich ist. Die Temperaturindikatoren für gefährliche Flüssigkeiten betragen bei geschlossenen Tiegeln bis einschließlich + 60 ° C, bei offenen Tiegeln einschließlich bis + 66 ° C.

Der Unterschied in der Verbrennung ist sehr unterschiedlich und für jeden Stoff individuell. Der Flammpunkt beträgt beispielsweise nicht mehr als + 70 ° C. Seine Verbrennungstemperatur beträgt + 1100 °С. Zündtemperatur - von + 100 °С bis + 119 °С. Der Flammpunkt von Benzin liegt jedoch aufgrund seiner sehr hohen Flüchtigkeit bei + 40 ° C und manchmal darunter. Seine Zündtemperatur beträgt + 300 °C. Die Zahlen für Benzin sind etwas verallgemeinert. Sie sind als durchschnittlich anzusehen, da es verschiedene Benzinarten (Automobil (Sommer, Winter), Luftfahrt) mit deutlich unterschiedlichen Eigenschaften und dementsprechend unterschiedlichen Zünd-, Zünd- und Verbrennungstemperaturen gibt.

Die Verbrennung ist ein Prozess, der mit der Freisetzung einer großen Wärmemenge mit einer charakteristischen Lichtemission (Glimmen) einhergeht, was möglich ist, wenn eine bestimmte Temperatur für jeden Stoff erreicht wird und Zugang zu Sauerstoff oder anderen Stoffen (Schwefel-, Bromdämpfe usw.) .).

Explosionen gelten als die gefährlichsten, die durch eine sofortige chemische Reaktion mit Freisetzung enormer Energie und mechanischer Arbeit gekennzeichnet sind. Ein Explosionsfeuer kann sich in einer Sekunde 3.000 Meter weit ausbreiten. Die Verbrennung des Gemisches bei dieser Geschwindigkeit wird als Detonation bezeichnet. Die dabei entstehenden Schockwellen verursachen oft erhebliche Schäden und Unfälle.