Temperatura zapłonu jest to najniższa temperatura, w której badany produkt ogrzewany w standardowych warunkach, wydziela taką ilość par, która wystarczy do wytworzenia z powietrzem mieszaniny zapalającej się przy zbliżeniu płomienia.

Temperatura zapłonu została uznana jako kryterium oceny substancji palnych z punktu widzenia zagrożenia pożarowego i jest podstawą ich klasyfikacji. Jest ona również wielkością charakterystyczną dla ciał stałych o jednolitej strukturze chemicznej, jak np. dla naftalenu, fosforu lub kamfory, które wytwarzają pary (sublimują) w ilości wystarczającej do zapłonu poniżej ich temperatury topnienia. Temperatura zapłonu jest parametrem, dla którego zostały opracowane znormalizowane warunki pomiaru.

Przez temperaturę zapłonu należy rozumieć najniższą temperaturę, przy której ogrzana ciecz tworzy nad swą powierzchnią, w odpowiednim stosunku jej par z powietrzem mieszaninę palną, zdolną zapalić się na krótką chwilę do płomyka przesuniętego tuż nad powierzchnią cieczy. Zapalenie to charakteryzuje się lekkim wybuchem (fuknięciem), po czym płomień gaśnie szybko i nie rozprzestrzenia się po zbliżeniu płomyka bodźca termicznego.

Jak wynika z definicji, ten parametr określający stopień niebezpieczeństwa pożarowego cieczy oparty jest na mechanizmie przejścia cieczy w parę oraz łączenie się tej cieczy z powietrzem. Od tej zasady istnieją też wyjątki, z których przykładowo można wskazać na eter etylowy i biosiarkowy, które ze względu na tworzenie przy dłuższym przechowywaniu nadtlenków mogą być wybuchowe i zapalne bez konieczności uprzedniego przejścia w stan pary.

Należy podkreślić, że temperatura zapłonu określana jest zgodnie z PN przy ciśnieniu 760 mm Hg. W związku z tym jest oczywiste , że przy innych wartościach ciśnienia zewnętrznego, temperatura faktyczna zapłonu cieczy może wzrastać lub maleć. Jest to bardzo istotne w toku analizy procesów technologicznych, gdzie ciśnienie zewnętrzne może mieć inną wartość i w której to sytuacji należy ustalić laboratoryjnie , w jakim stopniu faktyczne ciśnienie w danym miejscu może mieć wpływ na kształtowanie się faktycznej temperatury zapłonu par cieczy palnych.

Podkreślić tu trzeba, że zdolność do zapłonu mają tylko mieszaniny palne o określonym składzie. Zakres stosunków paliwa do utleniacza, w którym występuje zapłon mieszanki jest określony dwiema granicami, ubogą - o niedomiarze paliwa i bogatą - o jego nadmiarze. Na przykład mieszanina dwutlenku węgla z powietrzem (przy ciśnieniu atmosferycznym) jest zdolna do zapłonu i palenia się w granicach od 12,5 do 74,2 % udziału masowego CO w powietrzu.

Istnienie granic zapłonu tłumaczy cieplna teoria zapłonu: na granicy ubogiej mieszaniny ma duży balast w postaci utleniacza, na granicy bogatej natomiast - w postaci paliwa. W rezultacie ilość ciepła wywiązana w procesie reakcji nie jest w stanie przewyższyć ilości ciepła zużytkowanego na ogrzanie czynnika nie biorącego udziału w reakcji i proces spalania nie może rozprzestrzenić się samoczynnie.

Na granice zapłonu ma wpływ wiele czynników: początkowe ciśnienie i temperatura mieszanki, energia źródeł, udziału domieszek itp. Wraz ze zmniejszeniem się ciśnienia granice zapłonu zwężają się aż do punktu, poniżej którego zapłon jest już niemożliwy. Wzrost początkowej temperatury mieszaniny palnej rozszerza granice zapłonu. Oddziaływanie dodatków może powodować rozszerzenia bądź zwężenie tych granic, a zwłaszcza granicy bogatej, co tłumaczy się zmniejszeniem udziału tlenu w mieszaninie. Granice zapłonu mieszanin, w których skład wchodzi wiele paliw można określić z zależności:

gdzie:

L -granica zapłonu uboga lub bogata (wyrażona w % udziału

objętościowego gazu palnego złożonego w mieszaninie),

n₁, n₂, n₃ -udział poszczególnych gazów palnych w całej masie paliwa,

N₁, N₂, N₃ -granica zapłonu składników palnych mieszaniny (uboga lub

bogata)

Tablica 1.

Granice zapłonu niektórych mieszanin palnych

Rodzaj paliwa	Wzór	Granica	uboga	Granica	bogata
		%	g/cm^3	%	g/cm^3
Metan Propan Butan Acetylen Benzol Spirytus metylowy Amoniak Siarkowodór Wodór Tlenek węgla Benzyna TWn 378 K Nafta	CH4 C3H8 C4H10 C2H2 C6H6 CH3OH NH3 H2S H2 CO - -	2,5 2,0 1,55 1,53 1,3 3,6 15,5 4,3 4,0 12,5 2,4 1,1	16,66 36,6 37,4 16,5 42,0 46,5 112,0 61,0 3,4 145,0 137,0 -	13,4 9,5 8,5 82,0 9,5 38,5 27,0 44,5 80,0 80,0 4,9 7,0	102,6 173,8 204,8 885,6 308,0 512,0 189,0 628,0 66,4 928,0 281,0 -

Podobnie, jak w przypadku temperatury zapalenia , również i na temperaturę zapłonu mają wpływ omówione tam parametry, jak wilgotność, ciśnienie itp., przy czym dla cieczy bardzo poważny wpływ na kształtowanie się temperatury zapłonu ma także średnica i objętość naczynia zawierającego ciecz oraz właściwości kataliczne ścianek tych naczyń, gdzie zależności są następujące:

• im mniejsza jest objętość naczynia, tym wyższa jest temperatura zapłonu, a to na skutek mniejszej powierzchni strat cieplnych,

• katalityczne własności ścianek naczynia mogą być zarówno dodatnie jak i ujemne, tzn. przyspieszające reakcję utleniania, a więc zmniejszające temperaturę zapłonu lub opóźniające tę reakcję, tj. podnoszące temperaturę zapłonu.

Oznaczenie temperatury zapłonu wykonuje się wg wielu metod, z których część jest ujęta w Polskich Normach. Zróżnicowanie metod polega na tym, że tygiel może być otwarty lub zamknięty i różne mogą być rozwiązania mieszadełka i urządzenia zapłonowego.

Aparaty do oznaczania temperatury zapłonu cieczy i przebieg pomiarów są ujęte w normach:

PN-75/C-04009 Pomiar temperatury zapłonu w tyglu zamkniętym metodą Martensa-Pensky'ego (rys. 1); normę stosuje się do cieczy o temperaturze zapłonu 20-340⁰C.

PN-82/C-04008 Pomiar temperatury zapłonu w tyglu otwartym metodą Marcussona (rys. 2); normę stosuje się do produktów o temperaturze zapłonu powyżej 50⁰C, nie zawierających lotnych składników.

Pomiar temperatury zapłonu cieczy bardzo lotnych, których zapłon następuje poniżej temperatury pokojowej, wykonuje się po wstępnym schłodzeniu próbki, np. za pomocą kąpieli złożonej z alkoholu i suchego lodu (CO₂). Do tego celu jest przystosowany aparat Abel-Pensky'ego, który ma zastosowanie do cieczy o temperaturze zapłonu poniżej 65⁰C (rys. 3).

Jeżeli pomiar wykonywany jest przy ciśnieniu innym niż normalne atmosferyczne (ok. 101 kPa), należy uwzględnić poprawkę obliczaną ze wzoru:

Δt = 0,26 (101,3 - P), [⁰C]

gdzie P jest ciśnieniem atmosferycznym, [kPa].

Jako źródło zapłonu zawsze jest stosowany otwarty płomyk, którego energia jest zbyt mała dla niektórych chlorowanych węglowodorów. Na przykład trójchloroetylen badany zgodnie z normą nie wykazuje temperatury zapłonu., jednak ma granice wybuchowości w mieszaninie z powietrzem w zakresie 7,9-15,5% obj. przy zastosowaniu silnego źródła zapłonu (iskrownika).

Wartości liczbowe temperatury zapłonu podawane w literaturze technicznej odnoszą się do czystych substancji. Domieszki innych cieczy, zwłaszcza o niższej temperaturze zapłonu, a także gazy palne rozpuszczone w cieczach wpływają na obniżenie temperatury zapłonu. Dlatego w normach dla produktów technicznych zalecane jest podawanie wyników oznaczeń z uwzględnieniem najniższej temperatury zapłonu, jaka może wystąpić.

Temperatura zapłonu mieszanin cieczy palnych lub roztworów gazów, cieczy i ciał stałych palnych w cieczach niepalnych powinna być oznaczana w jednym z wymienionych aparatów.

Stosowanie wzorów na obliczanie temperatury zapłonu mieszanin cieczy i roztworów nie jest zalecane, ponieważ ciśnienie par mieszanin cieczy i skład fazy gazowej w różnych temperaturach nie zawsze da się określić prostymi zależnościami, na których wzory te są oparte.

Znajomość podstawowych zależności mających związek z temperaturą zapalenia i zapłonu ma doniosłe znaczenie, gdyż w zależności od tych parametrów ustalany jest m.in. stopień bezpieczeństwa pożarowego, a ponadto znajomość problematyki temperatur zapalności i zapłonu poszczególnych substancji palnych w powiązaniu z innymi elementami procesu spalania, pozwalają na zaprogramowanie niezbędnych przedsięwzięć prewencyjnych w danych warunkach. W procesach technologicznych związanych ze stosowaniem cieczy palnych, czynnikami powodującymi zazwyczaj zapłon par cieczy prowadzący do wybuchu lub pożaru, są:

źródła ciepła powodujące niezamierzone ogrzewanie cieczy i powstawanie zapalnych lub wybuchowych mieszanin par tych cieczy z powietrzem; źródłami tymi mogą być rozgrzane elementy urządzeń technologicznych, niewłaściwe temperatury grzejników, otwarty płomień, intensywne promieniowanie słoneczne itp.,

iskry mechaniczne i tarcie mechaniczne,

iskry elektryczne i elektryczność statyczna.

Rys. 1. Aparat Martensa-Pensky'ego do oznaczania temperatury zapłonu w granicach 20-340⁰C

1 - tygiel,

2 - mieszadełko,

3 - mechanizm zapalający sprzęgnięty z pokrywką tygla,

4 - palnik gazowy,

5 - łaźnia powietrzna.

Rys. 2. Aparat Marcussona do oznaczania temperatury zapłonu powyżej 80⁰C

1 - tygiel otwarty,

2 - łaźnia piaskowa,

3 - palnik probierczy,

4 - palnik gazowy.

Rys. 3. Aparat Abel-Pensky'ego do oznaczania temperatury zapłonu poniżej 65⁰C

1 - tygiel,

2 - wskaźnik napełnienia,

3 - łaźnia wodna,

4 - łaźnia powietrzna,

5 - urządzenie zapalające,

6 - dźwignia,

7 - pokrywka.

Na rys. 4 przedstawiono temperatury zapłonu roztworów metanolu i etanolu w wodzie. Z przebiegu krzywych wynika, że temperatura zapłonu roztworów tych alkoholi wzrasta powoli do 30⁰C. W tej temperaturze zapłonowi uleg ok. 40-proc. Roztwór metanolu i ok. 28-proc. roztwór etanolu.

Rys. 4. Temperatury zapłonu wodnych roztworów metanolu i etanolu

Istnieją dwie podstawowe metody oznaczania temperatury zapłonu:

Metoda tzw. tygla zamkniętego (przyrząd Abla-Pensky'ego).

Metoda tzw. tygla otwartego (przyrząd Marcussona)

Obie metody mogą być wykorzystywane przy oznaczaniu temperatury zapłonu tej samej cieczy. Otrzymane w wyniku pomiaru wielkości temperatury zapłonu, mierzone wyżej wymienionymi metodami, różnią się o kilka stopni dla cieczy mających niską temperaturę zapłonu (poniżej 21⁰C), tzn. w metodzie pomiarowej tzw. tygla zamkniętego otrzymuje się wyniki niższe. Dla cieczy mających temperaturę zapłonu powyżej 21⁰C, temperatura zapłonu oznaczona metodą tzw. tygla otwartego jest o kilkanaście stopni wyższa niż przy oznaczaniu jej metodą Abla-Pensky'ego.

Temperatura zapłonu stanowi podstawę klasyfikacji niebezpieczeństwa pożarowego cieczy oraz ustalania kategorii niebezpieczeństwa pożarowego obiektów budowlanych i kategorii zagrożenia wybuchem.

Zgodnie z 2, ust. 10 zarządzenia Ministra Budownictwa i Przemysłu Materiałów Budowlanych z 29 czerwca 1966 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane budownictwa powszechnego, ciecze łatwo zapalne (a więc takie, których temperatura zapłonu jest niższa niż 100⁰C) dzielą się na trzy klasy niebezpieczeństwa pożarowego:

I klasa - ciecze o temperaturze zapłonu poniżej 21⁰C,

II klasa - ciecze o temperaturze zapłonu w granicach 21-55⁰C,

III klasa - ciecze o temperaturze zapłonu w granicach 55-100⁰C.

W innych krajach podział uwzględnia dodatkowo zdolność cieczy do mieszania się z wodą (symbol B) lub brak tej zdolności (symbol A),co daje wskazówkę dotyczącą zachowania się cieczy pod wpływem wody do gaszenia pożaru; np. alkohol etylowy należy do klasy B I, benzen do klasy A I. Temperatury graniczne w tym przedziale pozostają bez zmian.

Ciecze, które mają temperaturę zapłonu powyżej 100⁰C nazywają się cieczami palnymi.

OBLICZANIE TEMPERATURY ZAPŁONU

Temperaturę zapłonu można oznaczyć w wyżej wymienionych przyrządach lub można ją po prostu wyliczyć drogą prostych obliczeń. Liczni badacze zajmowali się tym zagadnieniem w celu wprowadzenia analitycznych zależności umożliwiających wyliczenie temperatury zapłonu z różnych wielkości fizyko-chemicznych i w celu sformułowania uogólnień zezwalających na orientacyjną ocenę zdolności do zapłonu danej cieczy. Badając zmianę temperatury zapłonu szeregów homologicznych stwierdzono, że istnieje ścisły związek pomiędzy temperaturą zapłonu cieczy a jej właściwościami fizycznymi.

Poniżej podano przykłady zmian temperatury zapłonu szeregów homologicznych alkoholi nasyconych i węglowodorów aromatycznych:

Tabela 1. Temperatury zapłonu szeregów homologicznych alkoholi alifatycznych i węglowodorów aromatycznych.

Nazwa

Wzór

Ciężar cząsteczkowy

Ciężar właściwy

Temperatura wrzenia [^0C]

Prężność pary 20^0C [mmHg]

Temperatura zapłonu [^0C]

Alkohole n-butylowy etylowy metylowy n-propylowy Węglowodory aromatyczne benzen ksylen tolulen

C4H9OH C2H5OH CH3OH C3H7OH C6H6 C6H4(CH3)2 C6H5CH3

74 46 32 60 78 106 92

0,810 0,789 0,792 0,804 0,873 0,879 0,866

117,80 78,40 64,50 97,20 80,36 146,00 110,80

5,71 44,00 88,67 14,50 74,80 16,30 22,30

34,0 12,8 11,1 22,5 -11,1 23,0 4,4

Pierwszy człon szeregu homologicznego ma najniższą temperaturę zapłonu w porównaniu z innymi członami tego szeregu, np. temperatura zapłonu alkoholu metylowego jest niższa od temperatury zapłonu alkoholu etylowego, z kolei temperatura zapłonu alkoholu etylowego od propylowego itd.

Temperatura zapłonu zwiększa się w miarę zwiększania się ciężaru cząsteczkowego. Istnieje pewien stały wzrost, mianowicie temperatura zapłonu każdego następnego członu różni się od poprzedniego o określoną ilość stopni. W szeregu homologicznym nasyconych alkoholi jednowodorotlenowych różnica ta wynosi 10-13⁰C, dla węglowodorów aromatycznych 17-18⁰C itp.Taka prawidłowość pozwala - według znanej temperatury zapłonu jednego członu szeregu homologicznego i znanej różnicy - na określenie temperatury zapłonu pozostałych członów tego szeregu.

1. 3. Temperatura zapłonu zwiększa się wraz ze wzrostem ciężaru właściwego cieczy i temperatury wrzenia oraz prężności pary. Zależności te dotyczą tylko wyżej wymienionych szeregów homologicznych (tabela 1).

W przypadku mieszanin cieczy , zależności te o wiele bardziej komplikują się. Przy omawianiu prężności par mieszanin wskazano na różnicę w sumarycznych prężnościach par tych mieszanin, zależnie od rodzaju cieczy tworzących mieszaninę. Temperatura zapłonu mieszanin dwu lub więcej składników zależy również:

-od składu jakościowego mieszaniny,

-od składu ilościowego mieszaniny.

Zależności te nie są ujęte we wzory, umożliwiające bezpośrednią ocenę temperatury zapłonu mieszanin na podstawie składu jakościowego i ilościowego, a jedynie zezwalają na orientacyjną ocenę wzrostu lub obniżenia zagrożenia pożarowego.

Dla cieczy o nieograniczonej wzajemnej rozpuszczalności istnieje bardzo ogólna zależność, umożliwiająca obliczenie temperatury zapłonu mieszanin wieloskładnikowych, mianowicie: temperatura zapłonu wszystkich składników tworzących daną mieszaninę równa się średniej arytmetycznej zmniejszonej o 10-15⁰C. Dla cieczy będącej związkiem chemicznym, temperaturę zapłonu można wyliczyć wykorzystując jedną z podanych niżej wielkości:

• temperaturę wrzenia cieczy,

• prężność par cieczy w danej temperaturze,

• dolną granicę zapalności,

• współczynnik dyfuzji par cieczy w powietrzu i ilości moli tlenu teoretycznie niezbędną do spalenia 1 mola cieczy.

Rys. 5. Obliczanie prężności par związków organicznych z prężności par cieczy wzorcowych (nomogram).

1. Obliczanie temperatury zapłonu na podstawie temperatury wrzenia cieczy

Ormandy i Griewien wykorzystując przyrząd Martens-Pensky'ego (modyfikacja przyrządu Abla-Pensky'ego) i przyrząd własnej konstrukcji, wprowadzili następującą zależność pomiędzy temperaturą zapłonu a temperaturą wrzenia określonej cieczy.

T_zapł. = T_wrz. K

gdzie:

T_zapł. - temperatura zapłonu ⁰K

T_wrz. - temperatura wrzenia ⁰K

K - wielkość stała - w przybliżeniu równa 0,72-0,782

Wielkość K wyznacza się albo eksperymentalnie, albo też oblicza się, jeśli znana jest np. temperatura zapłonu jednego członu homologicznego, np.:

• dla węglowodorów alifatycznych, zawierających więcej niż 5 atomów węgla w cząsteczce K=0.72-0.77,

• dla węglowodorów aromatycznych jednopierścieniowych K=0.736-0.742,

dla alkoholi alifatycznych jednowodorotlenowych K=0.725-0.771.

Przykład 1.

Obliczyć temperaturę zapłonu benzenu wiedząc, że jego temperatura wrzenia wynosi +80.1⁰C

Rozwiązanie

Przeliczamy temperaturę wrzenia ze ⁰C na ⁰K.

T_wrz.= 273⁰ + 80⁰ = 353⁰K

T_zapł. = T_wrz. K = 353⁰K 0.736 = 260⁰K

Po przeliczeniu otrzymanej temperatury ze ⁰K na ⁰C otrzymujemy:

T_zapł. = 260⁰ - 273⁰ = - 13⁰C

Odpowiedź

Temperatura zapłonu benzenu = - 13⁰C

Przykład 2

Obliczyć temperaturę zapłonu eteru dwuetylowego, jeżeli jego temperatura wrzenia wynosi +34.6⁰C.

Rozwiązanie

Postępując analogicznie jak w poprzednim zadaniu otrzymujemy:

T_wrz. ⁰K = 273 + 34,6 = 307,6⁰K

T_zapł. = 307.6⁰K 0.736 = 226⁰K

zatem:

T_zapł. = 226⁰ - 273⁰ = -47⁰C

Odpowiedź

Temperatura zapłonu eteru dwuetylowego = -47⁰C.

Wyliczone wielkości liczbowe w obu zadaniach są bardzo zbliżone do danych eksperymentalnych, np. temperatura zapłonu benzenu zmierzona doświadczalnie równa się -14⁰C, a eteru dwuetylowego równa się -45⁰C.

2. Obliczanie temperatury zapłonu przy wykorzystaniu prężności par

Bardziej dokładnie temperaturę zapłonu można wyliczyć ze wzoru Torntona. Wzór ten określa minimalną prężność pary danej cieczy, przy której następuje zapłon tej cieczy.

P_{t zapł.}=

gdzie:

P_{t zapł.} - prężność pary w temperaturze zapłonu (mm Hg),

N - ilość atomów tlenu niezbędna teoretycznie do spalenia 1 cząsteczki cieczy

palnej,

P_całk. - ciśnienie całkowite mieszaniny par z powietrzem (mm Hg),

Przykład 1

Wyliczyć temperaturę zapłonu benzyny przy ciśnieniu 770 mm Hg.

Rozwiązanie

Piszemy reakcję spalania benzenu w tlenie:

C₆H₆ + 7.5O₂ = 6CO₂ + 3H₂O

Podstawmy dane do wzoru i wyliczmy prężność pary w temperaturze zapłonu benzenu:

P_{t zapł.} =

Znalezionej prężności pary benzenu odpowiada według nomogramu (rys.5) temperatura -14⁰C, która jest temperaturą zapłonu benzenu. Wyliczoną temperaturę zapłonu benzenu można określić także korzystając tylko z nomogramu. Wielkość N, oznaczona na nomogramie, obliczona jest według wzoru i naniesione na tę prostą cyfry oznaczają ilość atomów tlenu, niezbędną teoretycznie do spalenia jednej cząsteczki cieczy.

Znając wielkość N według reakcji spalania cieczy lub z tabeli, łączy się linią prostą równoległą do osi x wielkość N ze skalą prężności par danej cieczy. Punkty ze znalezioną w ten sposób prężnością pary danej cieczy łączy się, poprzez punkt właściwy (oznaczony odpowiednią cyfrą) dla danej cieczy, ze skalą temperatur. W miejscu przecięcia skali temperatur odczytuje się wielkość temperatury zapłonu.

3. Obliczanie temperatury zapłonu na podstawie dolnej granicy zapalności.

Temperaturę zapłonu cieczy palnych można także obliczyć, jeżeli znana jest jej dolna granica zapalności. Tym sposobem często posługujemy się dla wzajemnego sprawdzenia temperatury zapłonu i dolnej granicy zapalności mieszanin wybuchowych par cieczy, jeżeli w różnych źródłach podane są inne wartości.

Wiadomo (z definicji temperatury zapłonu i dolnej granicy zapalności), że stężenie par cieczy w temperaturze zapłonu równa się dolnej granicy zapalności par tej cieczy. Znając zatem dolną granicę zapalności par, można obliczyć cząstkowe ciśnienie par w temperaturze zapłonu ze wzoru:

V % =

gdzie:

V % - stężenie par w procentach objętościowych,

P_par. - prężność par nasyconych cieczy w mm Hg,

P_całk. - ciśnienie całkowite mieszaniny w mm Hg;

lub ze wzoru:

G =

gdzie:

G - stężenie par nasyconych w g/l

M. - ciężar cząsteczkowy

P_par - prężność par nasyconych w mm Hg

V_t - objętość gramocząsteczki w danej temperaturze

P_całk. -ciśnienie całkowite mieszaniny w mm Hg

Następnie nomogramu (rys. 5) wyznaczamy wartość temperatury zapłonu.

Przykład 1.

Obliczyć temperaturę zapłonu dwusiarczku węgla, jeżeli jego dolna granica zapalności wynosi 1.06 %.

Rozwiązanie

Przy rozwiązaniu tego zadania korzystamy ze wzoru:

V % =

Po przekształceniu otrzymujemy:

P_par =

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymujemy:

P_par == 8.056 mmHg

Na podstawie nomogramu (rys.5) tej prężności par odpowiada temperatura zapłonu CS₂ równa -44^oC.

Przykład 2.

Obliczyć temperaturę zapłonu terpentyny przy ciśnieniu 785 mm Hg, jeżeli stężenie par terpentyny w temperaturze zapłonu wynosi 0.73%.

Rozwiązanie

Przy rozwiązaniu tego zadania również korzystamy ze wzoru:

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymamy:

Na podstawie nomogramu - tej prężności pary odpowiada temperatura zapłonu terpentyny równa +28⁰C.

4. Obliczanie temperatury zapłonu na podstawie współczynnika dyfuzji par

w powietrzu i ilości tlenu niezbędnej teoretycznie do spalenia 1 mola cieczy.

Temperaturę zapłonu można również obliczyć na podstawie współczynnika dyfuzji par w powietrzu i ilości tlenu potrzebnej do spalenia 1 mola substancji palnej.

Teoretyczne uzasadnienie wzoru do obliczenia temperatury palenia (nie ma tego parametru w polskich przepisach pożarniczych) i zapłonu przedstawił Blinow. Wzór został wyprowadzony do obliczania temperatury palenia cieczy, ale w związku z tym, że temperatura palenia i zapłonu cieczy łatwo zapalnych bardzo mało różnią się, wzór może być wykorzystany również do obliczenia temperatury zapłonu cieczy.

P_{t zapł.} =

gdzie:

P_{t zapł.} - prężność par nasyconych cieczy w temperaturze zapłonu (mm Hg)

D_o - współczynnik dyfuzji par w powietrzu w temperaturze 0⁰C i przy ciśnieniu

równym 760 mm Hg w cm²/sek

B - liczba moli tlenu biorąca udział w spaleniu 1 mola cieczy palnej

P_at - ciśnienie atmosferyczne (mm Hg)

A - stała przyrządu (wyznaczona eksperymentalnie)

Przy obliczaniu temperatury zapłonu początkowo należy wyliczyć stałą przyrządu A, według temperatury zapłonu dowolnej cieczy. Następnie, znając D_o i B dla innej cieczy, wylicza się jej prężność pary w temperaturze zapłonu. Znając prężność pary, wylicza się temperaturę zapłonu. W tabeli 2 podane są wielkości B.

Tabela 2

Liczba moli tlenu teoretycznie niezbędna do całkowitego spalenia 1 mola substancji palnej.

Nazwa substancji	Wzór	Liczba moli O2	Nazwa substancji	Wzór	Liczba moli O2
Aceton Alkohol etylowy Alkohol metylowy Anilina Benzen Chlorobenzen Cykloheksan Dioksan Dwusiarczek węgla	(CH3)2CO C2H5OH CH3OH C6H5NH2 C6H6 C6H5Cl C6H12 C4H8O2 CS2	3,00 3,00 1,50 9,00 7,50 7,25 9,00 5,00 3,00	Eter dwuetylowy Gliceryna Heksan Kamfora Kwas octowy Naftalen Nitrobenzen Paraldehyd Toluen	(C2H5)2O C3H5(OH)3 C6H14 C10H16O CH3COOH C10H8 C6H5NO2 C6H12O3 C6H5CH3	6,00 3,50 9,50 13,50 2,00 12,00 7,50 7,50 9,00

Tabela 3

Współczynnik dyfuzji par w powietrzu w temperaturze 0⁰C i przy ciśnieniu 760 mm Hg.

Pary cieczy	Wzór	Współczynnik dyfuzji cm^2/sek.
Alkoholu amylowego Alkoholu butylowego Alkoholu etylowego Alkoholu metylowego Alkoholu propylowego Benzenu Dwusiarczku węgla Kwasu octowego Octanu butylu Octanu etylu Toluenu	C5H11OH C4H9OH C2H5OH CH3OH C3H7OH C6H6 CS2 CH3COOH CH3COOC4H9 CH3COOC2H5 C6H5CH3	0,0589 0,0703 0,1020 0,1325 0,0850 0,0770 0,0892 0,1064 0,0580 0,0715 0,0709

Przykład

Obliczyć temperaturę zapłonu alkoholu amylowego przy ciśnieniu atmosferycznym równym 782 mm Hg, jeżeli A = 0,0084.

Rozwiązanie

Przy rozwiązaniu tego zadania korzystamy ze wzoru Blinowa:

P_{t zapł.} =

Wcześniej jednak należy znaleźć taką wartość, jak D_o (z powyższej tabeli), która wynosi 0,589 oraz należy znać ilość moli tlenu biorącego udział w spalaniu 1 mola cieczy palnej.

Zatem: C₅H₁₁OH + 7,5 O₂ = 5 CO₂ + 6 H₂O

Podstawiając otrzymane wartości do wzoru otrzymamy:

P_{t zapł.} =

Z nomogramu (rys.5) wynika, że temperatura zapłonu określana na podstawie ciśnienia pary nasyconej dla alkoholu amylowego ma wartość 46⁰C. Wartość ta jest szukaną temperaturą zapłonu.

Przykład 7.

Obliczyć temperaturę zapłonu benzenu i alkoholu etylowego za pomocą przyrządu Abla-Pensky'ego, jeżeli temperatura zapłonu toluenu wyznaczona na tym przyrządzie równa się 6⁰C. Ciśnienie atmosferyczne wynosi 760 mm Hg.

Rozwiązanie

Przy rozwiązaniu tego zadania należy także skorzystać ze wzoru Blinowa. Wcześniej jednak należy obliczyć prężność par toluenu w temperaturze 6⁰C, na podstawie nomogramu (rys.5). Prężność ta jest równa 10 mm Hg. Wartość współczynnika dyfuzji D_o odczytana z tabeli wynosi 0,0709 cm²/sek. Ilość moli tlenu konieczną do spalenia jednego mola pary wyliczamy z reakcji spalania:

C₆H₅CH₃ + 9 O₂ = 7 CO₂ + 4 H₂O

Zatem B = 9

Po przekształceniu wzoru Blinowa otrzymamy:

A =

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymamy:

A =

Następnie również ze wzoru Blinowa obliczamy prężność par benzenu w temperaturze zapłonu. Wcześniej jednak należy znać współczynnik dyfuzji benzenu, który na podstawie tabeli wynosi 0,077 cm²/sek., a ilość moli tlenu, koniecznych do spalenia 1 mola benzenu, obliczamy na podstawie reakcji spalania tego związku.

C₆H₆ + 7,5 O₂ = 6 CO₂ + 3 H₂O

Podstawiając tak otrzymane wartości do wzoru, otrzymujemy:

P_{t zapł.} =

Na podstawie nomogramu (rys.5) - tej prężności pary odpowiada temperatura zapłonu równa -14⁰C.

Analogicznie postępujemy przy obliczaniu temperatury zapłonu alkoholu etylowego.

D_o = 0,102

B = 3

A = 0,0084

Po podstawieniu tych wartości do wzoru otrzymamy:

P_{t zapł.} =

Na podstawie nomogramu (rys.5) - tej prężności pary odpowiada temperatura zapłonu alkoholu etylowego + 12⁰C.

Literatura:

- „Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich - Chemia” Wyd. Nauk.-Tech. !990

- „Bezpieczeństwo techniczne w przemyśle chemicznym” Marian Ryng

- „Wybrane problemy ochrony przeciwpożarowej” Aleksander Mazurek

-„Obliczenia chemiczne w zastosowaniu pożarniczym” Melania Profit-Szczepańska

---