что такое закрытый тигель
Температура вспышки нефтепродуктов в открытом тигле
Температура вспышки — это та, при которой над поверхностью нагреваемого в тигле жидкого горючего вещества кратковременно вспыхивают её пары. Обычно вспышка не переходит в горение, поскольку скорость образования горючих паров при этой температуре меньше скорости их сгорания. Горение пламенем наступает позже, при более высокой температуре, называемой температурой воспламенения (или возгорания).
Этот параметр имеет ключевое значение в технике использования всех видов горючих жидкостей, поскольку позволяет устанавливать правила и границы безопасного обращения с ними, определять чистоту топлива, наличие опасных добавок, выявлять фальсификаты, достоверно рассчитывать режимы работы двигателей и энергетических установок.
Температуру вспышки жидкого топлива измеряют двумя методами — в открытом и закрытом тиглях. Они отличаются тем, что в последнем методе пары не могут улетучиваться в окружающее пространство, и вспышка наступает при менее высокой температуре. Температура вспышки в открытом тигле всегда выше, и эта разность температур растёт с увеличением абсолютного значения параметра.
Принцип измерения
Исследование проводят на отечественном приборе типа ТВО.
Оба ГОСТа устанавливают следующий порядок измерения температур вспышки.
Нефтепродукты наливают в открытый (или в закрытый) металлический чашеобразный тигель до обозначенной метки на внутренней стенке. Тигель устанавливают в прибор на асбестовую поверхность нагревательного устройства, с помощью штатива закрепляют термометр так, чтобы ртутная головка находилась внутри жидкости на высоте не менее 8 мм от дна тигля в центре круга. Включают нагрев, устанавливают нужную скорость нарастания температуры.
Через каждые 2 ºС над поверхностью жидкости проводят в горизонтальном направлении наконечником газовой горелки с пламенем длиной не более 4 мм. При возникновении кратковременной голубой вспышки паров регистрируют температуру. Это и есть искомая величина. При дальнейшем нагревании жидкости она возгорается красным пламенем. Регистрируют температуру воспламенения.
При исследовании вспышки в закрытом тигле под крышку помещают газовый запальник с постоянным горением. Пары в таком тигле накапливаются быстрее, вспышка происходит раньше.
Некоторые данные по измерению температур вспышек
Сегодня существуют более совершенные, чем ТВО, аппараты для определения температур вспышки. Они отличаются высокой точностью измерений, автоматизацией операций, дружественными интерфейсами, большой производительностью, поэтому существенно облегчают работу операторов в загруженных лабораториях.
Методику открытого тигля используют для исследований веществ с низким давлением летучих паров – минеральных масел, остаточных нефтепродуктов. Анализы в закрытом тигле более применимы для жидкостей с высоколетучими парами. Результаты исследований по обеим методикам могут иметь существенные различия (до двух десятков ºС).
Температура вспышки топлива в открытом тигле является важным информативным параметром жидкого горючего, используемым для определения качества продукта.
Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7
Температура вспышки — описываем досконально
Температурой вспышки нефтепродуктов называется температура, при которой пары образца, нагреваясь, вспыхивают при поднесении источника огня, смешиваясь с воздухом. Температура вспышки измеряется в открытом и закрытом тигле, и для первого это значение всегда выше на несколько градусов.
Определение температуры вспышки важно для достоверной информации о свойствах нефтепродукта и оценки его качества. Также этот параметр используется для разделения производственных помещений и оборудования на классы пожароопасности.
Механизм
Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растёт с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.
Понятие температуры вспышки
Температурой вспышки называется температура, при которой нефтепродукт, нагреваемый в стандартных условиях, выделяет такое количество паров, которое образует с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.
Для индивидуальных углеводородов существует определенная количественная связь температуры вспышки и температуры кипения, выражаемая соотношением:
Для нефтепродуктов, выкипающих в широком интервале температур, такую зависимость установить нельзя. В этом случае температура вспышки нефтепродуктов связана с их средней температурой кипения, т. е. с испаряемостью. Чем легче фракция нефти, тем ниже ее температура вспышки. Так, бензиновые фракции имеют отрицательные (до минус 40°С) температуры вспышки, керосиновые 28-60°С, масляные 130-325°С. Присутствие влаги, продуктов распада в нефтепродукте заметно влияет на величину его температуры вспышки. Этим пользуются в производственных условиях для заключения о чистоте получаемых при перегонке керосиновых и дизельных фракций. Для масляных фракций температура вспышки показывает наличие легкоиспаряющихся углеводородов. Из масляных фракций различного углеводородного состава наиболее высокую температуру вспышки имеют масла из парафинистых малосернистых нефтей. Масла той же вязкости из смолистых нафтено-ароматических нефтей характеризуются более низкой температурой вспышки.
Температура вспышки различных нефтепродуктов
По температуре вспышки жидкие нефтепродукты классифицируются на легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). Температура вспышки горючих жидкостей имеет значение выше 61⁰С для закрытого тигля и выше 65⁰С для открытого. Жидкости, вспыхивающие при температуре, не достигшей этих значений, относят к легковоспламеняющимся. ЛВЖ делятся на 3 разряда:
Температура вспышки дизельного топлива – один из важных показателей его качества. Она напрямую зависит от самого вида топлива. Например, современное ДТ ЕВРО вспыхивает при достижении значения в 55⁰С и выше.
Температура вспышки топлива для тепловозов и судовых двигателей выше, чем для дизтоплива общего применения. А летнее топливо, нагреваясь, вспыхивает на 10-15⁰С раньше, чем зимнее и арктическое.
У легких нефтяных фракций низкая ТВЗ, и наоборот. Например:
Измерение
Из-за сложностей прямого измерения температуры вспышки газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают вспышку. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.
Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температуры вспышки является определение в закрытом тигле по методу Пенского — Мартенса ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.
Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле.
Пределы взрываемости
Температура вспышки нефтепродукта характеризует возможность этого нефтепродукта образовывать с воздухом взрывчатую смесь. Смесь паров с воздухом становится взрывчатой, когда концентрация паров горючего в ней достигает определенных значений. В соответствии с этим различают нижний и верхний пределы взрываемости смеси паров нефтепродукта с воздухом. Если концентрация паров нефтепродукта меньше нижнего предела взрываемости, взрыва не происходит, так как имеющийся избыток воздуха поглощает выделяющееся в исходной точке взрыва тепло и таким образом препятствует возгоранию остальных частей горючего. При концентрации паров горючего в воздухе выше верхнего предела взрыва не происходит из-за недостатка кислорода в смеси. Нижний и верхний пределы взрываемости углеводородов можно определить соответственно по формулам:
Пределы взрываемости смесей индивидуальных углеводородов и других горючих веществ с воздухом, % (об.).
В гомологическом ряду парафиновых углеводородов с повышением молекулярной массы как нижний, так и верхний пределы взрываемости понижаются, а интервал взрываемости сужается от 5-15% (об.) для метана до 1,2-7,5% (об.) для гексана. Ацетилен, оксид углерода и водород характеризуются самыми широкими интервалами взрываемости, поэтому они наиболее взрывоопасны.
С повышением температуры смеси интервал ее взрываемости слегка сужается. Так, при 17°С интервал взрываемости пентана равен 1,4-7,8% (об.), а при 100°С составляет 1,44-4,75% (об.). Присутствие в смеси инертных газов (азота, диоксида умерода и др.) также сужает интервал взрываемости. Увеличение давления приводит к повышению верхнего предела взрываемости.
Пределы взрываемости паров бинарных и более сложных смесей углеводородов можно определить по формуле:
Расчёт
Температура вспышки индивидуальных веществ в закрытом тигле
| Класс соединений | |||
|---|---|---|---|
| Соединения, состоящие из: атомов C, H, O, N; атомов C, H, O, N, Cl | -45,5 -39,6 | 0,83 0,86 | -0,0082 -0,0114 |
| Соединения, содержащие атомы F, Br | -57,4 | 0,79 | -0,0147 |
| Элементоорганические соединения, содержащие атомы S, Si, P, Cl | -45,5 | 0,83 | -0,0082 |
| Класс веществ | a | b |
|---|---|---|
| Алканы | -73,22 | 0,693 |
| Спирты | -41,69 | 0,652 |
| Алкиланилины | -21,94 | 0,533 |
| Карбоновые кислоты | -43,57 | 0,708 |
| Алкилфенолы | -38,42 | 0,623 |
| Ароматические углеводороды | -67,83 | 0,665 |
| Альдегиды | -74,76 | 0,813 |
| Бромалканы | -49,56 | 0,665 |
| Кетоны | -52,69 | 0,643 |
| Хлоралканы | -55,70 | 0,631 |
| Структурная группа | , °C | Структурная группа | , °C |
|---|---|---|---|
| C − C | 3,63 | Si − H | -4,58 |
| C −… C | 6,482 | −SiCl3 | 50,49 |
| C = C | -4,18 | O − H | 44,29 |
| C − H | 0,35 | S − H | 10,75 |
| C − O | 4,62 | P − O | 22,23 |
| C = O | 25,36 | P = O | -9,86 |
| C − N | -7,03 | N − H | 18,15 |
| C − S | 14,86 |
Температура вспышки веществ, молекулы которых содержат структурные группы, представленные в таблице 1, рассчитывается по формуле, °C:
где — температура кипения жидкости при 101 кПа, °C;
— число структурных групп j-го вида в молекуле; — эмпирические коэффициенты, значения которых приведены в таблице 1.
Для органических соединений, молекулы которых состоят из атомов С, Н, О и N, а также для галоидорганических и элементоорганических соединений, содержащих атомы S, Si, P и Cl, температура вспышки может быть рассчитана по формуле:
Если известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температура вспышки, °C, рассчитывается по формуле:
где — парциальное давление паров горючей жидкости при температуре вспышки, кПа; — коэффициент диффузии пара в воздух, см²/с; — стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.
Наиболее точно величина рассчитывается по линейной зависимости температуры вспышки от температуры кипения, выполняющейся в пределах отдельных классов химических соединений:
Значения коэффициентов a и b для различных классов органических веществ приведены в таблице 3.
Температура вспышки смесей горючих жидкостей в закрытом тигле
где — мольная доля i-го компонента в жидкой фазе; — мольная теплота испарения i-го компонента, кДж/моль; — температура вспышки i-го компонента, °C; R — универсальная газовая постоянная.
Величина может быть рассчитана по интерполяционной формуле:
где — температура кипения i-го компонента.
Температура вспышки бинарных смесей жидкостей, принадлежащих к одному гомологическому ряду, рассчитывается по формуле:
Температура вспышки индивидуальных веществ в открытом тигле
Температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле, используя величины эмпирических коэффициентов из таблицы 4:
Если для исследуемой жидкости известна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то температуру вспышки в открытом тигле вычисляют по формуле:
Температура вспышки дизельного топлива
Одной из характеристик дизельного топлива, устанавливаемых соответствующими ГОСТами и другими нормативными документами, является температура вспышки дизельного топлива. Этот параметр не относится к основным, но по его числовому значению судят о фракционном составе и пожароопасности горючего.
Как устанавливают температуру вспышки топлива?
Физически этот параметр определяют следующим образом:
При повторении опыта в открытом тигле значение температуры вспышки увеличится.
Принято считать, что начальная температура возникновения вспышек паров при поднесении открытого огня — это температура вспышки дизельного топлива. ГОСТ 305-82 регламентирует ее в пределах 40-60 ºС для летнего дизтоплива, 35-40 ºС для зимнего, 30-35 ºС для арктического.
Очевидно, что температура вспышки зимнего дизельного топлива должна быть достаточно низкой, чтобы в условиях отрицательных температур дизельные двигатели могли работать стабильно. Температура вспышки летнего дизельного топлива имеет более высокое числовое значение, что объясняется требованиями пожарной безопасности.
Так, в условиях летней жары в машинном отделении тепловоза температура может подниматься до 60 ºС, поэтому использование топлива с низкой температурой вспышки в таких ситуациях недопустимо. Еще больше вопросы пожарной безопасности волнуют владельцев топлива и хозяйственников, отвечающих за его транспортировку и длительное хранение.
Другие температурные характеристики дизтоплива
Следует различать температуру вспышки и температуру воспламенения. Если вспышка топлива возможна при температурах 30-70 ºС, то воспламенение топлива (горение в течение 5 секунд не менее) возможно при температурах:
Еще выше температура самовоспламенения дизтоплива:
Температура горения всех марок дизельного топлива — около 1100 ºС.
Кипение дизельного топлива происходит при температурах:
На что влияет температура вспышки дизельного топлива?
Поскольку этот параметр определяется наименьшей температурой вспышки паров топлива, основное его назначение — установление степени пожаробезопасности. Топливо с низкими показателями температуры вспышки нельзя применять в пожароопасных местах.
Большое количество исследователей, особенно зарубежных, считают, что параметр температуры вспышки не определяет качество топлива и работы двигателя, а служит в основном мерилом пожарной опасности при транспортировке и хранении топлива. Так, импортные сорта дизтоплива допускают достаточно низкие показатели температур вспышки, доходящие до 38 ºС.
Тем не менее при достаточно высоком качестве топлива по другим показателям специалисты отдают всегда предпочтение дизтопливу с высоким значением температуры вспышки.
Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7
Температура вспышки в закрытом тигле
Температура вспышки в закрытом тигле
Температурой вспышки нефтепродуктов называется температура, при которой пары образца, нагреваясь, вспыхивают при поднесении источника огня, смешиваясь с воздухом. Температура вспышки измеряется в открытом и закрытом тигле, и для первого это значение всегда выше на несколько градусов.
Определение температуры вспышки важно для достоверной информации о свойствах нефтепродукта и оценки его качества. Также этот параметр используется для разделения производственных помещений и оборудования на классы пожароопасности.
Методы определения
ГОСТ предлагает 2 основных метода определения температуры вспышки:
— в закрытом тигле,
— в открытом тигле.
Тигли – химические сосуды, предназначенные для нагревания, плавления, сжигания и других операций с опытными материалами, включая различное топливо.
Исследование в открытом тигле менее точное, потому что пары образца свободно смешиваются с воздухом и их необходимый объем набирается дольше. В паспорте качества нефтепродукта указывается температура вспышки в закрытом тигле (ТВЗ), как наиболее достоверная.
Для ее измерения сосуд наполняют топливом до указанной отметки и нагревают при непрерывном перемешивании. При открывании крышки сосуда над поверхностью смеси автоматически появляется открытый огонь. Измерение проводится через каждый градус нагревания, и во время открытия крышки помешивание останавливается. За температуру вспышки принимается значение, при котором с появлением источника огня возникает синватое пламя.
Существуют также специальные аппараты для определения температуры вспышки. Такое устройство включает следующие элементы:
Температура вспышки различных нефтепродуктов
По температуре вспышки жидкие нефтепродукты классифицируются на легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и горючие жидкости (ГЖ). Температура вспышки горючих жидкостей имеет значение выше 61⁰С для закрытого тигля и выше 65⁰С для открытого. Жидкости, вспыхивающие при температуре, не достигшей этих значений, относят к легковоспламеняющимся. ЛВЖ делятся на 3 разряда:
Температура вспышки дизельного топлива – один из важных показателей его качества. Она напрямую зависит от самого вида топлива. Например, современное ДТ ЕВРО вспыхивает при достижении значения в 55⁰С и выше.
Температура вспышки топлива для тепловозов и судовых двигателей выше, чем для дизтоплива общего применения. А летнее топливо, нагреваясь, вспыхивает на 10-15⁰С раньше, чем зимнее и арктическое.
У легких нефтяных фракций низкая ТВЗ, и наоборот. Например:
Азы ПожБеза 10
Приветствую друзья пикабушники!
Хочу сегодня вам рассказать, что такое легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ) и горючая жидкость (ГЖ), чем они отличаются и с помощью чего определяются их характеристики.
Каждый, наверное, видел такие знаки на авто или ж/д цистернах:
Так, в соответствии с ГОСТ 19433-88 классифицируются и обозначаются опасные грузы. Всего их 9 классов и каждый из них в той или иной мере опасен для окружающей среды и для человека. Аналогичные знаки вешаются на корпуса передвижной техники и технологического оборудования для обозначения ЛВЖ и ГЖ.
К 3-му классу относят ЛВЖ, а к 9-му – горючие жидкости.
Если поподробней, то:
К классу 9 относят вещества с относительно низкой опасностью при транспортировании, не отнесенные ни к одному из предыдущих классов (1-8), но требующих применения к ним определенных правил перевозки и хранения.
К таким относятся твердые и жидкие горючие вещества и материалы, которые при определенных условиях могут быть опасными в пожарном отношении (горючие жидкости с температурой вспышки от +61°С до +100°С в закрытом тигле).
Из определений, приведённых выше, выделяются несколько терминов, требующих дополнительных пояснений.
В соответствии с ГОСТ 12.1.044-2018 вспышкой называют быстрое сгорание газо- и паровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.
2. Температура вспышки
Многие ошибочно за температуру вспышки принимают температуру самовоспламенения. Но физика процесса у этих двух понятий совершенно разная. Давайте дадим определения из нормативных источников этим обоим температурам:
1). В соответствии с ГОСТ 4333-2014 температурой вспышки называют температуру жидкости, при которой над поверхностью жидкости образуется паровоздушная смесь, в таком количестве, что пары способны вспыхивать от внешнего источника огня в условиях испытаний в открытом или закрытом тигле. Устойчивого горения жидкости при этом не возникает.
2). В соответствии с ГОСТ 12.1.044-89 температура самовоспламенения – это наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.
Теперь сразу видна разница: для определения температуры вспышки нужны специальный сосуд (тигель) и источник зажигания, а при определении второй температуры нужен только воздух, при реакции с которым происходит самопроизвольное воспламенение нагретого вещества.
3. Так, постепенно мы разложили всё на свои места, за исключением штук с непонятным названием – ТИГЕЛЬ.
Тигель (от нем. Tiegel — горшок) — это ёмкость для нагрева, высушивания, сжигания, обжига или плавления различных материалов. Тигли — это неотъемлемая часть металлургического и лабораторного оборудования при литье различных металлов, сплавов, и пр. Отличительной особенностью тиглей является применение для их конструкции огнеупорных материалов и высокоустойчивых к различным воздействиям металлов и сплавов.
Тигель имеет обычно коническую (усечённый конус) или цилиндрическую форму. Разновидностью тиглей являются также плавильные чашки, плавильные лодочки.
Как было упомянуто выше, тигли бывают открытыми и закрытыми.
Этот аппарат предназначен для испытания нефтепродуктов с целью определения температуры вспышки в открытом тигле (золотистая чашечка) по методу ГОСТ 4333 и ISO 2592.
Этот девайс аналогичен первому. Отличительная особенность этого прибора заключается в том, что конструкция встроенного электроискрового поджига имитирует пламя зажигательного устройства диаметром 4 мм.
Этот аппарат обеспечивает автоматическое выполнение следующих функций:
— перемешивание образца и программное повышение температуры продукта с заданной скоростью;
— автоматическая фиксация и запоминание температуры вспышки;
— вычисление среднего значения температуры вспышки.
А этот красивый и аккуратный товарищ наиболее продвинут в своём семействе, который полностью автоматизирует процесс определения температуры вспышки нефтепродуктов в закрытом тигле по ГОСТ 6356, ASTM D93.
Чтобы было наиболее наглядней и понятней ниже приведена схема типового прибора для определения вспышки в закрытом тигле:
1 – нагреватель; 2 – тигель; 3 – мешалка; 4 – термометр; 5 – крышка; 6 – фитиль; 7 – ручка управления поджигом; 8 – гибкий вал привода мешалки.
Испытуемый нефтепродукт наливают в предварительно промытый бензином и высушенный тигель (2) до кругового уступа. Закрывают тигель сухой чистой крышкой (3), устанавливают термометр (4) и помещают в нагревательную ванну (1).
Если тема интересна, то в следующий раз забью пост о горючих и негорючих материалах.