李明罡

（遼寧省消防救援總隊，防火監(jiān)督處，遼寧 沈陽 110031）

閃點是易揮發(fā)的可燃物質表面形成的空氣和蒸氣的混合物遇到明火燃燒的最低溫度，是衡量化合物易燃程度的重要物理參數(shù)，物質的閃點越低，危險性就越大。一些閃點低的可燃液體蒸氣云達到爆炸極限濃度就會發(fā)生火災爆炸事故。如果能提高可燃液體的閃點，就可以提高可燃液體的安全性。因此，提高可燃液體的閃點就顯得十分必要?？墒牵谖镔|安全資料表中只能查到純物質或特定濃度下溶液的閃點。而混合液體卻是在涂料工業(yè)、香料工業(yè)、化工冶金、制藥、精細化工、有機合成等行業(yè)中大量使用的，混合物的閃點由于其成分和配比的多樣性，無法直接查閱到相關的數(shù)據。因此，對混合物的閃點進行研究，應建立相應的理論預測模型，彌補單純試驗研究方法的缺陷與不足。至今為止，國內對混合液體閃點的相關研究多數(shù)是利用Taylor 導出的特殊多項式來處理和分析試驗數(shù)據，然后推導出混合物的閃點與各組分體積濃度之間的經驗模型。但這些模型的推導較為復雜，模型結構缺少物理意義，且模型預測的效果完全取決于擬合數(shù)據的精確度，缺乏理論基礎。此外，目前國內對多組分可燃液體混合溶液的研究基本上都是在不含水的基礎上進行的，且以往的多組分研究也都只是針對特定的液體組分進行預測。

張雷等人采用了Taylor 多項式擬合出了三元混合液體閃點的經驗公式，并用試驗數(shù)據進行了驗證。沈瑞華等人對三元互溶可燃性液體水溶液體系進行了研究。試驗結果表明模型的試驗值和預測值比較吻合，有較強的預測性能。實現(xiàn)了根據純組分的相對分子質量、沸點、相對密度等常見的理化參數(shù)對混合物的閃點進行預測的功能。

目前該文以乙醇為研究對象，通過添加不燃溶劑水、正丙醇、乙二醇甲醚和二苯醚，研究可燃液體閃點的變化規(guī)律。根據不同的組分配比，研究不同種類的添加劑對乙醇溶液二元混合液體的閃點的影響。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗選用無水乙醇、水、正丙醇、二苯醚、乙二醇甲醚，以上各種藥品均為分析純，源于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗設備

使用TDB-6A 型電腦閉口閃點測定儀裝置（吉林市天宇儀器儀表廠）進行液態(tài)危險品的閃點測定。

2 結果與討論

2.1 理論計算

對化學品進行篩選需要先了解化學品的閃點，進而分析化學品的危險特性。但是在生產過程中經常會有不同液體相混合的情況，很難從文獻中查到閃點數(shù)據，因此試驗測量閃點不可缺少。

根據經驗公式（1）算出理論計算值，以便于進行預閃設定。

式中：—混合液體的閃點，°C；，，…，V—各組分的體積分數(shù)；，，…，T—各組分的閃點，°C。

將公式（1）變形可得1/=/+/+…+V/T，從變形式中可以看出公式（1）的意義：混合液體閃點的倒數(shù)等于各組分閃點的倒數(shù)的算術平均值。利用公式（1）分別計算乙醇和水、乙醇和正丙醇、乙醇和乙二醇甲醚、乙醇和二苯醚4 種混合液態(tài)危險品的閃點，具體閃點計算結果見表1～表4。

表1 乙醇和水混合液體閃點計算值

表4 乙醇和二苯醚混合液體閃點計算值

2.2 閃點試驗值與計算值對比

圖1為水-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨水體積分數(shù)變化曲線圖。從圖1 中可以看出試驗值和計算值曲線接近吻合，尤其是水的體積分數(shù)到達40%之后。說明這組試驗的試驗值與計算值比較相似，試驗誤差比較小。圖1 中水和乙醇的混合溶液的試驗值和計算值曲線均呈上升趨勢，說明隨著水的體積分數(shù)增大，混合液體閃點越來越高，曲線走向越來越陡，閃點升高速度越來越快。圖1 中曲線上的每個閃點值均高于乙醇的閃點13℃，所以把不燃溶劑水添加到乙醇溶液中，可以有效提高乙醇液體的閃點。當水和乙醇的混合溶液中水的體積分數(shù)達到50%時，圖1 中2 條曲線明顯變陡，說明當混合溶液中水的體積分數(shù)大于乙醇溶液時，閃點有明顯的提升現(xiàn)象，且提升越來越快。當水和乙醇的混合溶液中水的體積分數(shù)達到60%時，混合溶液的火災危險性由甲類液體變?yōu)橐翌愐后w。當水和乙醇的混合溶液中水的體積分數(shù)達到70%時，試驗中沒有出現(xiàn)閃燃現(xiàn)象。說明當不燃溶劑添加到可燃溶劑中時，隨著不燃溶劑體積分數(shù)的增多，可燃液體的可燃性越來越低，最終可能會變?yōu)椴蝗家后w。當水和乙醇的混合溶液中水的體積分數(shù)超過80%時，閃點計算值曲線變得更陡，閃點計算值增大得更迅速。

圖1 水-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨水體積分數(shù)變化曲線

表2 乙醇和正丙醇混合液體閃點計算值

表3 乙醇和乙二醇甲醚混合液體閃點計算值

圖2是正丙醇-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨正丙醇體積分數(shù)變化曲線圖。從圖2 中可以發(fā)現(xiàn)試驗值和計算值曲線偏差較大，且正丙醇的試驗值特別不穩(wěn)定。由于正丙醇閃點較低，為15℃，而實驗室的室溫為20℃。受試驗條件限制，必須通過外界措施來降低液體溫度，這里采用的方式為冰敷降溫。把盛有混合溶液的燒杯坐入冰水中來降低混合溶液的起始溫度，進而測出混合液體的閃點值，這可能會導致混合溶液發(fā)生改變而使試驗產生較大誤差。正丙醇和乙醇的混合溶液的試驗值和計算值的每個閃點均高于乙醇的閃點13℃，所以把正丙醇溶液添加到乙醇溶液中，可以提高乙醇溶液的閃點。此外，當添加正丙醇溶液體積分數(shù)為90%時，正丙醇和乙醇的二元混合溶液閃點最高。正丙醇-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨正丙醇體積分數(shù)變化曲線圖中計算值曲線呈穩(wěn)步上升狀態(tài)，而試驗值曲線起伏不定。

圖2 正丙醇-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨正丙醇體積分數(shù)變化曲線

圖3是乙二醇甲醚-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨乙二醇甲醚體積分數(shù)變化曲線圖。根據圖3 可以看出試驗值和計算值曲線比較吻合，尤其是乙二醇甲醚的體積分數(shù)到達40%之后，計算值和試驗值的曲線幾乎重合。圖3 中閃點試驗值和計算值隨乙二醇甲醚體積分數(shù)變化均呈上升趨勢，說明隨著乙二醇甲醚體積分數(shù)的增大，混合液體閃點越來越高。此外，圖3 試驗值和計算值的每個閃點值均高于乙醇的閃點13℃，所以把乙二醇甲醚溶液添加到乙醇溶液中，可以提高乙醇液體的閃點。隨著乙二醇甲醚的體積分數(shù)越大，二元混合溶液的閃點越接近乙二醇甲醚的閃點值。當乙二醇甲醚的體積分數(shù)為90%時，混合溶液的危險性由甲類液體變?yōu)橐翌愐后w。由此可見將乙類液體添加到甲類液體中可以提高原液體的閃點值，也即提高了安全性。

圖3 乙二醇甲醚-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨乙二醇甲醚體積分數(shù)變化曲線

圖4為二苯醚-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨二苯體積分數(shù)變化曲線圖。從圖4 中可以看出試驗值和計算值曲線接近吻合，試驗值和計算值隨乙二醇甲醚體積分數(shù)變化均呈上升趨勢，說明隨著二苯醚體積分數(shù)的增大，混合液體的閃點越來越高。試驗值和計算值的每個閃點值均高于乙醇的閃點13℃，所以把二苯醚溶液添加到乙醇溶液中，可以提高乙醇液體的閃點。當二苯醚溶液的體積分數(shù)達到70%時，混合溶液的危險性由甲類變?yōu)橐翌?；當二苯醚溶液的體積分數(shù)為90%時，混合溶液的危險性由乙類變?yōu)楸?。由此可見將丙類液體添加到甲類液體中可以提高原液體的閃點值，添加高閃點的溶液可提高低閃點溶液的閃點值，從而降低了危險性。

圖4 二苯醚-乙醇混合液體閃點的試驗值和計算值隨二苯醚體積分數(shù)變化曲線

由圖1～圖4 中二元混合溶液閃點的試驗值隨添加劑體積分數(shù)變化曲線可以看出，不論是乙醇-水溶液、乙醇-正丙醇溶液、乙醇-乙二醇甲醚溶液還是乙醇-二苯醚溶液的試驗值曲線總體都呈上升趨勢，所以添加劑的體積分數(shù)越大，混合溶液的閃點越高。當水的體積分數(shù)大于70%時，混合溶液不再發(fā)生閃燃現(xiàn)象。該文所用到的4 種添加劑均可以提高乙醇溶液的閃點。它們的共同點為除了水溶液為不燃溶劑，其他3 種可燃溶劑的閃點均比乙醇溶液要高。

水為無機溶液，而正丙醇、乙二醇甲醚、二苯醚均為有機溶劑。通過觀察越種有機物的結構式發(fā)現(xiàn)正丙醇和乙二醇甲醚的結構式只差一個氧鍵（—O—），乙醇-乙二醇甲醚混合溶液的閃點值普遍高于乙醇-正丙醇的混合溶液的閃點值，說明在碳原子和羥基數(shù)量相同的情況下，帶有氧鍵的有機溶劑能夠更好地提高溶液閃點值。乙二醇甲醚和二苯醚的結構式中都有氧鍵，乙醇-二苯醚混合溶液的閃點值要高于乙醇-乙二醇甲醚混合溶液的閃點值，可以說明當有機溶劑中含有相同數(shù)量的氧鍵時，碳原子的數(shù)量越多，提高溶液閃點的效果越好。

3 結論

該文采用了TDB-6A 型電腦閉口閃點測定儀裝置，對乙醇-水、乙醇-正丙醇、乙醇-乙二醇甲醚和乙醇-二苯醚的二元混合溶液閃點進行了研究。得出的結論如下：1）向可燃溶劑中添加高閃點的添加劑，可以提高混合溶液的閃點值。當添加劑的體積分數(shù)到達50%后，閃點提高幅度更大；當添加不燃液體時，無論不燃液體在混合溶液中分子作用力如何變化，揮發(fā)的不燃液體分子并不支持可燃物的燃燒性能。因此，添加不燃液體可提高可燃溶液的閃點。2）在碳原子數(shù)量相同、羥基數(shù)量相同的情況下，帶有氧鍵的有機溶劑提高溶液閃點值的效果相對更明顯。當有機溶劑中含有相同數(shù)量的氧鍵時，碳原子的數(shù)量越多，提高混合溶液閃點的效果越好。閃點的高或低是表征可燃液體的火災危險性的一項重要參數(shù)，閃點越低，可燃液體的火災危險性越大；閃點越高，可燃液體的火災危險性越小。所以向可燃液體中添加高閃點的添加劑，提高可燃液體的閃點，可降低可燃液體的危險性。該文的試驗結果對可燃液體使用、儲存和運輸過程的安全有重要的實際意義。