多组分可燃液体闪点特性研究

李明罡

(辽宁省消防救援总队 防火监督处，辽宁 沈阳 110031)

闪点是指在一定条件下，运用某一种火源使液体产生汽化然后着火时的最低温度，其对于可燃、易燃液体的生产、储存、运输和使用都有着十分重要的意义[1-3]。目前，在实际的生产和生活中，许许多多不同行业经常使用的可燃、易燃液体大多都是经过混合后的可燃、易燃液体，这些混合后的液体其闪点会随着它们的组成和配比的不同而不断发生变化，这样便导致我们很难从各类文献上查到它们对应的闪点，所以这就需要通过实验仪器测试来获得结果，但是仪器测试一般无法在比较宽的范围内应用，所以对多元混合液体闪点变化规律的研究就变得更加重要，同时对于实际生产和生活也有着十分重要的意义[4-7]。目前的工作主要针对乙醇、正丁醇和己醇这三种醇混合液体，利用闭杯仪器测试出混合液体的闪点，通过观察实验现象以及实验数据结果，总结出醇类液体闪点的变化趋势，从而推出部分可燃液体以及混合液体的闪点的变化趋势。

1 实验

1.1 实验材料。用于多组分可燃液体闪点特性研究的液体化学品选用乙醇、正丁醇、己醇(国药集团化学试剂有限公司)。

1.2 实验设备。闪点测试选用的实验仪器为电脑闭口闪点测定仪(TDB-6A型，中国吉林市天宇仪器仪表厂)。

2 结果与讨论

混合溶液的闪点与各组分液体的闪点有关，并且随着各组分配比的变化而变化。观察混合液体实际的闪点变化曲线的趋势与特征，总结出估算经验公式。通过实验验证该公式适用于二、三、四元混合液体以及其他混合液体的闪点计，该公式如下：

式中，V 表示混合液体中各组分的体积分数；T 表示各组分的闪点，单位为℃；T混表示混合液体的闪点，单位为℃。将混合液体不同的比例及闪点数值代入公式中，求得闪点的计算值，然后与实验值相比较。

图1 为乙醇与正丁醇混合溶液的闪点随体积分数变化曲线图。从图1 可以看出，正丁醇的含量增多，则混合液体的闪点升高，反之，乙醇的含量增多，混合液体的闪点降低。正丁醇的体积分数在60%之前，混合液体的闪点变化不大，有增高的趋势，但是不明显；当正丁醇的体积分数达到60%以后，混合液体闪点升高变得更加明显。从图1 可以看出实验值与计算值得变化趋势基本相同。

图1 乙醇与正丁醇混合溶液的闪点随体积分数变化曲线图

从图1 可以看出当正丁醇的体积分数在0-60%之间，因为是两种液体混合，则乙醇的体积分数在100%-40%之间时，出现了恒闪点现象，在两种可燃液体混合时，闪点的变化会出现恒闪点行为，即为图中所看到的，在正丁醇的体积分数在0-60%的情况下，混合液体的闪点基本保持在一个范围没有太大的变化，这种现象就叫做恒闪点现象。乙醇与正丁醇它们之间都有范德华力和氢键，由于乙醇分子与乙醇分子、乙醇分子与正丁醇分子、正丁醇分子与正丁醇分子之间都存在氢键，所以不考虑氢键作用力大小的影响；而范德华力受分子的相对分子质量大小的影响，正丁醇的相对分子质量要大于乙醇的相对分子质量，分子间的作用力越小就越容易蒸发，所以乙醇更容易蒸发，在形成蒸汽的时候要有很大的范德华力将分子和分子分开，所以正丁醇分子间的作用力相对要大，混合液体中乙醇更加容易汽化，从而导致乙醇蒸汽的比例大，最终使得混合液体的闪点在乙醇体积分数为40%-100%时几乎保持平稳，并且接近乙醇的闪点。

图2 是乙醇与己醇混合溶液的闪点随体积分数变化曲线图。从图2 可以看出，己醇的含量增多，则混合液体的闪点升高，反之，乙醇的含量增多，混合液体的闪点降低。己醇的体积分数在50%之前，混合液体的闪点变化不大；当己醇的体积分数达到50%以后，混合液体闪点升高变得更加明显。从图2 可以看出，闪点的实验值与计算值得变化趋势基本相同。

图2 乙醇与己醇混合溶液的闪点随体积分数变化曲线图

从图2 可以看出当己醇的体积分数在0-50%之间，因为是两种液体混合，则乙醇的体积分数在100%-50%之间时，出现了恒闪点现象。乙醇与己醇它们之间都有范德华力和氢键，由于乙醇分子与乙醇分子、乙醇分子与己醇分子、己醇分子与己醇分子之间都存在氢键，所以不考虑氢键的作用力大小的影响，而范德华力受分子的相对分子质量大小的影响，己醇的相对分子质量要大于乙醇的相对分子质量，分子间的作用力越小就越容易蒸发，所以乙醇更容易蒸发，在形成蒸汽的时候要有很大的范德华力将分子和分子分开，所混合液体中乙醇更加容易汽化，从而导致乙醇的蒸汽比例大，最终使得混合液体的闪点在乙醇体积分数为50%-100%时几乎保持平稳，并且接近乙醇的闪点。

图3 正丁醇与己醇混合溶液的闪点随体积分数变化曲线图

从图4 可以看出，三元可燃液体进行混合，在乙醇的体积分数不断增多的过程中，混合液体的闪点也随之下降，并且越来越靠近乙醇的闪点。由前三组的实验经验总结可以得出，乙醇的相对分子质量最小，则分子间的范德华力就越小，所以当混合液体中乙醇增多时，即闪点低的液体增多时，混合液体的闪点也降低。

图4 乙醇、正丁醇、己醇混合溶液的闪点

此外，无论是乙醇与正丁醇的混合溶液还是乙醇与己醇的混合溶液，最后测得的闪点实验值，都呈现出递减的状态，乙醇与己醇混合溶液的闪点下降得要快一些，乙醇为两种溶液的公共液体，两种溶液中不同的是正丁醇与己醇，正丁醇与己醇的结构式分别为：CH3-CH2-CH2-CH2-OH，CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH；两者都含有羟基，正丁醇有4 个C，己醇有6 个C，正丁醇的碳链要比己醇的短一些，可见在含有同种官能团的情况下，碳链越长则闪点越高，都为醇类。由此也可以推出，在醇类中，含碳量越高，则闪点也就越高。另外，己醇的相对分子质量为102.18，而正丁醇的相对分子质量为74.12，己醇的相对分子质量大于正丁醇的相对分子质量，有此也可也看出，同类物质，相对分子质量越大，则其闪点也就越高。相同的规律也同样适用于三种样品的其他混合液。

3 结论

本次实验通过采用乙醇、正丁醇、己醇三种可燃液体按照不同的比例进行混合，利用电脑闭口闪点测试仪测试纯组分以及混合液体的闪点值，通过观察实验结果得出实验结论。

3.1 当两种醇互相混合时，混合液体中，闪点高与闪点低的液体相混合，闪点低的液体含量增加则闪点降低；反之，闪点高的液体增加则闪点升高。理论上，混合液体的闪点应在这两种纯组分的物质的闪点值之间。

3.2 当三种醇混合时，在闪点低的液体不断增加的过程中，混合液体的闪点也会随之不断降低，越来越靠近低闪点的液体；反之，如果高闪点的液体增加，则混合液体的闪点也会随着增加。

3.3 在两种可燃液体混合时，闪点的变化会出现恒闪点行为。混合液体中相对分子质量小的物质越多，则混合液体的闪点越低；反之，相对分子质量大的物质越多，则混合液体的闪点越高。

3.4 闪点的大小也受碳链长短的影响，碳链越长，则液体的闪点越高，含有这样的组分越多，混合液体的闪点也就越高，反之，碳链越短，则液体的闪点越低，含有这样的组分越多，混合液体的闪点也就越低。

通过实验研究发现的醇类液体闪点的变化规律，从而也可以推测出一部分可燃液体及混合液体的变化规律，为危险化学品的生产、运输、储存、使用等各个方面起到了降低火灾危险性的作用。