ĆWICZENIE 1 OZNACZANIE TEMPERATURY ZAPŁONU CIECZY

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 1 OZNACZANIE TEMPERATURY ZAPŁONU CIECZY 1. Cel ćwiczenia Oznaczenie temperatury zapłonu cieczy palnych 2. Część teoretyczna Temperatura zapłonu cieczy palnych jest podstawowym parametrem ich klasyfikacji pod względem właściwości palnych i związanego z nimi zagroŝenia poŝarowego w występującego w obiektach budowlanych. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia r. w sprawie ochrony przeciwpoŝarowej budynków innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U Nr 80, poz. 563) ustalając wymagania stosowania materiałów niebezpiecznych poŝarowo w odniesieniu do cieczy palnych parametr wartości temperatury zapłonu wyŝszej lub niŝszej niŝ 55 o C jako decydujący o zakwalifikowaniu danego rodzaju cieczy. W przypadku wieloskładnikowych mieszanin cieczy palnych właściwe tylko doświadczalne zbadanie pozwala określić rzeczywiste temperatury zapłonu. Tylko określenie temperatury zapłonu cieczy palnej w odniesieniu do produktów naftowych, które stanowią najczęściej mieszaniny wieloskładnikowe, pozwala na właściwe stosowanie wymagań rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi przemysłowe dalekosięŝne słuŝące do transportu ropy naftowej i produktów naftowych i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 243, poz.2063) zawierającego wymagania takŝe w zakresie zabezpieczenia przeciwpoŝarowego baz i stacji paliw. Jak pokazuje literatura przedmiotu bardzo waŝnym elementem wyznaczenia reŝimów temperaturowych procesu technologicznego jest określenie podstawowych parametrów palności cieczy, których nie wszystkie moŝna znaleźć w kartach charakterystyki substancji. 2.1 Podstawowe definicje Zapłon wg PN EN ISO 13943:2002 jest to zapoczątkowanie reakcji spalania. Proces zapłonu- polega na zapaleniu mieszaniny palnej pilotowym bodźcem energetycznym tylko w bardzo ograniczonej przestrzeni, wokół której powstaje czoło płomienia przemieszczające się następnie juŝ samoczynnie na całą pozostałość mieszaniny palnej. 1

2 Zapłon pilotowy (piloted ignition) zapłon palnych gazów lub par przez drugorzędne źródło energii jak np. płomień, iskra, łuk elektryczny lub Ŝarzący się drut oporowy Temperatura zapłonu cieczy jest to najniŝsza temperatura cieczy, w której wytwarza ona pary wystarczające do zapłonu od zewnętrznego pilotowego bodźca energetycznego. Temperatura zapłonu nieustalonego (flash point) minimalna temperatura cieczy, w której w obecności bodźca pilotowego pary cieczy palnej chwilowo zapalają się. Temperatura ustalonego zapłonu (fire point)- minimalna temperatura cieczy, w której w obecności bodźca pilotowego pary cieczy zapalają się i się palą się dalej przez określony czas zgodny z odpowiednią normatywna metodą badawczą. MoŜna wyróŝnić następujące źródła zapłonu (czynniki inicjujące zapłon): a) iskra (np elektryczna), w uproszczeniu naleŝy ją traktować jak rozgrzane od temperatury 6000K do 20000K ciało (w stanie gazowym) oddziałujące na mieszaninę par cieczy palnej z powietrzem. b)płomień (przestrzeń, w której spala się faza gazowa z emisją światła). Cześć ciepła generowana z płomienia przenoszona jest do materiału, a cześć odprowadzana do otoczenia. Jeśli temperatura płomienia jest dostatecznie wysoka oraz ma miejsce duŝa szybkość przenoszenia ciepła od źródła do materiału, przy odpowiednim stęŝeniu mieszaniny par cieczy z powietrzem nastąpi zapłon fazy lotnej istniejącej nad powierzchnią cieczy. Przykładowe temperatury płomienia powstałego w wyniku spalania róŝnych substancji przedstawiono w tab.1 c) rozŝarzony element (świecący). Temperatura zapłonu ciała stałego w postaci litej - brak takiej temperatury; wyjątek - materiały palne stałe ulegające sublimacji np. kamfora, naftalen. W literaturze przedmiotu mówi się o temperaturze zapłonu ale produktów lotnych palnych uzyskanych np. w czasie rozkładu termicznego i spalania ciała stałego. Zapalność gazów palnych nie charakteryzuje się przez podanie temperatury zapłonu, poniewaŝ ulegają one zapłonowi np. od płomienia, w kaŝdej temperaturze wyŝszej od ich temperatury skroplenia, ale pod warunkiem, Ŝe stęŝenie gazu w mieszaninie z powietrzem zawiera się w zakresie między dolną a górną granicą wybuchowości. 2

3 Tab.1 Przykładowe temperatury płomienia powstałego w wyniku spalania róŝnych substancji Substancja spalana Utleniacz Temperatura płomieni [ o C] Wodór Powietrze 2100 Wodór Tlen 2750 Acetylen Powietrze 2150 Acetylen Tlen 3100 Acetylen Podtlenek azotu 2950 Metan Powietrze 1950 Metan Tlen 2730 Propan Powietrze 1930 Propan Tlen 2780 Gaz świetlny Powietrze 1840 Gaz świetlny Tlen 2800 Cyjan Tlen Spalanie i zapłon cieczy Utlenianie i spalanie cieczy zachodzi w fazie gazowej. StęŜenie par zaleŝy od pręŝności pary cieczy w danej temperaturze. Jeśli temperatura cieczy jest utrzymywana przez zewnętrzne źródło ciepła, szybkość parowania w warunkach stacjonarnych moŝna przedstawić poniŝszym wzorem (bez spalania par cieczy): gdzie: m par Q E Q L LV - strumień masy par opuszczających powierzchnię cieczy [g/sm 2 ] - gęstość strumienia ciepła dostarczonego do powierzchni cieczy [kw/m 2 ] m Q Q E L = par LV - gęstość strumienia ciepła traconego z powierzchni cieczy [kw/m 2 ] - ciepło parowania (gazyfikacji) cieczy [kj/g] Ciecze posiadające wysoką pręŝność pary mają duŝą szybkość parowania i na odwrót. W temperaturze zapłonu ustala się stan równowagi odwracalnej (pary skraplają się ciecz paruje). 3

4 Warunkiem zaistnienia zapłonu cieczy jest wytworzenie takiej ilości ciepła w sferze oddziaływania pilotowego bodźca energetycznego w fazie gazowej, Ŝe temp. w tej sferze osiągnie wielkość temperatury samozapłonu cieczy (Rys.1). Temp. źródła zapłonu > temp. Samozapłonu (zapalenia) cieczy Temp. cieczy > temp. zapłonu cieczy Rys.1 Warunki temperaturowe procesu zapłonu MoŜliwość wystąpienia zapłonu trwałego (ustalonego) i chwilowego (nieustalonego) zaleŝy od pręŝności par danej cieczy, w przypadku jeśli jest duŝa pręŝność par to istnieje moŝliwość zapłonu trwałego (stęŝenie par w granicach stęŝenia stechiometrycznego), przeciwnie chwilowego. Zapalenie par powyŝej powierzchni cieczy powoduje powstanie przejściowego wstępnie zmieszanego płomienia, który zuŝywa całą powstałą mieszaninę par z powietrzem. Płomień dyfuzyjny natomiast powstanie jeśli szybkość dostarczania par do niego jest wystarczająca aby go podtrzymać. Jeśli szybkość dostarczania par jest zbyt niska (temperatura cieczy jest poniŝej temperatury zapłonu ustalonego) to płomień nad cieczą nie jest podtrzymywany a ciepło tracone powoduje jego ugaszenie. Badania literaturowe wykazały, Ŝe płomień w chwili powstania sam zgaśnie jeśli jego straty ciepła są większe niŝ 30% wartości tworzonego ciepła spalania. PowyŜej temperatury zapłonu ustalonego płomień jest ustabilizowany i podtrzymywany. Straty ciepła zawracane do powierzchni cieczy powodują ogrzewanie warstwy powierzchniowej i podwyŝszają szybkość dostarczania par. Płomień dyfuzyjny jest wzmocniony i zwiększa swoją objętość. 4

5 f Spalanie ustalone (stałe) cieczy jest osiągnięte gdy temperatura powierzchni cieczy osiągnie wartość bliską temp. wrzenia i występuje stały gradient (profil) temp. poniŝej temp. powierzchni cieczy. Aby płomień na powierzchni cieczy się ustabilizował musi wytworzyć się odpowiednia szybkość parowania równa teraz szybkość spalania: m - frakcja ciepła spalania zawracana z powrotem do powierzchni cieczy poprzez promieniowanie i konwekcję f H c m + spal Q Q E L = spal Lv Q Q (( f + f ) H L ) + S m r c c v = spal E L Jeśli wartość S przyjmie wartość zero spalanie jest nie ustalone. Ustalone spalanie będzie się rozwijało po zapaleniu par gdy S jest większe niŝ zero. tzn. gdy występuje wystarczająca ilość ciepła, która powoduje, Ŝe temperatura powierzchni cieczy rośnie i powoduje wzrost szybkości parowania (gazyfikacji) i zwiększenie mocy płomienia. RóŜne źródła zapłonu powodują róŝnice w wartościach podstawowych parametrów palnych par cieczy co stanowi zagroŝenie w przemyśle np. chemicznych, lakierniach, laboratoriach, szpitalach itp. 2.3 Metody badawcze Temperatury zapłonu tych samych cieczy, oznaczone w tych samych warunkach otoczenia, ale róŝnymi metodami, mogą róŝnić się między sobą nawet o kilkadziesiąt stopni Celsjuszy. Do wyznaczenia temperatury zapłonu cieczy stosuje się głównie: A) metodę tygla otwartego np. metodę Cleveland a B) metodę tygla zamkniętego np. metodę Pensky Martens a i metodę Abla. W tyglu zamkniętym jest jednolite stęŝenie par nad cieczą. Ciecz jest ogrzewana powoli i mały standardowy pilotowy bodziec energetyczny jest dostarczany do przestrzeni z odpowiednią częstotliwością. W tyglu otwartym pary swobodnie dyfundują do otoczenia, tworząc gradient stęŝeń par, które obniŝają się monotonicznie wraz z odległością od 5

6 powierzchni cieczy. Zazwyczaj w tylu zamkniętym temperatura danej cieczy jest niŝsza niŝ w tyglu otwartym. RóŜnice w tych wartościach tłumaczy się tym Ŝe w tyglu zamkniętym wcześniej gromadzą się odpowiednie ilości par. zaś w tyglu otwartym pary cieczy swobodnie dyfundują do powietrza Omawiana róŝnica jest tym większa, im wyŝsza jest wartość temperatury zapłonu badanej cieczy (tab. 2). Tab. 2. Przykładowe temperatury zapłonu cieczy palnych w funkcji rodzaju naczynia pomiarowego Substancja Tygiel zamknięty Temperatura zapłonu [K Tygiel otwarty n-dekan metanol etanol propanol ,5 Wartość temperatura zapłonu maleje (tab.3): im mniejszy cięŝar cząsteczkowy cieczy np. szeregi homologiczne węglowodorów im mniejszy cięŝar właściwy cieczy im mniejsza temperatura wrzenia cieczy im większa pręŝność pary prosta budowa łańcuchowa mała lepkość Tab.3 Przykładowe zaleŝności wartości temperatur zapłonu w szeregach homologicznych węglowodorów Nazwa cieczy Wzór CięŜar CięŜar Temp. PręŜność Temp. cząsteczkowy właściwy wrzenia [ 0 C] pary [mmhg] zapłonu [ 0 C] Alkohole: CH 3 OH 32 0,792 64,5 88,67 11,1 Metylowy Etylowy C 2 H 5 OH 46 0,789 78,4 44,0 12,8 n- propylowy C 3 H 7 OH 60 0,804 97,2 14,5 22,5 n- butylowy C 4 H 9 OH 74 0, ,8 4,71 34 Węglowodory C 6 H ,873 80,36 74,8-11,1 aromatyczne: benzen Toluen C 6 H 5 CH , ,8 22,3 4,4 ksylen C 6 H 5 CH , ,0 16,3 23 6

7 Wykorzystanie wartości temperatury zapłonu w przepisach PSP: 1. Rozporządzenie z dn. 21 kwietnia 2006 r. (Dz. U. Nr 80, poz. 563), Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji: materiały niebezpieczne poŝarowo to m.in. ciecze palne o temp. zapłonu poniŝej 55 0 C 2. Dz. U. Nr.243, poz.2063 z dn r., Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 listopada 2005r: w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać bazy i stacje paliw płynnych, rurociągi przesyłowe dalekosięŝne do transportu ropy naftowej i produktów naftowych i ich usytuowanie. 3. W rozumieniu niniejszego Rozporządzenia ropę naftową i produkty naftowe, z wyjątkiem gazu płynnego, w zaleŝności od temperatury zapłonu, zalicza się: 1) do I klasy - ropę naftową i produkty naftowe o temperaturze zapłonu do 294,15 K (21 C), 2) do II klasy - produkty naftowe o temperaturze zapłonu wyŝszej od 294,15 K (21 C) do 328,15 K (55 C), 3) do III klasy - produkty naftowe o temperaturze zapłonu wyŝszej od 328,15 K (55 C) do 373,15 K (100 C). Ilekroć w Rozporządzeniu jest mowa o produktach naftowych tzn. Ŝe są to produkty otrzymywane z ropy naftowej a mianowicie: paliwa płynne, zwłaszcza benzyny, oleje napędowe zwane ogólnie silnikowymi paliwami płynnymi, oleje opałowe, skroplone węglowodory gazowe (C3-C4), zwane gazem płynnym, oleje silnikowe, przekładniowe i smary. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA Oznaczenie temperatury zapłonu metodą tygla zamkniętego metodą Pensky Martens a wg PN- EN ISO 2719 Do oznaczania temperatur zapłonu w tyglu zamkniętym, w naszym ćwiczeniu wykorzystywany jest półautomatyczny aparat Pensy - Martens zgodny z ASTM D 93 i PN- EN ISO SłuŜy on do oznaczania temperatur zapłonu w zakresie C do C. Jeśli próbka została wstępnie schłodzona, moment zapłonu moŝna oznaczać nawet od C 7

8 (rys.2). Półautomatyczny aparat do oznaczania temperatury zapłonu w tyglu zamkniętym metodą Pensky ego-martensa składa się z: 1. tygla do oznaczania temperatury zapłonu (rys.3) 2. zestawu pokrywy tygla (rys.4) zbudowanego : pokrywy, wykonanej z mosiądzu, zasuwki, wykonanej z mosiądzu, o grubości ok. 2,4mm przesuwającej się w płaszczyźnie górnej powierzchni wieczka, Rys.2 Półautomatyczny aparat do oznaczania temperatury zapłonu w tyglu zamkniętym metodą Pensy Martens (zakupiony w 2007r.) znajdujący się w pracowni Zakładu Spalania i Teorii PoŜarów. urządzenia zapalającego, z końcówką i otworem o średnicy od 0,7mm do 0,8mm. Końcówka powinna być wykonana ze stali nierdzewnej lub innego odpowiedniego materiału. Urządzenie zapalające wyposaŝone jest w odpowiedni mechanizm spręŝynowy, który obniŝa końcówkę w kierunku powierzchni lustra cieczy, w celu dokonania pomiaru, płomyka pilotowego do automatycznego zapalania par cieczy lub Ŝarzącego się elementu grzewczego, urządzenia mieszającego pary cieczy z powietrzem, zamontowanego w środku wieczka posiadającego dwa dwułopatkowe metalowe mieszadła (górne i dolne umieszczone w płaszczyźnie prostopadłej względem siebie) 8

9 Rys. 3 Tygiel do oznaczania temperatury zapłonu cieczy 3. komory grzewczej, na którą składa się: łaźnia powietrzna, o cylindrycznym wnętrzu, ogrzewana poprzez wewnętrzny elektryczny element oporowy górna pokrywa powinna być wykonana z metalu i zamontowana z zachowaniem szczeliny powietrznej między łaźnią powietrzną. Mocowana do łaźni powietrznej za pomocą trzech śrub i tulejek odległościowych. 4. termometrów o niskim, średnim i wysokim zakresie. Początkowy wybór termometru powinien być uzaleŝniony od przewidywanej temperatury zapłonu (termometr moŝna ewentualnie zastąpić miernikiem elektronicznym) Rys.4. Zestaw pokrywy tygla. 2. Opis metody badawczej Zakres normy PN-EN ISO 2719:2002 w metodzie Pensky ego-martensa określa dwie 9

10 procedury wykonywania ćwiczenia: A i B. Dwie procedury związane są z róŝnymi właściwościami fizykochemicznymi badanych cieczy. Procedurę A stosuje się w celu wyznaczenia temperatury zapłonu ciekłych farb, lakierów i innych cieczy palnych nie tworzących błonki powierzchniowej, świeŝych olei i przetworów naftowych. Procedurę B stosuje się w celu oznaczenia temperatury zapłonu wysokolepkich produktów, takich jak roztwory polimerów i kleje, przepracowane oleje i smary, asfalty, paliwa opałowe itp. W niniejszej metodzie (w obydwu procedurach) tygiel do oznaczania naleŝy napełnić próbką analityczną do odpowiedniego poziomu (zaznaczona kreska w środku tygla). Tygiel przykrywa się pokrywą a następnie wstawia go do komory grzewczej. Po upewnieniu się o poprawności działania mechanizmu ustalającego i blokującego, naleŝy włoŝyć termometr. Kolejnym krokiem jest zapalenie płomyka testowego i wyregulowanie jego średnicy do wartości od 3mm do 4mm lub skorzystanie z alternatywnego źródła zapłonu (Ŝarzącego się drutu oporowego). Za pomocą autotransformatora naleŝy podgrzewać płytę grzejną tak, aby temperatura próbki analitycznej wskazywana przez termometr, wzrastała od 5-6 C/min (ustawić na regulatorze szybkości grzania cyfrę 4 (rys 5), procedura A) lub 1-1,5 C/min (ustawić na regulatorze szybkości grzania cyfrę 3 (rys 5) procedura B). Ciecze do badań zgodnie z PN powinno się mieszać z szybkością 90 do 120 obr./min (procedura A) lub 250 obr./min ± 10 obr./min (procedura B). Regulacji obrotów mieszadła dokonuje się z tyłu aparatu poprzez odpowiednie przełączenie oznaczonego pisemnie włącznika obrotów (rys 5). W przypadku oznaczania produktu o nieznanej temperaturze zapłonu naleŝy przeprowadzić oznaczanie wstępne a pierwsze przyłoŝenie źródła zapłonu wykonać w temperaturze o 5 C wyŝszej od temperatury początkowej a następnie w zaleŝności od otrzymanego wyniku posłuŝyć się odpowiednią procedurą. JeŜeli przewiduje się, Ŝe próbka analityczna ma temperaturę zapłonu równą 110 C lub niŝszą, pierwszy raz źródło zapłonu naleŝy przyłoŝyć, gdy temperatura badanej próbki jest o 23 C ± 5 C niŝsza od oczekiwanej i powtarzać w 1 C odstępach temperaturowych. W przypadku temperatury zapłonu wyŝszej niŝ 110 C pierwszy raz źródło zapłonu naleŝy przyłoŝyć, gdy temperatura badanej próbki jest o 23 C ± 5 C niŝsza od oczekiwanej, z tym wyjątkiem iŝ powtórzenia naleŝy wykonywać w temperaturach będących wielokrotnością 2 C. W obydwu przypadkach w/w w celu dokonania oznaczania naleŝy zgodnie z PN przerwać mieszanie i przyłoŝyć źródło zapłonu, uŝywając mechanizmu umieszczonego na pokrywie, który kontroluje zasuwkę i źródło zapłonu w taki sposób, Ŝe źródło jest obniŝane do przestrzeni par tygla do oznaczania w czasie 0,5s, pozostaje w pozycji obniŝonej przez 1s i szybko jest podnoszone do górnej pozycji. 10

11 Dźwignia mieszadła Regulator obrotów mieszania cieczy Regulator wysokości płomienia Włącznik napięcia Przełącznik nr.1 Włącznik wentylatora Regulator szybkości grzania cieczy Włącznik napięcia dla drutu oporowego Rys.5. Aparat do oznaczania temperatury zapłonu metoda tygla zamkniętego metodą Pensky Martens a Za temperaturę zapłonu naleŝy uznać najniŝszą temperaturę cieczy, w której przyłoŝenie źródła zapłonu spowoduje zapłon par badanej próbki i szerzenie się płomienia ponad powierzchnią cieczy. Zapisywana jest ona jako temperatura zapłonu pod ciśnieniem atmosferycznym otoczenia. Zgodnie z PN otrzymaną doświadczalnie temperaturę zapłonu, koryguje się na normalne ciśnienie atmosferyczne (T c ), stosując odpowiednie równanie T c = T 0 + 0,25(101,3 p) T 0 - temperatura zapłonu pod ciśnieniem atmosferycznym otoczenia, wyraŝona w stopniach Celsjusza, p ciśnienie atmosferyczne otoczenia, wyraŝone w kpa. Zgodnie z PN naleŝy zapisać temperaturę zapłonu skorygowaną do standardowego ciśnienia atmosferycznego, zaokrągloną do 0,5 0 C. 11

12 3. Opis procedury badawczej 1) Napełnić do odpowiedniego poziomu (do kreski zaznaczonej w środku tygla) badaną cieczą tygiel. 2) Wybrać (wraz z prowadzącym ćwiczenie) procedurę badawczą A lub B 3) Zamknąć go pokrywą i umieścić w środku aparatu. 4) Przekręcić dźwignię mieszadła na wystającą pośrodku tygla prowadnicę. 5) Włączyć zasilanie energetyczne aparatu. 6) Włączyć gaz ziemny (pokrętło przy dolnym prawym boku stanowiska i uregulować wysokość płomienia), 7) Włączyć odpowiednią szybkość grzania cieczy i szybkość obrotów mieszadła. 8) Rozpocząć sprawdzanie czy zapłon cieczy nastąpi lub nastąpił zgodnie ze wskazówkami prowadzącego ćwiczenie (przekręcając przełącznik nr.1 (rys. 5)w prawo) równocześnie obserwując czy w otwierających otworach pojawia się płomień lub czy jest on porwany do zapłonu utworzonej mieszaniny par z powietrzem), 9) Po otrzymaniu zapłonu szybkość grzania cieczy wyłączyć przekręcając regulator do wartości zero oraz odciąć dopływ gazu do stanowiska badawczego przekręcając wyłącznik gazu w prawo. 4. Opracowanie wyników Oznaczając temperaturę zapłonu metodą Pensky Martens a naleŝy wykonać minimum 2 pomiary. Opracowując wyniki końcowe, skorzystać ze wzoru na średnia arytmetyczną. RóŜnica pomiędzy dwoma wynikami uzyskanymi przez tego samego wykonawcę, na tej samej aparaturze, w stałych warunkach oznaczania, z uŝyciem identycznej cieczy w długim czasie, przy normalnym i poprawnym wykonywaniu ćwiczenia, moŝe przekraczać wartości podane w tabelach 4 i 5. Tab. 4. Wartości powtarzalności dla Procedury A Produkt Zakres temperatury zapłonu Powtarzalność wyników, r [ 0 C] [ 0 C] Farby i lakiery - 1,5 Destylaty i nieprzepracowane oleje smarowe od 40 do 250 0,029X a a X- średnia porównywalnych wyników 12

13 Tab. 5. Wartości powtarzalności dla Procedury B Produkt Paliwa pozostałościowe, asfalty upłynnione Zakres temperatury zapłonu [ 0 C] od 40 do 250 2,0 Powtarzalność wyników, r [ 0 C] przepracowane oleje smarowe od 170 do a Ciecze mające tendencje do tworzenia błonki powierzchniowej, ciecze z zawiesiną ciała stałego, wysokie lepkie produkty - 5,0 b a- b- dane uzyskane przez 20 laboratoria, z jednej próbki oleju przepracowanego stosowanego do silnika z zapłonem samoczynnym, dane dotyczą precyzji zostały ustalone przez Komisję D-1 ASTM Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: cel ćwiczenia, krótki opis przebiegu pomiaru, wyniki pomiarów, wnioski, ewentualnie inne informacje wskazane przez prowadzącego. 13

14 Oznaczanie temperatury zapłonu i palenia metodą otwartego tygla Clevelanda według PN-EN ISO 2592:2008 Terminy i definicje wg PN-EN ISO 2592:2008: Temperatura zapłonu- najniŝsza temperatura próbki analitycznej skorygowana do ciśnienia atmosferycznego 101,3kPa, w której przyłoŝenie płomyka testowego spowoduje chwilowy zapłon par próbki analitycznej i rozprzestrzenianie się płomienia nad powierzchnią cieczy, w określonych warunkach oznaczania. Temperatura palenia - najniŝsza temperatura próbki analitycznej skorygowana do ciśnienia atmosferycznego 101,3kPa, w której przyłoŝenie płomyka testowego spowoduje zapłon par próbki analitycznej i utrzymywanie się palenia co najmniej przez 5s, w określonych warunkach oznaczania. Aparat z otwartym tyglem Clevelanda (rys.1) składa się z następujących podzespołów: - tygiel do oznaczania - płyta grzewcza - urządzenie zapalające - urządzenie grzewcze - uchwyt termometru - uchwyt płyty grzewczej - przyrząd do gaszenia. uchwyt termometru tygiel do oznaczania płyta grzewcza urządzenie zapalające urządzenie grzewcze Rys. 1. Aparat Clevelanda do oznaczania temperatury zapłonu zgodny z PN-EN ISO 2592:

15 Tygiel do oznaczania wykonany jest z mosiądzu i spełnia wymagania dotyczące wymiarów zgodnie z PN-EN ISO 2592:2008. Tygiel do oznaczania jest wyposaŝony w uchwyt. Płyta grzewcza wykonana jest stali stopowej i posiada otwór w środku z otaczającym go wyŝłobieniem. Cała powierzchnia płyty grzewczej, z wyjątkiem płaskiego zagłębienia, w którym umieszczany jest tygiel do oznaczania, jest pokryta utwardzoną płytą Ŝaroodporną. Urządzenie zapalające słuŝy do przekładania płomyka moŝe być dowolnego typu, zaleca się jednak, aby średnica końcówki wynosiła około 1,6 mm, a otwór dyszy miał średnicę 0,8mm. Urządzenie do sterowania płomykiem testowym moŝna zamontować w taki sposób, aby umoŝliwiało automatyczne dwukrotne przesunięcie płomyka testowego, przemieszczenie dyszy nie było mniejsze niŝ 150mm, a środek otworu był tak usytuowany, aby poruszał się w płaszczyźnie połoŝonej nie wyŝej niŝ 2 mm nad płaszczyzną górnej krawędzią tygla do oznaczania. Jako urządzenie grzewcze jest stosowany regulowany podgrzewacz elektryczny. Źródło ciepła ustawić pośrodku, pod otworem w płycie grzewczej tak, aby nie dochodziło do miejscowego przegrzewania. Uchwyt termometru powinien umoŝliwiać utrzymanie termometru w określonej pozycji podczas badania oraz pozwalać na łatwe usunięcie termometru z tygla do oznaczania po zakończeniu badania. Uchwyt płyty grzewczej powinien umoŝliwiać utrzymywanie płyty grzewczej w stabilnym poziomym połoŝeniu. Procedura oznaczania temperatury zapłonu w tyglu otwartym Przed rozpoczęciem badania naleŝy zapisać ciśnienie atmosferyczne otoczenia zmierzone barometrem usytuowanym w pobliŝu aparatu. Tygiel do oznaczania napełnić w temperaturze otoczenia lub w podwyŝszonej temperaturze tak aby menisk górny znajdował się dokładnie na linii oznaczającej poziom napełnienia. Usunąć wszystkie pęcherzyki powietrza lub pianę z powierzchni próbki, utrzymując właściwy poziom próbki analitycznej w tyglu. Następnie zapalić płomyk testowy i wyregulować jego średnicę tak, aby wynosił od 3,2 mm do 4,8 mm, czyli odpowiadała wielkości porównawczej kulki wzorcowej, jeśli jest zamontowana na aparacie. Początkowo ogrzewać tygiel w taki sposób, aby przyrost temperatury próbki analitycznej 15

16 wynosiła od 14 C/min do 17 C/min. Gdy temperatura próbki analitycznej będzie o około 56 C niŝsza od przewidywanej temperatury zapłonu, zmniejszyć ogrzewanie tak, aby przyrost temperatury przez ostatnie (23 ± 5) C przed przewidywaną temperaturą zapłonu wynosił od 5 C/min do 6 C/min. Podczas oznaczania naleŝy uwaŝać, aby nie spowodować zaburzenia wytworzonych par w tyglu do oznaczania przez nieostroŝne ruchy lub oddychanie w pobliŝu tygla. Zaczynając od temperatury co najmniej (23 ± 5) C niŝszej od przewidywanej temperatury zapłonu, przykładać płomyk testowy gdy temperatura odczytywana na termometrze wzrasta o kolejne 2 C. Ciągłym płynnym ruchem, trwającym około 1 s, przesunąć płomyk testowy przez środek tygla do oznaczania po linii prostej prostopadłej do średnicy, na której zamocowany jest termometr, albo po obwodzie okręgu o promieniu co najmniej 150mm. Środek płomyka powinien przemieszczać się w płaszczyźnie poziomej nie wyŝej niŝ 2 mm ponad górną krawędzią tygla. Przy kolejnym przyłoŝeniu płomyka testowego przesuwać płomyk w kierunku przeciwnym. JeŜeli dojdzie do wytworzenia się błonki na powierzchni próbki analitycznej, ostroŝnie odsunąć ją na bok i kontynuować oznaczanie. Jako zaobserwowaną temperaturę zapłonu zapisać temperaturę badanej próbki analitycznej, odczytana na termometrze w momencie, gdy przyłoŝenie płomyka testowego spowoduje zapłon par i rozprzestrzenianie się płomienia nad powierzchnią cieczy. Nie mylić rzeczywistej temperatury zapłonu z błękitną poświatą, która czasami otacza płomyk testowy. Wynik jest nieprawidłowy, gdy obserwowana temperatura zapłonu jest wyŝsza o mniej niŝ 18 C od temperatury pierwszego przyłoŝenia płomyka testowego. Powtórzyć oznaczanie, uŝywając świeŝej próbki analitycznej i ustalając temperaturę pierwszego przyłoŝenia płomyka testowego, aŝ uzyska się prawidłowe oznaczanie, to znaczy gdy temperatura zapłonu jest o 18 C wyŝsza od temperatury pierwszego przyłoŝenia płomyka testowego. NajniŜsza temperatura, w której przyłoŝenie płomyka testowego spowoduje zapłon par ponad powierzchnią cieczy, jest zapisywana jako temperatura zapłonu pod ciśnieniem atmosferycznym otoczenia. Temperaturę zapłonu oznaczoną pod ciśnieniem atmosferycznym otoczenia koryguje się do standardowego ciśnienia atmosferycznego, stosując odpowiednie równanie: T c = T 0 + 0,25(101,3 p) [ C] gdzie: 16

17 T 0 temperatura zapłonu lub palenia pod ciśnieniem atmosferycznym [ C] p wartość ciśnienia atmosferycznego otoczenia odczytana z laboratoryjnego barometru [kpa] Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: cel ćwiczenia, krótki opis przebiegu pomiaru, wyniki pomiarów, wnioski, ewentualnie inne informacje wskazane przez prowadzącego. 17