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全氟己酮灭火剂饱和蒸气压与温度关系研究

发布时间:2020-12-17 浏览:379

作者:湖北及安盾消防科技有限公司 朱佳

        摘要:通过建立科学的适合于研究温度—压力的实验模型,来研究全氟己酮随着温度的逐渐升高(温度范围在30℃-90℃),其饱和蒸气压的压力变化。实验结果表明,全氟己酮饱和蒸气压与温度呈线性关系,且随着温度升高,其饱和蒸气压也随着升高,在30℃的时候,全氟己酮逐渐开始缓慢气化,在容器内产生0.5bar的气压,在90℃的时候已经完全气化,在容器内产生3.3bar的气压。

关键词:全氟己酮 灭火剂 饱和蒸气压  压力变送器  温度传感器

引言

        全氟己酮属于氟化酮(Fluorinated ketone)类,化学名称为全氟乙基异丙基酮,化学式为CF3CF2COCF(CF3)2,ASHRAE代码为F-K-5-1-12,氟原子取代了酮上部分氢原子。该灭火剂既不属于HFC,也不属于惰性气体类哈龙替代品,是一种全新的哈龙替代品,在哈龙替代领域取得了突破性进展。全氟己酮灭火剂已经得到了美国环保署(EPA)的认可并列入了美国环保署重要新替代物政策(SNAP)。气体介质灭火系统分委员会(ISO/TC21 SC8)、美国国家消防协会(NFPA)也准备分别在ISO—14520、NFPA2001中加进全氟己酮。美国3M公司已向国际上著名的消防设备厂家提供了Novec1230灭火剂,供这些消防设备厂家开发相应的消防设备(灭火器和灭火系统)。目前,由泰科消防保安系统公司(Tyco Fire And Security)研制的Novec1230灭火系统已得到英国海事和海岸警备部(MCA)的认可,UL和FM的认可工作正在进行中。

        尽管全氟己酮得到的高度的认可,但是全氟己酮贮存安全性研究少之又少。我们知道全氟己酮在常温常压下是液态物质,在贮存和运输过程中相比其他在常温常压下为气态的物质相比,安全性更高,即便如此,全氟己酮在遇到高温后,会迅速气化,在容器内会产生气象压力,如果压力过大且处理不当,很容易引发安全事故。

        目前有关全氟己酮饱和蒸气压的研究寥寥无几,目前主要集中在全氟己酮合成工艺方面的研究。本文主要研究了在30℃-90℃区间内全氟己酮饱和蒸气压与温度的关系,并且根据实验结果推导出全氟己酮饱和蒸气压与温度的函数关系式。

 1 实验部分

1.1 实验装置

    实验装置主要包括实验平台、水箱、全氟己酮容器、压力变送器、无纸记录仪、压力-温度显示器、加热棒、热电偶。实验模型如下图所示:

 

图1实验装置示意图

        其中,水箱尺寸为长210mm、宽165mm、高134mm,材质为Q235,水箱装有3.5L水,内部放置装有全氟己酮的钢瓶以及加热棒,加热棒功率为1.5kw,且加热棒连接压力-温度显示器,该压力-温度显示器压力量程为0-10Mpa,温度量程为-40℃-+120℃。全氟己酮贮存瓶为钢制304不锈钢瓶,容积为525ml,按照1.42kg/L的充装率,装入全氟己酮465ml,瓶内接有3根热电偶,分别放置上中下三个位置测量温度,热电偶连接无纸记录仪,无纸记录仪可提供12路开关量信号。钢瓶上方接有瓶头阀,瓶头阀上装有泄压阀,具有手/自动功能,自动泄压压力为1.6Mpa。另外瓶头阀左侧连接压力变送器,压力测量范围为0-10Mpa,精度误差为±0.25%,介质温度为-40℃-150℃,压力变送器连接压力-温度显示器,所有装置均放置在试验平台上。

1.2 实验方法

        为测试全氟己酮饱和蒸气压随温度变化的变化值,首先要将水箱里的水加热,通过热传递将钢瓶内的全氟己酮加热,使钢瓶内全氟己酮气化产生蒸气压。具体步骤如下:

        (1)水箱内水加热。将电加热棒深入到水箱底部,通电加热,并

在压力-温度显示器上观察温度变化并记录。

        (2)观察无纸记录仪和压力-温度显示器读数,分别同时记录

钢瓶内全氟己酮温度变化值和对应的全氟己酮饱和蒸气压的压力变化值,直到温度达到90℃时,停止实验。

2 结果与讨论

        2.1 全氟己酮灭火剂饱和蒸气压与温度的关系

        实验结果得出全氟己酮饱和蒸气压随着温度的升高,其饱和蒸气压与温度之间的关系在30℃-50℃之间呈线性函数,其饱和蒸气压随温度升高均匀增加,50℃-60℃之间呈现第一段指数函数关系,其饱和蒸气压随温度升高速率缓慢增加,60℃-90℃之间间内呈现第二段指数函数关系,其饱和蒸气压随温度升高速率猛然上升,结果见图2。

        由图2可分别计算出三段函数关系,如下:

        设定第一个函数关系式为,取曲线上任意两点(30,0.01)、(40,0.05),带入函数关系式中得出①

        设定第二个函数关系式为,取曲线上任意两点(50,0.09)、(55,0.1),算出a=1.002,带入曲线上任意2点取平均值b=1.011,得出②

        设定底三个函数关系式为,取曲线上任意两点(80,0.19)、(90,0.33),算出c=1.011,带入曲线上任意2点取平均值d=1.144,得出③

图2 全氟己酮饱和蒸气压与温度关系

 3 结论

        全氟己酮在30℃左右开始气化,产生蒸气压,30℃-50℃

        区间内随着温度升高,全氟己酮灭火剂饱和蒸气压均匀升高,50℃-60℃区间内随着温度升高,全氟己酮灭火剂饱和蒸气压上升速率缓慢升高,60℃-90℃区间内随着温度升高,全氟己酮灭火剂饱和蒸气压猛烈上升。 

参考文献

        [1] 王余胜,贾文.新型洁净灭火剂—氟化酮的性能分析[J].亚洲消防2006(1):77-79.

        [2] 陈涛,卢大勇,胡成,等.全氟己酮灭火剂临界灭火浓度测试研究[消防科学与技术],2015,34(9):1210-1214.

        [3] 白占旗,倪航,柳菜波.哈龙替代品全氟己酮及中间体全氟丙酰氟合成综述[J].有机氟工业,2010,19(4):30-32+45.



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