Тип 5. Расчетное определение температуры самовоспламенения

Расчет температуры самовоспламенения ведется по средней длине углеродной цепи в молекуле данного класса соединений. Расчет длины цепей для каждого класса соединений имеет свои особенности.

Расчетная формула условной средней длины цепи в молекуле имеет вид:

где

c_i - длина i-ой углеродной цепи в молекуле;

m_i - число цепей, длина которых составляет c_i.

    

Общее число цепей в молекуле находится по формуле:

где

М_р - число концевых групп в молекуле.

В рассматриваемых задачах концевыми группами будут являться:

1. Метильная группа –СН₃;

2. Гидроксильная группа –ОН;

3. Ароматический радикал (бензольное кольцо) С₆Н₅ ().

Расчет температуры самовоспламенения для предельных углеводородов

К  предельным углеводородам относятся углеводороды, имеющие насыщенные углеродные цепи, т.е. все связи между атомами углерода одинарные. Насыщенными углеродными цепями являются цепи вида: СН₃  - С - С....С - СН₃

Задача 10. Рассчитать температуру самовоспламенения 2,3,3-триметилпентана. Определить безопасную температуру нагрева поверхности технологического оборудования.

Дано: 2,3,3 - триметилпентан.

Найти: Т_с/в, Т_без?

Решение:

1. Записываем структурную формулу соединения и нумеруем все атомы углерода в молекуле:  

2. Находим все углеродные цепи с одинаковым числом атомов углерода в молекуле заданного вещества:

С₁ = 5; 1-2-3-4-5; 8-2-3-4-5;              m₁ = 2

C₂ = 4; 1-2-3-6; 1-2-3-7; 8-2-3-6;

             8-2-3-7; 7-3-4-5; 6-3-4-5;   m₂ = 6                

C₃ = 3;  1-2-8; 7-3-6;                            m₃  = 2

3. Находим общее число перечисленных цепей:

 m₁ + m₂ + m₃ = 2 + 6 + 2 = 10

4. Проверяем количество цепей по числу концевых групп в молекуле по формуле:

10 = 10, следовательно, все цепи найдены.

5. Находим среднюю длину углеродной цепи по формуле:

 

6. По табл. 6 Приложения 2 для предельных углеводородов находим по средней длине цепи температуру самовоспламенения. Для углеводорода, имеющего среднюю длину углеродной цепи, равную 4 атомам углерода, температура самовоспламенения будет равна 686 К.

7. Рассчитываем безопасную температуру нагрева поверхности технологического оборудования:

Т_без £ 0,8 ∙ Т_с/в;    Т_без £  0,8 ^. 686 = 548,8 К

Ответ: расчётная температура самовоспламенения 2,3,3-триметилпентана составляет 686 К. Безопасная температура нагрева поверхности технологического оборудования при использовании данного вещества не должна превышать 548,8 К.

Расчет температуры самовоспламенения для предельных одноатомных спиртов

К предельным одноатомным спиртам относятся вещества, содержащие предельные углеродные цепи с одной гидроксильной группой.

Гидроксильной группой называется группа состава - ОН.

В спиртах углеродной цепью считаются цепи вида:

§ СН₃ ...СН₃;

§ СН₃...ОН, цепь такого вида увеличивается на 1 атом углерода (поправка + 1).

 

Задача 11. Рассчитать температуру самовоспламенения и определить безопасную температуру нагрева поверхности технологического оборудования 5-метил-2-этилгептанол-3.

Дано: 5-метил-2-этилгептанол-3.

Найти: Т_с/в, Т_без?

Решение:

1. Записываем структурную формулу вещества и нумеруем атомы углерода, гидроксильной группе также присваиваем номер:                               

2. Перечисляем цепи одинаковой длины:

    С₁= 8; 10-9-2-3-4-5-6-7;              m₁ = 1                 

    С₂= 7;   1-2-3-4-5-6-7; 

                  10-9-2-3-4-5-8;        m₂ = 2                 

    С₃= 6; 1-2-3-4-5-8;  

                  11-3-4-5-6-7;      m₃ = 2                 

    С₄ =5; 10-9-2-3-11;  

                  11-3-4-5-8;         m₄ = 2                 

    С₅= 4; 1-2-3-11;  

                  8-5-6-7;    

                  1-2-9-10                    m₅ = 3        

 

3. Находим общее число перечисленных цепей:

 m₁ + m₂ + m₃ + m₄ + m₅ =1 + 2+ 2 + 2 + 3 = 10.

4. Проверяем общее число цепей в молекуле по количеству концевых групп:

;      = 10

10 = 10, следовательно, все цепи найдены.

 

5. Вычисляем среднюю длину цепи молекулы:

;

 

= 5,6

6. Используя данные табл. 7 Приложения 2 для предельных одноатомных спиртов определяем температуру самовоспламенения. Для предельного одноатомного спирта, имеющего среднюю длину углеродной цепи равной 5,6 атомов углерода, температура самовоспламенения будет равна 572 К.

7. Рассчитываем безопасную температуру нагрева поверхности технологического оборудования:

Т_без £ 0,8Т_с/в;    Т_без £ 0,8 ^. 572 = 457,6 (К)

Ответ: расчётная температура самовоспламенения 5-метил-2-этилгептанол-3 составляет 572 К. Безопасная температура нагрева поверхности технологического оборудования при использовании данного вещества не должна превышать 457,6 К.

Расчет температуры самовоспламенения для ароматических углеводородов

К ароматическим углеводородам относятся вещества, имеющие в своем составе бензольное кольцо. В ароматических углеводородах существуют два вида цепей:

· СН_3... СН₃;

·

Если в углеродной цепи есть ароматическое (бензольное) кольцо, то ее длина считается как число атомов углерода вне бензольного кольца минус 1 (поправка - 1). Бензольное кольцо обозначается буквой Ф и является как проходной, так и концевой группой.

Задача 12. Рассчитать температуру самовоспламенения 1-метил-2-этил-5-изопропилбензола. Определить безопасную температуру нагрева поверхности технологического оборудования.

Дано: 1-метил-2-этил-5-изопропилбензол

Найти: Т_с/в, Т_без?

Решение:

1. Записываем структурную формулу и нумеруем атомы углерода вне бензольного кольца. Атомы углерода ароматического радикала не нумеруются:

2. Перечисляем цепи одинаковой длины. Наличие в цепи ароматического радикала уменьшает длину цепи на единицу:

 

    С₁= 3   3-2-ф-5-6,  

                     3-2-ф-5-4,  

                     4-5-6           m₁ = 3             

    С₂= 2   1-ф-5-6,  

1-ф-5-4,  

1-ф-2-3      m₂ = 3                 

    С₃= 1   3-2-ф,  

4-5-ф,  

6-5-ф         m₃= 3                 

    С₄ =0   1-ф;           m₄ = 1             

3. Находим общее число перечисленных цепей:

 m₁ + m₂ + m₃ + m₄ = 3 + 3 + 3 + 1 = 10.

4. Проверяем общее число цепей в молекуле по количеству концевых групп:

10 = 10, следовательно, все цепи найдены.

5. Вычисляем среднюю длину цепи молекулы:

;   = 1,8

6. Используя данные табл. 8 Приложения 2, для ароматических углеводородов определяем температуру самовоспламенения. Для ароматического соединения, имеющего среднюю длину углеродной цепи равную 1,8, температура самовоспламенения будет равна 704 К.

7. Рассчитываем безопасную температуру нагрева поверхности технологического оборудования:

Т_без £ 0,8 ^. Т_с/в;    Т_без £ 0,8 ^. 704 = 563,2 (К)

Ответ: расчётная температура самовоспламенения 1-метил-2-этил-5-изопропилбензола составляет 704 К. Безопасная температура нагрева поверхности технологического оборудования при использовании данного вещества не должна превышать 563,2 К.