6
Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006, 291-296 CALCULATION OF FLASH POINTS AND FLAMMABILITY LIMITS OF SUBSTANCES AND MIXTURES M. Hristova, S. Tchaoushev University of Chemical Technology and Metallurgy 8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria E-mail: [email protected] ABSTRACT Flash point and flammability limits are important factors in the development of safe practices for handling and storage of pure substances and mixtures. Regulatory authorities use data for flash point in order to classify flammable and combustible substances. In the proposed work a critical evaluation of the methods for calculation of flash point and flammability limits of individual substances and liquid mixtures was made. Keywords: Flash point, flammability limits, substances, mixtures. INTRODUCTION The importance of safety, risk assessment, and emergency planning for industrial incidents and the re- quirements of governmental agencies are the driving force in searching better and accurate techniques for prediction of flash points. The flash point of a flam- mable liquid is the lowest temperature at which it can form an ignitable mixture with air. It is related to the lower flammability limit which is the minimum con- centration of fuel in the fuel-air mixture. [1]. Flammability is an important factor in the de- velopment of safe practices for handling and storage of pure liquids or liquid mixtures. Regulatory authorities use flash point determinations made from small-scale test apparatuses to classify flammable and combustible liquids. On the basis of these classifications, regulators specify methods for transporting, handling, packaging and storing of dangerous materials [2]. Mixtures at different temperatures and pressures are used in industrial activities. The flash point can be used to determine the level of risk in different stages of the process. Knowledge of flammable limits at elevated temperatures and pressures is needed in order to en- sure safe and economically acceptable operation of chemical processes [3]. Predictive theoretical methods are needed to es- timate the flash point of mixtures when there is lack of experimental data. Determination of flash points for mixtures are generally based on the Le Chatelier equa- tion together with a vapor-liquid equilibrium . Most existing methods are applicable only to atmospheric conditions, which do not necessarily represent the con- ditions encountered in industry. Generally, the mixtures are not ideal in either the vapor or the liquid phases and the pressures may not be atmospheric. The development of reliable predictive methods for estimating flash points would reduce significantly the amount of experimental data required for a com- plete flammability characterization. In addition, it is necessary to know the flammability limits under the working conditions. The aim of the proposed work is to make critical evaluation of the available methods for calculation of flash point and flammability limits of individual sub- stances and liquid mixtures. Received 11 January 2006 Accepted 23 April 2006

Flash Point of Mixture

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Flash Point of Mixture

M. Hristova, S. Tchaoushev

291

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006, 291-296

CALCULATION OF FLASH POINTS AND FLAMMABILITY LIMITSOF SUBSTANCES AND MIXTURES

M. Hristova, S. Tchaoushev

University of Chemical Technology and Metallurgy

8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria

E-mail: [email protected]

ABSTRACT������������� ��������������������������� ������������������������ ��� ����������� �����������

��������� ���������������������������������������������������������� ��� ������������������������ �� �����������

���������������������

��������������������������������������� ������������� �������������� � ������������ ����������������

������������������������������������������

�������������������� � �������������� ���������� ���������

INTRODUCTION

���������� ������������������������������

������ ������������������������� ���������������

��������� ��� ����������� ���� ���� ��� ���������

�� �������� �������������� ����� ����������

���� ���������������������������������������������

�������������������������������������� ���� ��

���������������������������������������������

����� ������������ �������� �� ��� ����������� ���

������������������������������������� !�

"�������������������������� �����������

������������������� � ���������������������������

�����������������������������#����������������

������������������������������������������� ���

��������������� ����������������������� ���������

���������$������������������� ������� ��������������

��� ������������������������������������ ������

�������������������������������%!�

&������������������������������������

��������������������� ����������������������� �����

��������������������������������������������������

����� �����'�������������������������������������

��������������������������������������������

���� ����� ���� � ����� ����� � ������� �������� ��

���� ����� �������(!�

)��� ��������� �������������������������

������������������������������������������� ����

����������������*������������� ������������ ��

�������������������������������+��,������������

���� ���������� �� ������������ ����������� ��&��

��������������� ��� ����� ����� ����� �� ��������

������������� ���������� ������������������ ���

��������� ������������������-������������������

������ ������ ����������������������������������

��������������������������������� �

������������������������������ ����������

��������������������������������� ��������� ����

��������������������������������������� ���

����� ������������ ��� ��.������ ��� ��������� �� ��

�� ������ �� ����� ��� ������������ ������ ����� ��

������� ���������

������������������������������������ �� ��

������������������������������������ �� ���������

���������������������������������������������������

��� ���������������������

Received 11 January 2006

Accepted 23 April 2006

Page 2: Flash Point of Mixture

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006

292

EXPERIMENTAL

�������������� � ���������� ����������

��������������������������������� ������ ��

�����������������������������/!0

7.71683.0 −= bf tt ������������������������1 2

���������������� ft ������������������������� bt�������,�

3��������������������� ���������������

���������4�������������#����5!������������������

���������������������� � ��������������������

�� ������������� ��������������������������������

������������������������� %%6� ������������

���������������� ���������������������������� 7

������������������������������� ����������0

2

2

1

+=−

b

b

T

c

T

c

bf

e

eT

cb

aT

������������������������1%2

����� fT ���������������������������������'8� bT��� ���������������������� ���'�� ����� � �������� ��

�������������� ������������������������������

������������������-�����9������������������

:�������;!������������� ����������� ������ ��

������������������������������������������� �������

����� � ������������������ ���� ��������� �����

�������� ������ ���������������� ���� ��� %6<� ���

����������0

20004.04994.02385.51 bbf TTT ++−= 1(2

�����! ��������!

�����������,������ �������� ����� ���

���6�=;<������������������������������� �6;��,�

3� ���������������� � ����������������

���������������������/=/� ���������������������0

200022.05883.05377.54 bbf TTT ++−= 1/2

�����! �������!

������������,������ �������� ����� ���

���6�=;;������������������������������� �;;��,�

)����������������������������� �� ������

��������������������� ����������<!������������ ���

��������������� ������������������� ���������+"+

�������� � ��������������������������������������

���������������������� ���� ����� �������������

���������������������0

��,�� ����������� ������ � �� ��������"���

�������������������������������0

st

83,8 %X vol.%

4(C) 4(S) H X 2(O) 0.84=

+ + − − + ������152

�����,��4��:��>�����$�������� ������������������

�������������������������������������������������

��������� ��

%��,�� �������������������������������������

�������������������1���'2���

)ln(0697.03611.1 stf

b XT

T−= ������ ����� 1;2

)ln(08512.04420.1 stf

b XT

T−= ���������� 1<2

"������������������ ��������� ��������������

����������?���������4� ���)�����#�������

������1?4)#2����� ����� �������������������������

������������������� ������� ������@!�

�������������� � ���������� �������

&������ ��������������������������������

�������� ������������������������������������

�����+"+� ���������0

P

TPLFL f

satfpi

i

)(,=������������1@2

����� )(, TP satfpi ������������������������������

�����������������������#���������������������

A�������1=2������������������������������������

����������������+"+�����! �������������� �����

���������������������������������������������������

Page 3: Flash Point of Mixture

M. Hristova, S. Tchaoushev

293

���� ��� ��������� ��� ��� ����������� �����������

�����������������1 620

satiiii PxPy γ= ���

P

Pxy

satiii

i

γ= ������������1=2

����� iii yx γ,, �����sat

iP ��������������������� ����

������������ ������ ����� ����� ������� ��������

�������������������������������������������!�

���� ������

����+��,����������� ��� ����������������

������������������ �����������0

12

2

1

1 =+LFL

y

LFL

y����������������������1 62

������$������

%���������������������� ������� ���

������� �����%������&�&$�����&�&

%���������������

������������ �������� �������� �����%��*��������

�����������������������1 2�������������&������

����,�����=!�

�������������������������������� ����������

������������������������������+������������ 6!0

1,2

222

,1

111 =+sat

fp

sat

satfp

sat

P

Px

P

Px γγ����������������������1 2

�����sat

iii Px ,,γ �������satfpiP , ��������������������� �

������������������� ����� ����� ������������������

��������!�������������������! �������������

������������� ������

3����������& +����� !������������������ ��

�������� �� ������������������������ �������

���� ����������������������������������� ���

������������������������� ��������������������

�������������������������������������������

�������������������������������������������

���� ������ ��� ����� ��� #������ *������ ���� +�

,����������������������������� ������� ����

�������

B������"��������� � %!� �� ������ ��� �����

����������������������������������������������

���+��,�����������B��������4������� ���������

���������������������������������������������

�����������������

B����������� (!���� ���3����������& +���C�

���������������������������������������������

������� ������+"+�����������������������������

���������������������D��������������

-������������#���������� /!��������������

���E9�"3,������ ����������������������� ����

���������������������� ��������������������� ���

�������������������������������������������������0

��*�������������������������������������

������������������ ����������

1=∑i i

i

L

pF ��%��G����' ����������1 %2

�������������� �������������������� ������������

�� ����������������� �� ��� ��� ��������������� ��

��������������&� ��� ��������� ������� ��� �� ������

������������ ���������� ����������������+"+

������� ���������

%��*������������������������������������

����������������������H����������������

ciii H

TLFLTLFL

∆−−= )25(182.0

)25()( ����������1 (2

�����&�&�1�2�����&�&

1%52�1����)�2�����������������

�����������������1����,2�������%5��,������ �������()�

���������������� �������������IJ����

(��*�����������������������

siiii pxp γ= � ����������������������������������1 /2

������� ��� ���������������� ����������� �� ��

���������������������������������!���������������

�� ������� �������� � iγ �������� ����� ����� ���

����sip ���������������������� �������� i ������

������T ���������� �����������������������

��� �� ������������3�������������0

Page 4: Flash Point of Mixture

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006

294

i

ii

si CT

BAp

+−=log ����������1 52

/��*����������� ����� ����� �������������

E9�"3,�������

B� ��������,��������� 5!��������������

��� �� �����������������������������������������

������������������������������������������������ ��

������ �������������������������������������

��������� �����

& -������ ;!�������������������������

������������������������������������� ���������

����� ���� ������������������� ������������� ��

�������� ���������� ��� ��� � ��������� ��� ���� ��

B�����C��������������������������������������

������� �� ���������� ��������������������������

����� ������� ���� ���� ������������� �� �� ��

E9�"3,�

�������������� � ��������� ���� � � ����

������

"����������� ���������������� ����������

����� �� ������� 1�������� ��� �� ������ ������2�

��������� ������������������ ��� ��������������

K�����������������������������������������������

������� ��������������4������������������ �� ����

�����������������E����"�����������+����1E"+2�

�������������� ������������������� �����������

������������������� �������������

3��� ���� �������������� ��� �����������

�������������������������������������������� ���

��������B������������������������� ������������

������������������������� ����������������������

��������������������

3����������������������������������������

������� ������������ ������ ��� ���� �������� I����� ��

��������� �����/�� <!0

estCLFL 55.0= ����������������������1 ;2

estCUFL 5.3= ����������������������������������1 <2

����� estC ���������� ������ � �� ������������

�������������� ���� ������� �������������������

������������������� �������� yxn OHC �����������

��� ���������� ������� ����������� ������������

�������0

OHxnCOOyxnOHC yxn 222 )2/()2/4/( +→−++

���� �� ������� ��� ��� ��� �� ������ ��� ��

� �������������� �� ��������������������������

������� �����������������

3���������� ��������������������������

������� ����������+"+����������������4��������

� @!�0310354.4)( ×=∆−× bcomHLFL ���������1 @2

����� )( combH∆− ��������������������� ���������

�����������������IJ����

3 ��������4������ =!��+"+�������� �����

������������������������������,������������ �����

������������������������:���������������� ���

�������E"+�������� ������������������������

������������:������������������ �����

K�����%6!��������������������� �� �������

����������������������������������������� � ���

���������������������������������������������������

���������������������������������������������

����������������������� ������ ������������������

��������������� ������� ����������������

:�������������% ��%%!������������� ����������

������������������������������������������������

�� ��������� ��� ����� � ���������

�������������� � ��������� ����� ����

����

-����� ��� ������������ ����������� ����� ��

���������������������������������������������

������������������ �� ���������+�,������C�����

�%(!0

=

i

i

LFL

CMLFL

100

�������������������������1 =2

������&+"+�����������������������������������

1�����728�,�������� �� ���������� ��������������

Page 5: Flash Point of Mixture

M. Hristova, S. Tchaoushev

295

�����������������������������1�����728�����&�&����

���������������������������� �������������������

���1�����72�

&�������%/!�������������������������������

���������������������������� ���� ���������������

��� ���� ����������������������� �����������������

������������������������������� ����� ���������

:���������������������� �� ��������������������

�� ��������������������� �����������������

��� ����� ����������� ���������������������������

�������������� �������������������1���������2���

� �������������������������������������0

��A������ � ��� ����� ��� �������������

��������������������������������������� ��������

.�����������-����������������3������������� �����

��� ���������� ��������������-�����������.����� ��

�� �����������������������)����#���������������

������8

%�� A������ ��� ������������ ������ ������ ��

������������� �������������������������� �

�������������������������� �������.�������

-����� ���� ������ ���� �������� ����� ��� ���

��������� ������������0

• ��������� ��� ������������ ����������� ��

������ ���������������J������������������8

• ������������������������������������������

���������������������������%5��,8����

• ������������������������������������������

��������������������������� � ���������

CONCLUSIONS

&����������������������������������������

��������������������������������������+��,������C�

������������������������������������� ��������

������������������������������������������

�����

4������������������������������������������

��������������������������� �� ������������������

��������� ������������������������������� ����

����������������������������������������������� �

��� ���������������������������������������������

���� ������

$������������������������ ��� ��������

��������������������������� ����������������

���������������������������������������������

:������� ���������������������������� ��� �����

���������� ����� �����������������������

REFERENCES

��&��-������ ����B�K�� 4����� ����� A���� ,����

#���*���������(�� =<(��%5(�%55�

%��I�+��4 �����������*�,��������)� ����4�����)����

����/�� ==;��%(6�%(;�

(��3��� ���4� ������������������&��������4���

������ � �����������������������������������

��� ���� ���������������������������������

34�&�A�= @�� =@(�

/��"�)��K�����������������A���������)�����������

)�� �����& -���:������ ���9��L��� =@6�

5��4���������'������)�-��#����I��:�.����&�������

==%�� @ �@5�

;��"��:�������"���&�������� ==<��%<<�%@%�

<��#�B��)������I��,�����A�� ������� =<(��@5�@=�

@��3�#��'��.����#��)��������#��I�����&��'�������

I��,����������,�����4 ��������%66 �� 5% � 5(6�

=��,�M��&��������*�3��,�����)� ��4�����)���������%�

%666�� %� <�

6��:�I��+�����L�:�+����,�+��������I�����+����)������

���)� ������������;��%66%��������/%=�/(@�

��B�3��3�������-�B��& +�����I��,�����A����*���

����/�� =<%��/@%�/@@�

%��*����B���#��"����������$�����,�������)���� �

,������� �� =<@��; �;<�

(��*��B�����,�+��K������,��"������I��+�������"��

4�����I���� �� ==<�� �( �

/��I��-���������)��#���������������A����,�����"����

����%�� =@%�� @;� @@�

5��#�$��B� �����*�:��,���������:��� �����)��

������������;�� =;(�� 5<� 5@�

;��I�+��& -������I��,��������� �������!���@ 6�� ==%�

(=�//�

<��*�3��,�����I�"��+������,���� ���)� ����4�����

"���������������3���� ������� )��� ��:����

A���������,������� ==6�

@�� I�&�� 4��������#������ )�3��K����3�����#���

���������������� ���������� ���� ����� �������

��������)�� ==@�

=��3�3��4������"����� ������� =<6�� (5� (=�

%6��+�-��K�����)� ����4�����)��������� ��%66%��( �5/�

% ��H��H��� �����&�:�������I��E�����,������� ����

Page 6: Flash Point of Mixture

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006

296

&���14����2������%��%66%��/<�5%�

%%��&�:�������H�H��� �����4�� ����������I��������

���E,�&��>>>M���(��%66%��@<�=%�

%(��I�&��'� �������������������������������������� �

������ ��� ��� ���� ������������ ���� ����������

���������N�����������E4�K��������&�����K�������

;@6�� =@5�� @/�

%/��-�3��&������3�������������������������������

��������������������������� ���� ��������������

)� ����4�����)������!��/�� ==<��%6(�% @�