Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Статья "Компьютерная оценка температуры вспышки алканов"

Статья "Компьютерная оценка температуры вспышки алканов"

  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:

КОМПЬЮТЕРНАЯ ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ АЛКАНОВ


Авторы: Жукова А.Ю.

Научные руководители: Губенко М.А., Важев В.В.

Костанайский государственный педагогический институт


Информация о пожароопасных и взрывоопасных свойствах веществ является основой инженерных методов обеспечения безопасности зданий и сооружений, технологических процессов и оборудования, а также безопасности людей. Эти данные необходимы для разработки мер предотвращения возникновения пожаров и взрывов, а также для оценки условий их развития и подавления. Пожароопасные и взрывоопасные вещества участвуют в процессах, проходящих в химической, нефтехимической, газовой, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности, на транспорте, в строительстве, т.е. практически во всех сферах деятельности человека. Одним из наиболее важных пожароопасных и взрывоопасных свойств веществ является температура вспышки [1]. Температура вспышки (flash point) - наименьшая температура, при которой пары над поверхностью горючего вещества вспыхивают при контакте с открытым источником огня. Значение температуры вспышки применяют при классификации паров горючих жидкостей по группам пожароопасности и взрывоопасности; определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; выборе типа электрооборудования; определении температурных границ безопасного применения веществ при их нагреве до высоких температур; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010; при расследовании причин пожаров [2,3].

Увеличение отраслей промышленности, связанных с переработкой горючих веществ и материалов, сопровождается возрастанием числа пожаров и взрывов, повышением тяжести их последствий. Одновременно возрастает объем исследований опасных свойств веществ [4].

Возрастание масштабов исследований взрывоопасности веществ протекает вместе с усовершенствованием методов испытаний. Экспериментальное определение температуры вспышки требует: во-первых – сложного технического оборудования, во-вторых – огромных финансовых затрат. Кроме того, на точность экспериментального определения температуры вспышки оказывают влияние множество факторов: атмосферное давление и влажность воздуха, чистота образца и др. Это в значительной мере подталкивает к развитию новых методов оценки этой величины, в том числе и расчетных.

Наиболее достоверная информация о температурах вспышки веществ имеется у фирм – производителей химических реактивов, из которых можно выделить такие как Sigma-Aldrich, Fisher Chemicals, Merck, ABCR, Acros Organics и другие. Сводная информация сосредоточена на серверах, содержащих листы безопасности MSDS (MATERIAL SAFETY DATA SHEET) от различных фирм [5-8].

В разных источниках температуры вспышки для одного и того же вещества различаются на десятки градусов, даже для давно изученных соединений. В последние годы особое внимание уделяется развитию расчетных методов определения различных свойств веществ, которые позволяют обойти экспериментальные проблемы. Наиболее признанным является метод QSPR (Quantitative Structure- Property Relationships), связывающий дескрипторы молекулярной структуры со свойствами химического соединения. Работ, посвященных исследованиям корреляций температур вспышки, имеется немного [9-11].

Нами было выполнено моделирование температуры вспышки алканов с использованием дескрипторов, генерируемых программой Dragon. Всего Dragon предлагает 3224 молекулярных дескрипторов, которые разделены на 22 логических блока: constitutional descriptors (48), topological descriptors (119), walk and path counts (47), connectivity indices (33), information indices (47), 2D autocorrelations (96), edge adjacency indices (107), Burden eigenvalue descriptors (64), topological charge indices (21), и другие.

Для моделирования нами было отобрано 79 веществ, из которых 14 входили в тренировочную выборку, остальные 65 – в контрольную.

Из множества дескрипторов, генерируемых программой Dragon, были избраны индексы связности (connectivity indices).

На рисунке 1 показан график, полученный по результатам тренировочной выборки.


hello_html_625b88c5.gif


Рисунок 1- Корреляционная зависимость между экспериментальными и вычисленными значениями температуры вспышки (тренировочная выборка)


На рисунке 2 представлен график, полученный по результатам контрольной выборки.


hello_html_m6dce8cdb.gif


Рисунок 2 – Корреляционная зависимость между экспериментальными и вычисленными значениями температуры вспышки (контрольная выборка)


Рисунке 1 и 2 свидетельствуют о том, что наши расчетные данные близки по значению к экспериментальным, величины которых были взяты из справочников.

Экспериментальные значения мы брали из следующих источников: NIST Chemistry WebBook [12], Yaws C.L. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds [13].

Статистические показатели соответствующих корреляционных зависимостей приведены в таблице 1.


Таблица 1 - Показатели корреляции между экспериментальными и вычисленными значениями температуры вспышки


Показатели корреляции

Тренировочная выборка

Контрольная выборка

R2

0,9962

0.9836

s

2,88

4.32


Достигнутая точность прогнозирования температуры вспышки не уступает даже точности оценок температуры кипения методами QSPR, что убедительно демонстрирует высокую эффективность использованных нами дескрипторов и алгоритма прогнозирования.

Также нами была выполнена оценка температуры вспышки алканов, не полученных экспериментальным путем.


Таблица 2 – Оценка температур вспышки алканов, не имеющих экспериментально установленных значений


Название вещества

CAS- номер

Температуры вспышки

1

2-methylheptadecane

1560-89-0

-5

2

3-ethyl-2,4-dimethylhexane

7220-26-0

43

3

2,5,6-trimethyloctane

62016-14-2

58

4

5-propylnonane

998-35-6

77

5

2,2,6-trimethyloctane

62016-28-8

56

6

2,3-dimethylundecane

17312-77-5

93

7

2,4,5-trimethylheptane

20278-84-6

41

8

5-methyldecane

13151-35-4

60

9

4-ethyl-3,3-dimethylhexane

52897-05-9

43

10

2,2,3-trimethylheptane

52896-92-1

40

11

2,9-dimethyldecane

1002-17-1

74

12

2,3,4,4-tetramethylhexane

52897-12-8

40

13

4-ethyl-3-methylheptane

52896-89-60

45

14

3-ethyl-5-methylheptane

52896-90-9

44

15

4-ethyl-2-methylheptane

52896-88-5

42

16

2,3-dimethyldodecane

6117-98-2

109

17

3-methyltetradecane

18435-22-8

126

18

2,6,6-trimethyloctane

54166-32-4

57

19

2,3,3-trimethylheptane

52896-93-2

41

20

2,3,7-trimethyloctane

62016-34-6

57

21

2-methyl-6-ethyloctane

62016-19-7

59

22

2,2,3-trimethylnonane

55499-04-2

75

23

3-methylheptadecane

6418-44-6

173

24

2,2-dimethyltetradecane

59222-86-5

141

25

3,4,4-trimethylheptane

20278-88-0

41

26

3-ethyl-2,5-dimethylhexane

52897-04-8

40

27

5-methylundecane

1632-70-8

76

28

2,7-dimethyl-3-ethyloctane

62183-55-5

75

29

2,3,3,4-tetramethylhexane

52897-10-6

41

30

2-methyltridecane

1560-96-9

108

31

3-methyltridecane

6418-41-3

109

32

3-ethyl-2,3-dimethylhexane

52897-00-4

43

33

3-methylhexadecane

6418-43-5

158

34

2-methylhexadecane

1560-92-5

157

35

2,2-dimethylundecane

17312-64-0

91

36

3-ethyl-2,2,3-trimethylpentane

52897-17-3

38

37

2,4-dimethyldecane

2801-84-5

75

38

4-methylundecane

2980-69-0

76

39

2,2,5-trimethylheptane

20291-95-6

39

40

2,3,6,7-tetramethyloctane

52670-34-5

75

41

3-ethyf-4-methylheptane

52896-91-0

44

42

3-methylnonadecane

6418-45-7

205

43

2,2,3,5-tetramethylhexane

52897-09-3

37

44

3-ethyl-3,4-dimethylhexane

52897-06-0

44

45

3,3,5-trimethylheptane

7154-80-5

41

46

3-methylundecane

1002-43-3

77

4hello_html_2b06bb37.gif7

2-methyltetradecane

1560-95-8

124

48

2,4-dimethyl-3-isopropylpentane

13475-79-1

37

49

2,4,4-trimethylheptane

4032-92-2

38

50

4-ethyl-2,3-dimethylhexane

52897-01-5

43

51

2-methylpentadecane

1560-93-6

141

52

2,3,3,5-tetramethylhexane

52897-11-7

38

53

3-ethyl-2,3,4-trimethylpentane

52897-19-5

39


Расчетные температуры вспышки, полученные нами при прогнозировании, могут применяться в лабораториях и на химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих предприятиях, в угольной промышленности, транспорте, организациях МЧС и других.


ЛИТЕРАТУРА


  1. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. для вузов / Под общ. ред. С.В. Белова. - 4 -е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 2004. - 606 с.

  2. Долин П.А.Основы техники безопасности в электроустановках. Учебное пособие для вузов. П.А. Долин -3-е изд. Перераб. и доп. – М.: «Знак», 2000 – 440с.

  3. Жилов Ю.Д., Куценко Г.И. Справочник по медицине труда и экологии. –2-е изд., перераб. и доп . М.: Высш. шк., 1995. - 172 с.

  4. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. В 2-х томах. Ассоциация "Пожнаука". -М., 2000. -Т. 1 -709 с, т. 2 -757 с.

  5. MSDS Online. – Режим доступа: http://www.msdsonline.com/

  6. MSDS Solutions. – Режим доступа: http://www.msds.com/

  7. MSDSXchange. – Режим доступа: http://www.msdsxchange.com/

  8. ChemExper. – Режим доступа: http://www.chemexper.be/

  9. Murugan R., Grendze M.P., Toomey J.E., Katritzky A.R., Karelson M., Lobanov V., Rachwal P. Predicting Physical Properties from Molecular Structure. // CHEMTECH. - 1994. - Vol. 24. - P. 17-23.

  10. Katritzky A.R., Lobanov V.S., Karelson M., Murugan R., Grendze M.P., Toomey J.E. Comprehensive Descriptors for Structural and Statistical Analysis. 1. Correlations Between Structure and Physical Properties of Substituted Pyridines. // Rev. Roum. Chim. - 1996. - Vol. 41. - P. 851-867.

  11. Tetteh J., Suzuki T., Metcalfe E., Howells S. Quantitative Structure-Property Relationships for the Estimation of Boiling Point and Flash Point Using a Radial Basis Function Neural Network. // J. Chem. Inf. Compt. Sci. - 1999. - Vol. 39. - P. 491.

  12. NIST Chemistry WebBook. NIST Standard Reference Database Number 69 - November 1998 Release. – Режим доступа http: // webbook.nist.gov/chemistry/

  13. Yaws C.L. Yaws' Handbook of Thermodynamic and Physical Properties of Chemical Compounds // Ed. Carl L. Yaws New York: Norwich. - 2003. - 779 p.

Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 19.01.2016
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров125
Номер материала ДВ-358524
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх