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潔凈氣體——鹵代烷氣體替代物的命名法則與舉例說明

論文類型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 2004-04-01
來源 中國(guó)水網(wǎng)
作者
摘要 唐祝華 (公安部上海消防科學(xué)研究所  上海市  200438)再序   近幾年來,各地部分設(shè)計(jì)院、若干消防總支隊(duì),以及幾家擬新上氣體滅火系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工或/和系統(tǒng)組件及氣體滅火器生產(chǎn)的氣體消防廠商的工程技術(shù)人員、領(lǐng)導(dǎo)層的管理人員、用戶(甲方)的決策人員等,仍舊有許多來信、來電和來 ...

唐祝華
(公安部上海消防科學(xué)研究所  上海市  200438)

再序

  近幾年來,各地部分設(shè)計(jì)院、若干消防總支隊(duì),以及幾家擬新上氣體滅火系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工或/和系統(tǒng)組件及氣體滅火器生產(chǎn)的氣體消防廠商的工程技術(shù)人員、領(lǐng)導(dǎo)層的管理人員、用戶(甲方)的決策人員等,仍舊有許多來信、來電和來訪,有時(shí)都詢問同一個(gè)問題:即潔凈氣體——鹵代烷的氣體替代物的命名和判別方法,為何一種替代物會(huì)有若干個(gè)稱呼,也就是說幾個(gè)不同的名稱或代碼為何實(shí)際上指的是同一個(gè)替代物;還有少數(shù)人員在技術(shù)交流時(shí)甚至在學(xué)術(shù)論文中出現(xiàn)對(duì)替代物的名稱和代碼張冠李戴的混亂情況。
  另外,1997年在我發(fā)表的《鹵代烷及其替代物的命名法則》一文中,曾提出了我也并不甚明了的一個(gè)問題。即該文中的第6節(jié)‘ 未知符號(hào):對(duì)HFC227ea中的ea的確切含義尚不了解,螹???吣芡ü?嗉?孔?妗??998年 ,我請(qǐng)教了浙江省化工研究院姜維良高工,并收到了姜總的傳真解答,在此一并錄寫下來,編為本文的第7節(jié),介紹給愿讀本文的同行們參閱。
  雖然本文內(nèi)容并非什么高新技術(shù)問題,但1997年和今年更新發(fā)表本文的目的主要還是為我個(gè)人節(jié)省時(shí)間考慮:一旦關(guān)心者和提問者有機(jī)會(huì)看了本文,而且能夠基本理解,并能自如地辨別和運(yùn)用替代物的代碼與名稱,那么我就省下了許多時(shí)間,就不必在一段時(shí)期如一個(gè)季度內(nèi),就同一個(gè)問題,去回答幾十個(gè)電話(消防部隊(duì)的朋友們通常習(xí)慣打電話提問),或者回復(fù)幾十封信(設(shè)計(jì)院的同行們通常習(xí)慣寫信提問)。

原序

  近十幾年來,隨著哈龍?zhí)娲飶?987年初提起到九十年代初陸續(xù)推出,關(guān)心這些候選哈龍?zhí)娲锏母鞣N命名法則的人員很多,不僅有氣體消防系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)、施工調(diào)試和消防部隊(duì)的監(jiān)督管理、工程驗(yàn)收等人員,尚有從事消防教學(xué)、科研的人員,著編、翻譯、印刷出版有關(guān)消防科技書籍、詞典、雜志、論文的人員,以及從事消防標(biāo)準(zhǔn)、工程規(guī)范和產(chǎn)品檢測(cè)、生產(chǎn)、營(yíng)銷等專業(yè)人員、消防同行們,經(jīng)常有人提出許多中外文獻(xiàn)中有關(guān)哈龍及其替代物的各種命名法則的比較與對(duì)照,包括其縮寫、化學(xué)名稱、分子式、商標(biāo)代號(hào)等,即如何根據(jù)文獻(xiàn)中的某一種命名法則的代號(hào)數(shù)碼,就能快速、準(zhǔn)確地判定其是哪一種物質(zhì)等問題。
  本文擬根據(jù)作者多年的學(xué)習(xí)和理解,簡(jiǎn)要介紹幾種常用的命名法則及其之間的對(duì)照關(guān)系,并舉例說明為何某種替代物會(huì)有幾個(gè)不同的名稱或代碼的因由,以供有關(guān)專業(yè)人員或關(guān)心此專業(yè)的同行們參考。

1.潔凈氣體的由來與分類

1.1 由來
  
保護(hù)人類生態(tài)環(huán)境,包括保護(hù)人類賴以補(bǔ)水生存的飲水源的水質(zhì),保護(hù)人類賴以吸氣生存的空氣的質(zhì)量等等都很重要,而保護(hù)大氣臭氧層則系可使人類免于感染皮膚癌等致命病癥的關(guān)鍵的預(yù)防措施之一,亦是為了子孫萬(wàn)代的健康成長(zhǎng)和幸窱?疃?匭爰笆卑燉淼鬧匾?攣裰??。因此?;ご篤?粞醪慵仁俏夜?殼暗幕?竟?擼?彩塹苯袷瀾綹鞴?墓餐?鶉巍?br>    鑒于已在世界各國(guó)廣泛應(yīng)用長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)多的鹵代烷滅火劑,諸如哈龍1301、1211、2402等,被發(fā)現(xiàn)對(duì)大氣臭氧層具有明顯的破壞作用,因而聯(lián)合國(guó)環(huán)境署(UNEP)和世界銀行(WB)自1990年以來組織世界各國(guó)的環(huán)保部門和消防部門的工程技術(shù)人員與政府官員極力探索、篩選和研制不破壞臭氧層而且溫室效應(yīng)亦較小的替代哈龍用的氣體滅火介質(zhì)―潔凈氣體。
1.2 分類
  
過渡性或永久性替代哈龍的氣體、液化氣體類的候選哈龍?zhí)娲铩獫崈魵怏w,在國(guó)際上通常可劃分為如下幾類:

  HBFC —?dú)滗宸?br>   HCFC— 氫氯氟代烷
  HFC——?dú)浞?br>   CFC——氯氟代烷
  PFC——全氟代烷
  FIC ——氟碘代烷
  IG———惰性氣體

  鹵代烷的各種氣體替代物的命名法則主要有:氟里昂、HCFC、FE、哈龍等命名方法。為便于讀者閱讀本文,易于識(shí)別,下文將這幾種命名法則的要點(diǎn),比較對(duì)照,以及若干常見氣體替代物的多個(gè)‘稱呼’的由來均作舉例解說。

2. 氟里昂命名法則

  氟里昂(Freon)致冷劑(Refrigerant)的命名法則如表 1及表 1注所示。
  該命名法則應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng),應(yīng)用范圍較廣,世界通用。氟里昂致冷劑的名稱代碼由F(常用),或R,或FR(不常用)等字母開頭,后加數(shù)字組成。如 F22(CHCIF2)等。根據(jù)這一命名法則,可以看出:F之后為二位數(shù)的是甲烷的衍生物,而F之后為三位數(shù)的則是乙烷的衍生物。

表1 氟里昂命名法則
自代號(hào)左首起的數(shù)字順次 代表分子中某原子的數(shù)目
碳原子數(shù)減1
氫原子數(shù)加1
氟原子數(shù)

  表1注:l. 氟里昂原系杜邦化學(xué)公司的注冊(cè)商標(biāo)Freon的中譯名,現(xiàn)我國(guó)化工書籍均寫為氟里昂。
      2. 第一個(gè)數(shù)字若為0且在首位可省略。
      3. 氟為0則不省略。

      4. B代表溴原子,其右下注腳數(shù)字代表溴原子數(shù)。
      5. 不計(jì)氯原子數(shù),氯原子數(shù)等于分子中除碳、氫、氟、(溴)以外尚未滿足的原子價(jià)數(shù)。

3. 哈龍命名法則

  哈龍,即Halon的中譯名,系國(guó)際上對(duì)哈龍滅火劑(Halonenated hydrocarbon Extinguishant)的統(tǒng)一簡(jiǎn)稱。哈龍命名法則如表2及表2注所示。該法則由字母H(或Halon)和數(shù)字(多為4位數(shù))組成,命名科學(xué),書寫簡(jiǎn)便,易于記憶。哈龍命名法則的示例如表3所示。

表2   鹵代烷命名法則
自編號(hào)左首起的數(shù)碼順次 代表分子中某原子的數(shù)目

  表2 注:1. 編號(hào)末尾是0可省略
      2. 編號(hào)中不計(jì)氫原子數(shù)。
      3. 氫原子數(shù)等于第一個(gè)數(shù)字(即碳原子數(shù))乘2加 2再減其它原子數(shù)的總和。

4. 哈龍法與氟里昂法的比較與對(duì)照

  如表4所示。
  氟里昂致冷劑和鹵代烷滅火劑(即哈龍)不僅在物化性能上相近,而且以氟里昂致冷劑作原料用熱溴化法生產(chǎn)鹵代烷滅火劑則是以往世界各國(guó)常用的經(jīng)濟(jì)、合理的工藝流程。

5. 近期興起的各種新命名法則

5.1  FE命名法則
  FE可理解為 Fire Extinguishant等的縮寫,其命名法則類同于哈龍法則,簡(jiǎn)便,易記,不同點(diǎn)在于其數(shù)字前的字母為FE。例如FE241(即H241和HCFC124)等。
  詳見表5。

表4  鹵代烷與氟里昂法對(duì)照表
化學(xué)名稱 英文名稱 化學(xué)式 鹵代烷法 縮寫 氟里昂法
三氟一溴甲烷 Bromotrifluoromethane CBrF3 1301 BTM F13B1
二氟一氯一溴甲烷 Bromochlorodifluoromethane CBrClF2 1211 BCF F12 B1
四氟二溴乙烷 Dibromotetrafluoromethane CBrF2·CBrF2 2402 DTE F114 B2
三氟一氯甲烷 Chlorotrifluoromethane CClF3 131*   F13
二氟二氯甲烷 Dichlorodifluoromethane CCl2 F2 122*   F12
二氟一氯甲烷 Chlorodifluoromethane CHCIF2 121*   F22
二氟二溴甲烷 Dibromodifluoromethane CBr2F2 1202 DDM F12 B2
氯溴甲烷 Chlorobromomethane CH2ClBr 1011 CB F30 B1
溴甲烷 Methyl bromide CH3Br 1001 MB F40 B1
四氯化碳 Corbon tetrachloride CCl4 104 CTC  

     表4注:帶*者屬氟里昂類致冷劑,不作滅火劑用。
        氫原子數(shù)的計(jì)算:1301:1×2+2-(3+1)=0

                1011:1×2+2-(1+1)=2

表5  鹵代烷及鹵代烷替代物各種命名法則對(duì)照與綜合舉例
 物質(zhì)代碼
(三種哈龍之后為HCFC的命名法則)
化學(xué)名稱 商標(biāo)代碼 縮寫代碼 氟里昂命名法則 鹵代烷命名法則 FE命名法則
H 1301 三氟一溴甲烷 哈龍1301 BTM F 13 B1 H 1301 FE 1301
H 1211 二氟一氯一溴甲烷 哈龍1211 BCF F 12 B1 H 1211 FE 1211
H 2402 四氟二溴乙烷 哈龍2402 DTE F 114 B2 H 2402 FE 2402
HBFC 22B1 二氟一溴甲烷 哈龍1201   F 22 B1 H 1201 FE 1201
HCFC 22 二氟一氯甲烷 R 22   F 22 H 121 FE 121
HCFC 123 三氟二氯乙烷 R 123   F 123 H 232 FE 232
HCFC 124 四氟一氯乙烷 FE 241   F 124 H 241 FE 241
HFC 23 三氟甲烷 FE 13 TFM F 23 H 13 FE 13
HFC 125 五氟乙烷 FE 25 FFE F 125 H 25 FE 25
HFC 236 六氟丙烷 FE 36   F 236 H 36 FE 36
HFC 227 七氟丙烷 FM 200 SFP F 227 H 37 FE 37
HFC 134 四氟乙烷 R 134 TFE F 134 H 24 FE 24
CFC 11 一氟三氯甲烷 R 11   F 11 H 113 FE 113
CFC 12 二氟二氯甲烷 R 12   F 12 H 122 FE 122
FC3-1-10 十氟丁烷 CEA 410 TFB F 3-1-10 H 4-10 FE 4-10
FC5-1-14 十四氟己烷 CEA 614   F 5-1-14 H 6-14 FE 6-14
FIC 13 I1 三氟一碘甲烷 TrIo
dIde
ITM F 13I1 H 13001 FE13001

5.2  HCFC命名法則

  這種命名法則包括HBFC(氫溴氟代烷)、HCFC(氫氯氟代烷)、HFC(氫氟代烷)、CFC(氯氟代烷)、FC(全氟代烷)和FIC(氟碘代烷)等,其特點(diǎn)是替代物的類名和縮寫字母均標(biāo)出了該物質(zhì)分子中的所有原子,不僅適用于哈龍?zhí)娲锏拿?,亦廣泛應(yīng)用于致冷劑、發(fā)泡劑、氣霧劑、清洗劑、熏蒸劑等ODS(耗損臭氧)物質(zhì)及其替代物的命名。
  HCFC命名法則的字母表征:
  H—?dú)湓?br>   B—溴原子(但不寫作Br)
  C—(左起第二位)氯原子(但不寫作CI)
  C—(末位)碳原子
  F—氟原子
  I—碘原子

  該法則除前面的字母較多之外,其它規(guī)定包括縮寫字母后的數(shù)字的確定等均等同于前文的氟里昂命名法則。如HFC23即F23,CFC12即F12等,詳見表5。

6. 綜合舉例

  上述哈龍及哈龍?zhí)娲锏男隆⑴f各種常用命名法則的比較、對(duì)照和綜合舉例詳見表5。

7.ea和fa的具體含義

  HFC-227ea和HFC-236fa中的ea 與fa 都是二個(gè)字母。
7.1 第一個(gè)字母代表中間碳的結(jié)構(gòu),用a、b 、c的順序表示中間碳各原子量之和從大到小降低的序號(hào):

     -CCl2-   -CClF-   -CF2-   -CClH-   -CFH-   -CH2-

      a       b     c     d      e     f

7.2 第二個(gè)字母代表兩邊碳的對(duì)稱性,用a、b 、c的順序表示兩邊碳各原子量之和的差值從小到大升高的序號(hào),即表示對(duì)稱性從大到小的趨勢(shì)。

  例1:
  HFC-227ea的分子結(jié)構(gòu)為:CF3--CFH--CF3 ;
  其中間碳為 -CFH-,按照7.1的命名原則該分子結(jié)構(gòu)的HFC-227的后綴的第一個(gè)字母應(yīng)為e ;而其兩邊碳均為 -CF3- ,兩邊碳的各原子量之和相等,即其差值等于零,最為對(duì)稱,其實(shí)該分子結(jié)構(gòu)的HFC-227并沒有第二種排列方式;按照7.2的命名原則該分子結(jié)構(gòu)的HFC-227的后綴的第二個(gè)字母應(yīng)為a。
  因此,分子結(jié)構(gòu)為 CF3--CFH--CF3  的鹵代烷替代物應(yīng)寫為HFC-227ea 。

  例2:
  
HFC-236 fa 的分子結(jié)構(gòu)為:CF3—CH2—CF3 ;
  其中間碳為 -CH2- ,按照7.1的命名原則應(yīng)當(dāng)用f 代表分子結(jié)構(gòu)為CF3—CH2—CF3 的替代物HFC-236的后綴的第一個(gè)字母;同第一例的道理,可以認(rèn)定其后綴的第二個(gè)字母亦應(yīng)當(dāng)寫作a 。

  因此,分子結(jié)構(gòu)為CF3—CH2—CF3  的鹵代烷替代物應(yīng)寫為HFC-236 fa 。
  由于多年來部、所、學(xué)會(huì)等給我的科研項(xiàng)目和管理業(yè)務(wù)的分量都太重,而且相當(dāng)雜亂,因而原學(xué)專業(yè)有點(diǎn)荒疏和淡忘了;請(qǐng)?jiān)缸x此文的化學(xué)化工專家特別對(duì)本文第7節(jié)的不當(dāng)之處給予指正。

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