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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:對HFC227ea中的ea的確切含義尚不了解,螹???吣芡ü?嗉?孔?妗??998年 ,我請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、生產(chǎn)、營銷等專業(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照,包括其縮寫、化學(xué)名稱、分子式、商標(biāo)代號等,即如何根據(jù)文獻(xiàn)中的某一種命名法則的代號數(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,簡要介紹幾種常用的命名法則及其之間的對照關(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,亦是為了子孫萬代的健康成長和幸窱?疃?匭爰笆卑燉淼鬧匾?攣裰?弧R虼耍?;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>    鑒于已在世界各國廣泛應(yīng)用長達(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)對大氣臭氧層具有明顯的破壞作用,因而聯(lián)合國環(huán)境署(UNEP)和世界銀行(WB)自1990年以來組織世界各國的環(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,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)公司的注冊商標(biāo)Freon的中譯名,現(xiàn)我國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,系國際上對哈龍滅火劑(Halonenated hydrocarbon Extinguishant)的統(tǒng)一簡稱。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. 編號末尾是0可省略
      2. 編號中不計(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鄰V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:

     -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,即表示對稱性從大到小的趨勢。

  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?jiān)缸x此文的化學(xué)化工專家特別對本文第7節(jié)的不當(dāng)之處給予指正。

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