• کلر (Cl) عنصر شماره ۱۷ جدول تناوبی عناصر و دومین عنصر از گروه هالوژن‌ها است. مولکول کلر (Cl2) با جرم مولکولی g 70.9، دمای ذوب ۱۰۱.۵– درجه سلسیوس و دمای جوش ۳۴/۰۴– درجه سلسیوس در شرایط محیط، گازی به رنگ زرد مایل به سبز است. چگالی مایع کلر در ۳۴– درجه سلسیوس برابر با ۱.۵۶۵ گرم بر سانتی‌متر مکعب است [۱]. وزن مخصوص گاز کلر در ۰ درجه سلسیوس برابر با ۲.۴۸۵ (هوا=۱) و انحلال‌پذیری آن در آب در ۲۱.۱ درجه سلسیوس برابر با ۰/۷ (هفت دهم) درصد جرمی-جرمی است.
  • فشار بخار مایع کلر در دماهای ۰، ۲۵ و ۴۸.۹ درجه سلسیوس به ترتیب برابر با ۳۶۸.۹، ۷۷۸.۸ و ۱۳۱۶.۸ کیلو پاسکال است [۲].
  • هر حجم کلر مایع در صورت تبخیر به ۴۶۰ حجم گاز کلر تبدیل می‌شود. به همین دلیل نشت مایع کلر می‌تواند، نسبت به نشت گاز، فضای بسیار بیشتری را آلوده کند.
  • مایع کلر با افزایش دما منبسط می‌شود و به همین دلیل ظرف، مخزن یا خط لوله پر شده با کلر مایع در معرض خطر ایجاد نشت به دلیل افزایش فشار ناشی از انبساط حجمی کلر است [۲]. فشار وارد شده به جداره ظرف هنگامی که دمای اولیه کلر مایع در یک ظرف بسته و کاملا پر از ۱۰ به ۲۰ درجه سلسیوس برسد، بسته به فشار اولیه مایع کلر، می‌تواند ۳ تا ۹ برابر افزایش یابد. اگر دما در همین ظرف از ۲۰ به ۳۰ درجه سلسیوس برسد، باز هم بسته به فشار اولیه مایع کلر، فشار کلر ۵ تا ۱۲ برابر افزایش خواهد داشت [۳] که به معنی افزایش فشار به بیش از فشار قابل تحمل در تجهیزات و خطوط لوله و ایجاد نشت کلر است. این در حالی است که فشار بخار مایع کلر با افزایش دمای کلر از ۱۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس تنها ۳/۵ (سه و نیم) برابر افزایش می‌یابد [۴] که البته همین مقدار هم بسیار خطرناک است. به همین دلیل هرگز در تجهیزات یا خطوط لوله‌ای که کلر مایع در آنها جریان دارد نباید دو شیر پشت سر هم بسته شوند یا کلر مایع یک ظرف یا خط لوله بسته را پر کند. همچنین به لحاظ فنی استفاده از مخزن انبساط (Expansion Tank) مجهز به دیسک پاره‌شونده (Rupture Disk) ویژه کلر و با ظرفیت مناسب، به عنوان یک تجهیز ایمنی اجباری، در همه انواع خطوط انتقال کلر مایع در همه تاسیسات تولید یا مصرف کلر الزامی است. بازرسی مداوم آنها برای اطمینان از پاره نبودن دیسک نیز الزامی است (مخزن انبساط و دیسک پاره‌شونده یک تجهیز یکپارچه هستند و بیان هر دو جزء آن برای تاکید بر اهمیت دیسک پاره شونده آمده است).
  • کلر بوی تند و نامطلوب مشابه سفید کننده‌های خانگی کلردار [نظیر وایتکس] دارد. بوی کلر [برای افراد در اولین برخورد] در غلظت‌‌های (ppm) 0.2-0.4 قابل شناسایی است [اما افراد با تماس مداوم با کلر، ممکن است در غلظت‌های بالا هم متوجه بوی کلر نشوند] (واحد بیان غلظت گازها در هوا ppm(V) یا ppm حجمی است که البته به اختصار بدون اشاره به حجم و تنها با ppm نوشته می‌شود و تعداد سانتی‌متر مکعب‌های گاز وارد شده به متر مکعب هوا را بیان می‌کند. همچنین با وجود اشاره به بوی کلر و آحاد مربوط به آن در اینجا، هرگز نباید از بینی و تشخیص بو برای شناسایی نشت یا محل نشت استفاده کرد).
  • گاز کلر در غلظت‌های کم بی‌رنگ است اما رنگ زرد، و با افزایش غلظت، زرد مایل به سبز آن، بسته به رطوبت هوا، از (ppm) 25-60 ظاهر می‌شود [۲].
  • گاز یا مایع کلر [به تنهایی] قابلیت انفجار یا اشتعال ندارد اما یک اکسید کننده قوی بوده و می‌تواند باعث احتراق دیگر مواد شود. مایع و گاز کلر هر دو با بسیاری از مواد واکنش می‌دهند. این واکنش‌ها ممکن است بسیار شدید بوده و حتی همراه با شعله‌ور شدن ماده هدف باشند. بیشتر موادی که در حضور اکسیژن (هوا) می‌سوزند در جو کلر نیز می‌سوزند. واکنش برخی مواد نیز با کلر همراه با انفجار است [۲].
  • کلر میل شدیدی به واکنش با بسیاری از مواد دارد که عموما گرمای زیادی نیز تولید می‌کنند. فلزاتی نظیر فولاد در دمای محیط در برابر کلر خشک مقاوم‌اند ولی در صورت مرطوب شدن کلر یا افزایش دما خورده شده یا حتی در جو کلر شعله‌ور شوند. آلومینیوم، قلع و تیتانیوم در برابر کلر خشک مقاوم نیستند و حتی تیتانیوم در دمای محیط در تماس با کلر خشک شعله‌ور می‌شود. ممکن است ماده مقاوم در برابر کلر با تغییر شکل به پودر، تراشه، براده یا مفتول باریک، دیگر در برابر کلر مقاوم نبوده و با آن واکنش دهد [۲].
  • افزایش دما با افزایش فشار بخار کلر، افزایش حجم کلر مایع و ایجاد شرایط برای خوردگی بیشتر یا حتی سوختن کربن استیل در جو کلر یکی از خطرناک‌ترین عواملی است که می‌تواند حوادث منجر به نشت کلر را ایجاد کند.
  • کلر مرطوب با ایجاد محیطی خورنده ایمنی و کارایی یکپارچه تاسیسات کلر را تحت تاثیر قرار می‌دهد [۲] و می‌تواند حوادث منجر به نشت کلر ایجاد کند.
  • یک مخاطره جدی در تاسیسات تولید یا مصرف کلر تماس ناخواسته مواد ناسازگار با هم است که می‌تواند حوادثی نظیر خوردگی و آسیب تجهیزات، شعله‌ور شدن فلزات و دیگر مواد، انفجار، تولید یا نشت کلر یا دیگر مواد سمی و … ایجاد کند. مثلا مخلوط مواد آلی با کلر، حتی در دماهای پایین قابلیت اشتعال و حتی انفجار دارد [۵].
  • در همه تاسیسات و تجهیزاتی که ممکن است با کلر تماس داشته باشند باید فقط از روان کننده‌های ویژه کار با کلر و مقاوم در برابر تماس با کلر استفاده کرد چراکه روغن‌های معدنی و آلی عادی با کلر واکنش می‌دهند [۲].
  • برخی خواص فیزیکی کلر در جدول و شکل‌های زیر آمده‌اند [۲].

در ادامه جدول و شکل‌هایی که نشان دهنده مقادیر خواص فیزیکی مختلف کلر هستند آمده است. لازم به ذکر است محققان
مختلف ممکن است داده‌هایی کمی متفاوت برای خواص فیزیکی کلر اندازه‌گیری کرده
باشند. از این‌رو، داده‌های خواص فیزیکی
کلر در گزارش‌های مختلف ممکن است
متفاوت باشد
 [1].

جدول خواص فیزیکی کلر [1]

ویژگی

تعریف

شرایط محیطی

مقدار

نقطه جوش (نقطه مایع شدن)

دمایی که کلر مایع تبخیر می‌شود

۱۴.۶۹۶psia

(101.325kPa)

-29.15°F

(-33.97°C)

چگالی بحرانی

جرم واحد حجم کلر در فشار و دمای بحرانی

 

35.77lb./ft3

(573.0kg/m3)

فشار بحرانی

فشار بخار کلر مایع در دمای بحرانی

 

1157.0psia

(7977kPa)

دمای بحرانی

دمایی که بالاتر از آن کلر، بدون توجه به فشار، فقط به صورت گاز وجود دارد

 

290.75°F

(143.75°C)

حجم بحرانی

حجم واحد جرم کلر در فشار و دمای بحرانی

 

0.02795ft3/lb.

(0.001745m3/kg)

چگالی

جرم واحد خجم کلر در شرایط مشخص دما و فشار

 

شکل ۲ را ببینید

چگالی گاز Cl₂

 

32°F,14.696psia

(0°C,101.325kPa)

0.2006lb./ft3

(3.213kg/m3)

چگالی گاز Cl₂ اشباع شده

 

32°F,53.51psia

(0°C,368.9kPa)

0.7632lb./ft3

(12.23kg/m3)

چگالی مایع Cl₂ اشباع شده

 

32°F,14.696psia

(0°C,101.325kPa)

60°F,86.58psia

(15.6°C,597.0kPa)

91.56lb./ft3

(1467kg/m3)

88.76lb./ft3

11.87lb./gal

(1422kg/m3)

گرمای نهان تبخیر

مقدار گرمای لازم برای تبخیر جرم واحد کلر

در نقطه جوش نرمال

۱۲۳.۹Btu/lb.

(288.1kJ/kg)

نسبت حجمی گاز-مایع

وزن یک واحد حجم کلر مایع برابر است با وزن ۴۵۶.۶ واحد حجم کلر گاز

۳۲°F,14.696psia

(0°C,101.325kPa)

456.5

نقطه ذوب (نقطه انجماد)

دمایی که در آن کلر جامد ذوب یا ککلر مایع منجمد می‌شود.

۱۴.۶۹۶psia

(101.325kPa)

-149.76°F

(-100.98°C)

انحلال‌پذیری در آب

جرم کلری که می‌تواند در مقدار معین از آب با دمایی معین و در مقدار تعیین شده برای مجموع فشار کلر و آب حل شود.

۶۰°F,14.696psia

(15.6°C,101.325kPa)

6.93lbs./100gal

(8.30kg/m3)

شکل ۳ را ببینید

چگالی نسبی گاز Cl₂

نسبت چگالی گاز کلر در شرایط استاندارد به چگالی هوا در شرایط مشابه

۳۲°F,14.696psia

(0°C,101.325kPa)

2.485

توچه: چگالی هوای عاری از رطوبت در شرایط مشابه برابر با ۱.۲۹۲۹kg/m3 است.

چگالی نسبی مایع Cl₂

نسبت چگالی کلر مایع اشباع به چگالی آب در حداکثر چگالی آب که در (C4°) F39° ایجاد می‌شود.

۳۲°F

(0°C)

1.467

گرمای ویژه

گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای واحد جرم کلر به اندازه یک درجه.

 

 

گرمای ویژه گاز اشباع در فشار ثابت

 

32°F

(0°C)

77°F

(25°C)

0.1244Btu/lb.·°F

(0.521kJ/kg·K)

0.1347Btu/lb.·°F

(0.564kJ/kg·K)

گرمای ویژه گاز اشباع در حجم ثابت

 

32°F

(0°C)

77°F

(25°C)

0.08887Btu/lb.·°F

(0.372kJ/kg·K)

0.09303Btu/lb.·°F

(0.3895kJ/kg·K)

گرمای ویژه مایع اشباع

 

32°F

(0°C)

77°F

(25°C)

0.2264Btu/lb.·°F

(0.948kJ/kg·K)

0.2329Btu/lb.°F

(0.975kJ/kg·K)

نسبت گرمای ویژه برای گاز اشباع

نسبت گرمای ویژه گاز در فشار ثابت به گرمای ویژه گاز در حجم ثابت

۳۲°F

(0°C)

77°F

(25°C)

1.400

1.448

حجم ویژه

حجم واحد جرم کلر در شرایط مشخص دما و فشار.

 

 

حجم ویژه گاز

 

32°F,14.696psia

(0°C,101.325kPa)

4.986ft3/lb.

(0.3113m3/kg).

حجم ویژه گاز اشباع

 

32°F

(0°C)

1.310ft3/lb.

(0.08179m3/kg).

حجم ویژه مایع اشباع

 

32°F

(0°C)

0.01092ft3/lb.

(0.0006818m3/kg)

فشار بخار (شکل ۱ را ببینید)

فشار مطلق گاز کلر بالای کلر مایع وقتی در تعادل هستند

۳۲°F

(0°C)

77°F

(25°C)

53.51psia

(368.9kPa)

112.95psia

(778.8kPa)

شکل ۱ را ببینید

ویسکوزیته

معیاری از اصطکاک داخلی بین مولکول‌های کلر هنگام حرکت آن‌ها نسبت به یکدیگر

 

 

ویسکوزیته گاز اشباع

 

32°F

(0°C)

60°F

(15.6°C)

0.0125cP

(0.0125mPa-s)

0.0132cP

(0.0132mPa-s)

ویسکوزیته مایع

 

32°F

(0°C)

60°F

(15.6°C)

0.3863cP

(0.3863mPa-s)

0.3538cP

(0.3538mPa-s)

رابطه حجم-دما

رابطه حجم-دما کلر مایع در ظرفی که تا حد مجاز پر شده است

 

شکل ۴ را ببینید

حلالیت آب در کلر مایع

 

 

شکل‌های ۵ و ۶ را ببینید

 

شکل‌های 1 تا ۶ نمودارهای مربوط به کلر خالص هستند.


شکل 1 منحنی فشار بخار بر حسب دما (فشار بخار کلر مایع)


شکل 2 منحنی چگالی بر حسب دما (رابطه دما-چگالی کلر مایع) 


شکل 3 منحنی حلالیت بر حسب دما و فشار (تعادل‌های حلالیت کلر دز آب)


شکل 4 منحنی حجم کلر مایع بر حسب دما (رابطه حجم-دما کلر مایع در ظرفی که تا حد مجاز پر شده است)


شکل 5 نمودار لگاریتمی حلالیت آب در کلر مایع (توجه: بالای منحنی، کلر مرطوب است. زیر منحنی، کلر خشک است)

مثال‌هایی برای استفاده از این نمودار:

·        کلر با محتوای آب ppm ۳۰ در دمای (C°۱۰F°۵۰ کلر خشک است. اگر همین کلر در دمای  (C° 2-F°۴- باشد، مرطوب است.

·        اگر در دمای (C5°F°۴۱ محتوای آب در کلر بیش از ppm ۱۰۰ نباشد، کلر خشک است.


شکل 6 نمودار حلالیت آب در کلر مایع (توجه: بالای منحنی، کلر مرطوب است. زیر منحنی، کلر خشک است)

مثال‌هایی برای استفاده از این نمودار:

·        کلر با محتوای آب ppm ۳۰ در دمای (C°۱۰F°۵۰ کلر خشک است. اگر همین کلر در دمای   (C° 2-F°۴- باشد، مرطوب است.

·        اگر در دمای (C5°F°۴۱ محتوای آب در کلر بیش از ppm ۱۰۰ نباشد، کلر خشک است.


 
 
  1. Haynes, W.M., CRC Handbook of Chemistry and Physics. 2016: CRC Press.
  2. The Chlorine Institute. Available from: www.chlorineinstitute.org.
  3. Physical, Thermodynamic and Selected Chemical Properties of Chlorine Gest 91/168 Chapter 4 – Density and Specific Volume. 2017, Euro Chlor.
  4. Physical, Thermodynamic and Selected Chemical Properties of Chlorine Gest 91/168 Chapter 6 – Thermodynamic Properties. 2017, Euro Chlor.
  5. Physical, Thermodynamic and Selected Chemical Properties of Chlorine Gest 91/168 Chapter 9 – Safety 2017, Euro Chlor.