爆炸極限計(jì)算

1、4.4 爆炸極限理論及計(jì)算 4.4.1 爆炸極限理論 爆炸下限爆炸上限混合爆炸物濃度在爆炸下限以下時(shí)含有過(guò)量空氣，由于空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延，此時(shí)，活化中心的銷毀數(shù)大于產(chǎn)生數(shù)。同樣，濃度在爆炸上限以上，含有過(guò)量的可燃性物質(zhì)，空氣非常不足（主要是氧不足），火焰也不能蔓延。但此時(shí)若補(bǔ)充空氣同樣有火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)1當(dāng)混合氣燃燒時(shí)，其波面上的反應(yīng)如下式： ABCDQ 反應(yīng)熱Q=W-EEWABCD2 設(shè)燃燒波內(nèi)反應(yīng)物濃度為n 則單位體積放出能量為nw。 燃燒波向前傳遞，使前方分子活化，活化概率為（1） 則活化分子的濃度為nW/E。第二批活化分子反應(yīng)后再放出能量為nW2/E。前后兩批分子反應(yīng)時(shí)放出

2、的能量比為當(dāng)1時(shí)，表示放熱量越來(lái)越大，反應(yīng)分子越來(lái)越多，形成爆炸 3在爆炸極限時(shí)，1設(shè)爆炸下限為L(zhǎng)下（體積百分比）與反應(yīng)概率成正比，即 當(dāng)Q與E相比較大時(shí)，上式可近似寫做 各可燃?xì)怏w的活化能變化不大，可大體上得出 ： 爆炸下限L下與可燃性氣體的燃燒熱Q近于成反比，可燃性氣體燃燒熱越大，爆炸下限就越低。4.4.2爆炸極限的影響因素 （1）初始溫度爆炸性混合物的初始溫度越高，則爆炸極限范圍越大，即爆炸下限降低而爆炸上限增高 4圖4-19 溫度對(duì)甲烷爆炸極限的影響圖4-20 溫度對(duì)氫氣爆炸極限的影響（2）初始?jí)毫?一般壓力增大，爆炸極限擴(kuò)大 壓力降低，則爆炸極限范圍縮小 待壓力降至某值時(shí)，其下限與上

3、限重合，將此時(shí)的最低壓力稱為爆炸的臨界壓力。若壓力降至臨界壓力以下，系統(tǒng)便成為不爆炸 5溫度對(duì)丙酮爆炸極限的影響混合物溫度，爆炸下限，爆炸上限，04.28.0504.09.81003.210.06圖4-22 不同壓力下氫氣爆炸極限1火焰向下傳播，圓筒容器尺寸為378cm；2端部或中心點(diǎn)，球形容器；3火焰向下傳播，圓筒容器圖4-21 不同壓力下甲烷爆炸極限1火焰向下傳播，圓筒容器尺寸為378cm；2端部或中心點(diǎn)，球形容器；3火焰向下傳播，圓筒容器（3）惰性介質(zhì)即雜質(zhì)若混合物中含惰性氣體的百分?jǐn)?shù)增加，爆炸極限的范圍縮小，惰性氣體的濃度提高到某一數(shù)值，可使混合物不爆炸 7圖4-23 各種惰性氣體對(duì)甲

4、烷爆炸極限的影響加入惰性氣體，爆炸上限顯著下降爆炸下限略有上升最終合為一點(diǎn) 爆炸臨界點(diǎn)惰化能力：CCl4 CO2 H2O N2 He Ar（4）容器 容器管子直徑越小、爆炸極限范圍越小。同一可燃物質(zhì)，管徑越小，其火焰蔓延速度亦越小。當(dāng)管徑（或火焰通道）小到一定程度時(shí)，火焰即不能通過(guò)。這一間距稱最大滅火間距，亦稱臨界直徑(消焰徑）。當(dāng)管徑小于最大滅火間距，火焰因不能通過(guò)而被熄滅。（5）點(diǎn)火能源 火花的能量、熱表面的面積、火源與混合物的接觸時(shí)間等，對(duì)爆炸極限均有影響 8圖4-24 火源能量對(duì)甲烷爆炸極限的影響（常壓，26）4.4.3 爆炸極限的測(cè)定爆炸極限的測(cè)定一般采用傳播法測(cè)試原理：首先將爆炸管

5、內(nèi)抽成真空，然后充以一定濃度的可燃?xì)馀c空氣的混合氣體，用循環(huán)泵使可燃?xì)饣旌暇鶆颍儆秒姌O點(diǎn)火，觀察火焰?zhèn)鞑デ闆r。火焰?zhèn)鞑サ淖畹蜐舛然蜃罡邼舛龋扇細(xì)獾捏w積百分含量），即為該可燃?xì)獾谋ㄏ孪藁虮ㄉ舷蕖?4.4.4 爆炸極限的經(jīng)驗(yàn)公式 1）通過(guò)1摩爾可燃?xì)庠谌紵磻?yīng)中所需氧原子的摩爾數(shù)（N）計(jì)算有機(jī)可燃?xì)獗O限（體積百分?jǐn)?shù)） 如：甲烷：N=4 x下= 6.5%， x上= 17.3%， 10（2）利用可燃?xì)怏w在空氣中完全燃燒時(shí)的化學(xué)計(jì)量濃度x0計(jì)算有機(jī)物爆炸極限 AnO23.76nN2生成物 有機(jī)可燃?xì)釧在空氣中的化學(xué)計(jì)量濃度為 如：甲烷：n=2 x0%= 9.5%， x下= 5.2%，x上=

6、14.7% 11（3）通過(guò)燃燒熱計(jì)算有機(jī)可燃?xì)獾谋ㄏ孪蓿?）多種可燃?xì)怏w組成的混合物爆炸極限的計(jì)算萊夏特爾公式 萊夏特爾公式的證明如下：證明時(shí)的指導(dǎo)思想：將可燃混合氣體中的各種可燃?xì)馀c空氣組成一組，其組成符合爆炸下限時(shí)的比例，可燃混氣與空氣組成的總的混合氣體為各組之和。121）設(shè)各種可燃?xì)怏w積為：V1，V2，V3，Vi。則總的可燃?xì)怏w積為VV1+V2+V3+Vi 2）設(shè)各組可燃?xì)饪諝庠诒ㄏ孪迺r(shí)的體積為： V1，V2，V3，VI 。 則總的可燃混氣空氣體積為 V V1+V2+V3，VI 3）設(shè)各種可燃?xì)獗ㄏ孪逓椋簒1下，x2下，x3下，xi下。則 134）設(shè)總的可燃混氣的爆炸下限為x下。則

7、有 （5）設(shè) 例題有燃?xì)怏w含C2H6 40%，C4H10 60%，取1m3該燃?xì)馀c19m3空氣混合。該混合氣體遇明火是否有爆炸危險(xiǎn)？（C2H6和C4H10在空氣中的爆炸上限分別為12.5%、8.5%，下限為3.0%、1.6%）解： 乙烷：P1=40% 丁烷：P2=60%14混合氣中可燃?xì)鉂舛龋?/（1+19）=5% 2.0% 5% 9.7%故，該混合氣體遇火爆炸。例題有混合氣體含C2H6 1%，C4H10 1.5%，其余為空氣。該混合氣體遇明火是否有爆炸危險(xiǎn)？（C2H6和C4H10在空氣中的爆炸上限分別為12.5%、8.5%，下限為3.0%、1.6%）解：可燃?xì)怏w總濃度1%1.5%2.5%乙烷

8、：P11/2.5=40%丁烷：P2=1.5/2.5=60% 2.0% 2.5% 9.7%故，該混合氣體遇火爆炸。15如果可燃混氣中含有惰性氣體，如N2、CO2等，計(jì)算其爆炸極限時(shí)，仍然利用萊夏特爾公式但需將每種惰性氣體與一種可燃?xì)饩帪橐唤M，將該組氣體看成一種可燃?xì)怏w成分。比如：H2+N2, CO+CO2, CH4該組在混合氣體中的體積百分含量為該組中惰性氣體和可燃?xì)怏w體積百分含量之和。而該組氣體的爆炸極限可先列出該組惰性氣體與可燃?xì)獾慕M合比值，再?gòu)膱D中查出該組氣體的爆炸極限，然后代入萊夏特爾公式進(jìn)行計(jì)算。 16（5）含有惰性氣體的可燃混氣爆炸極限的計(jì)算方法17圖4-25 氫、一氧化碳、甲烷與氮

9、、二氧化碳混合氣體在空氣中的爆炸極限18圖4-26 乙烷、丙烷、丁烷和氮、二氧化碳混合物氣體在空氣中的爆炸極限19 例41 求煤氣的爆炸極限。煤氣組成為：H2一12.4；CO一27.3；CO2一6.2；O2一0；CH4一0.7；N2一53.4。 解 分組：CO2+H2；N2+CO；CH4 CO2+H2： 6.2+12.418.6； N2+CO：27.3+53.480.7； CH4：0.77。 從圖425查得： H2CO2組的爆炸極限為：6.070； CON2組的爆炸極限為：4073。 CH4的爆炸極限為：515問題： 1m3該煤氣和19m3空氣混合，遇明火是否爆炸？20表4-7 某些氣體混合物的爆炸濃度極限氣體混合物氣體組成（）計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值CO2O2COH2CH4N2下限上限下限上限水煤氣6.20.339.249.22.33.06.165.46.969.5半水煤氣7.00.2