混合氣體地爆炸極限怎么計(jì)算

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔爆炸極限 L=1/ (Y1/L1 + 丫2/L2 + 丫3/L3 )其中：Y1、Y2、Y3代表混合物中組成L1、L2、L3代有混合氣體各組份相應(yīng)的爆炸極限求混合物爆炸下限(或上限)時(shí)， L1、L2、L3分別為各純組份的爆炸下限(或下限)；爆炸極限的計(jì)算1根據(jù)化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)近似計(jì)算爆炸氣體完全燃燒時(shí)，其化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)可用來確定鏈烷燒類的爆炸下限，公式如下：L 下0.55C0式中0.55常數(shù)；C0爆炸氣體完全燃燒時(shí)化學(xué)理論體積分?jǐn)?shù)。若空氣中氧體積分?jǐn)?shù)按20.9%計(jì)，c0可用下式確定c0=20.9/ (0.209 n0)式中n0可燃?xì)怏w完全燃燒時(shí)所需氧分子數(shù)。如甲烷燃燒時(shí)，其反應(yīng)式為

2、CH4 202f CO2 2H2O此時(shí)n0=2則L下=0.55 20.9/ (0.209 2) =5.2由此得甲烷爆炸下限計(jì)算值比實(shí)驗(yàn)值5%相差不超過10%。2對(duì)于兩種或多種可燃?xì)怏w或可燃蒸氣混合物爆炸極限的計(jì)算目前，比較認(rèn)可的計(jì)算方法有兩種：2.1 萊？夏特爾定律對(duì)于兩種或多種可燃蒸氣混合物，如果已知每種可燃?xì)獾谋O限，那么根據(jù)萊？夏特爾定律，可以算出與空氣相混合的氣體的爆炸極限。用Pn表示一種可燃?xì)庠诨旌衔镏械捏w積分?jǐn)?shù)，則：LEL= (P1 P2 P3) / (P1/LEL1 P2/LEL2 P3/LEL3 )(V%)混合可燃?xì)獗ㄉ舷蓿篣EL= (P1 P2 P3) / (P1/UEL

3、1 P2/UEL2 P3/UEL3 )(V%)此定律一直被證明是有效的。2.2 理？查特里公式理？查特里認(rèn)為，復(fù)雜組成的可燃?xì)怏w或蒸氣混合的爆炸極限，可根據(jù)各組分已知的爆炸極限按下式求之。該式適用于各組分間不反應(yīng)、燃燒時(shí)無催化作用的可燃?xì)怏w混合物。Lm=100/ (V1/L1 V2/L2 Vn/Ln式中Lm 混合氣體爆炸極限，%;L1、L2、L3 混合氣體中各組分的爆炸極限，;VI、V2、V3 各組分在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)，%。例如：一天然氣組成如下：甲烷 80% (L下=5.0%)、乙烷15% (L下=3.22%)、丙烷4% (L下=2.37%)、丁烷1% (L下=1.86%)求爆炸下限。L

4、m=100/ (80/5 15/3.22 4/2.37 1/1.86 ) =4.3693可燃粉塵許多工業(yè)可燃粉塵的爆炸下限在20-60g/m3之間，爆炸上限在 2-6kg/m3之間。碳?xì)浠衔镆活惙蹓m如能完全氣化燃盡，則爆炸下限可由布爾格斯-維勒關(guān)系式計(jì)算：c >Q=k式中c爆炸下限濃度；Q該物質(zhì)每靡爾的燃燒熱或每克的燃燒熱;k常數(shù)第五節(jié)爆炸極限理論與計(jì)算、爆炸極限理論可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的混合物，并不是在任何組成下都可以燃燒或爆炸，而且上燒(或爆炸)的速率也隨組成而變。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合物中可燃?xì)怏w濃度接近化學(xué)反應(yīng)式的化學(xué)計(jì) 量比時(shí)，燃燒最快、最劇烈。若濃度減小或增加，火焰蔓延速率則降低

5、。當(dāng)濃度低于或高于 某個(gè)極限值，火焰便不再蔓延。可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的混合物能使火焰蔓延的最低濃度， 稱為該氣體或蒸氣的爆炸下限；反之，能使火焰蔓延的最高濃度則稱為爆炸上限?？扇?xì)怏w或蒸氣與空氣的混合物，若其濃度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，便不會(huì)著火或爆炸。爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸氣在混合氣體中的體積百分?jǐn)?shù)表示，有時(shí)也用單位體積可燃?xì)怏w的質(zhì)量(kg m3)表示?；旌蠚怏w濃度在爆炸下限以下時(shí)含有過量空氣，由于空氣的 冷卻作用，活化中心的消失數(shù)大于產(chǎn)生數(shù)，阻止了火焰的蔓延。若濃度在爆炸上限以上，含 有過量的可燃?xì)怏w， 助燃?xì)怏w不足，火焰也不能蔓延。但此時(shí)若補(bǔ)充空氣，仍有火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)。所以濃

6、度在爆炸上限以上的混合氣體不能認(rèn)為是安全的。燃燒和爆炸從化學(xué)反應(yīng)的角度看并無本質(zhì)區(qū)別。當(dāng)混合氣體燃燒時(shí)，燃燒波面上的化學(xué)反應(yīng)可表不為A+B -C+D+Q(4 1)式中 A、B為反應(yīng)物；C、D為產(chǎn)物；Q為燃燒熱。A、B、C、D不一定是穩(wěn)定分子， 也可以是原子或自由基?；瘜W(xué)反應(yīng)前后的能量變化可用圖4-4表示。初始狀態(tài)I的反應(yīng)物(A+B)吸收活化能正達(dá)到活化狀態(tài)H ,即可進(jìn)行反應(yīng)生成終止?fàn)顟B(tài)出的產(chǎn)物(C+D),并釋放出能量W, W=Q+E。時(shí)間圖4 - 4反應(yīng)過程能量變化假定反應(yīng)系統(tǒng)在受能源激發(fā)后，燃燒波的基本反應(yīng)濃度，即反應(yīng)系統(tǒng)單位體積的反應(yīng)數(shù)為n,則單位體積放出的能量為nW。如果燃燒波連續(xù)不斷，

7、放出的能量將成為新反應(yīng)的活化能。設(shè)活化概率為 a （a w 1）,則第二批單位體積內(nèi)得到活化的基本反應(yīng)數(shù)為anW/E,放出的能量為。& nW2/Eo后批分子與前批分子反應(yīng)時(shí)放出的能量比3定義為燃燒波傳播系數(shù)，為anW/E W 市 i E3 =1 時(shí),現(xiàn)在討論3的數(shù)值。當(dāng)3<1時(shí)，表示反應(yīng)系統(tǒng)受能源激發(fā)后，放出的熱量越來越少, 因而引起反應(yīng)的分子數(shù)也越來越少，最后反應(yīng)會(huì)終止，不能形成燃燒或爆炸。當(dāng)表示反應(yīng)系統(tǒng)受能源激發(fā)后均衡放熱，有一定數(shù)量的分子持續(xù)反應(yīng)。這是決定爆炸極限的條件（嚴(yán)格說盧值略微超過 1時(shí)才能形成爆炸）。當(dāng)3 >1時(shí)，表示放出的熱量越來越多，引起 反應(yīng)的分子數(shù)也

8、越來越多，從而形成爆炸。在爆炸極限時(shí)，3=1,即(4-3)假設(shè)爆反下限L下（體積分?jǐn)?shù)）與活化概率”成正比，則有a=KL下，其中K為比例常數(shù)。因 此(4-4)名）當(dāng)Q與正相比很大時(shí)，式（44）可以近似寫成(1-5)上式近似地表示出爆炸下限 L下與燃燒熱Q和活化能正之間的關(guān)系。 如果各可燃?xì)怏w的活化 能接近于某一常數(shù)，則可大體得出(4 6)L下Q =常數(shù)這說明爆炸下限與燃燒熱近于成反比，即是說可燃?xì)怏w分子燃燒熱越大，其爆炸下限就越低。各同系物的L下Q都近于一個(gè)常數(shù)表明上述結(jié)論是正確的。表47列出了一些可燃物質(zhì)的燃燒熱和爆炸極限，以及燃燒熱和爆炸下限的乘積。利用爆炸下限與燃燒熱的乘積成常數(shù)的 關(guān)系，

9、可以推算同系物的爆炸下限。但此法不適用于氫、乙快、二硫化碳等少數(shù)可燃?xì)怏w爆 炸下限的推算。*47可燃物旗的燃燒黑與蚱極限物質(zhì)名野Q/kJ-mol 1f L >L上) /%L下，Q物質(zhì)名株Q/kJ-mula下Ln) /%y甲烷799.13.015. 03995. 7蚌丁群2417, S1.7-416d 9乙烷M05, g3*272. 44S22. 9內(nèi)姆耶；1715.42.4-411 2 1丙信202$. 12*4 9. 54799.0戊解3054. 3L2-36毆9丁烷綺271. 9T. 1的 32.9異戊解29兒1.2.0舜丁烷26S5. 91. 88.4$744. 7乙解W7金3九。

10、57*04那。7皮烷3238. 41.4-7. S4531.3巴克醒,2133.82, 11工34522. 9異戊境3263. 51,343。丸 5幡潞225b 0Z I472L 9已燒3828.4.”工4 78 品5三段乙酹3237.01.3-4284. 4援燒4451,81. 0-瓦。4451. B甲乙弟192亂 8z.gm i3857, 6孕院5。5a il.g4?四,。二乙超25。九 0】.836. 54627, &壬烷5661, 00.”必見后二乙辨魄2a K0, 71. 7-27,04045. g飛蓋50.90.7-4166.2丙胴e. 7iL k*12.SAZ13. S乙

11、烯1297.02, 72&G356 L 8T積3g. jL 8-9,54Q87. 8丙譚1必.62.0-1L I3849. 3壽戊瑞51 3L5-8. J4442 jT樨2BS6, 41. 7-7.41347, 22d tH347f.9L2-8, 04加著6戊垢3138*01.6-SOM 8K瞰M4. 3& 6 恤 03606. 6,快U$L42. 5 85 03J5U，6«修786.6九03!84-O量3138.0L 46. H4426. 7甲催甲陸齪工。5. 1 22. 744BL 1甲笨3732. 1L 3rg4740.5甲酸乙色1502. 12, 776. 4

12、1129. 6二甲菜-1343.01.0民04343.0233.54.07九295LO壞丙烷1943.62. 47電 4必阻3一輒化碳28Q+312. 371 2330*0肝己烷J66E0L 3f 34B7D. 2H31B.0L】5.0一約4769: S甲不環(huán)已說4t55.11.2-469s. 3吐阻2728,。1, 872r4932. 9松R浦579L80,8*-4635, 9雨娥乙晡1238. 53. 84707. a端娥甲陸2 3.275.646g 4亞第酸乙塞1280.33,QW.Q3853. 5麟解乙瞭2066.92.211.44506. 2理氯乙烷1)75. 73, 0-B0, Q

13、3 弱 7,1融內(nèi)崎普48, s2. 1-543a. a二班化碳1029. 31. 2r 弭1284* 5肄能酹內(nèi)酹263,42.。53瑯8就化氫S10. i4. 375. 52196- 6鰭艘ro3213,3】7 -54«4t 3it化曜543.91L9-28. 55472*6品酸戊第4054. 3la 144觸1制甲媼640.2&之咐75280. 2申»62$.4& 736. 51188.2氯乙烷12M,34.014,84937. 1乙醇1234.33.3i&g4050.】二依乙齷937.2亂7一1芝.8503b 8四B1皿62. 64673.

14、5浪軍烷7£3. ft以3745977辟 H異內(nèi)國(guó))807.527仃州.字漠乙烷13M. 7心 771. 2州。kOT 髀2447.«1. 74163, 1式(4 6)中的L下是體積分?jǐn)?shù)，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)大都為20c的測(cè)定數(shù)據(jù)；Q則為摩爾燃燒熱。對(duì)于煌類化合物，單位質(zhì)量(每克)的燃燒熱q大致相同。如果以 mg -L1為單位表示爆炸下22.4273+20限，則記為L(zhǎng)'下，有L下=100L'下x 1000M273 ，于是“ M，式中 M為可燃?xì)怏w的相對(duì)分子質(zhì)量。把式(4 7)代人式(46),并考慮到Q=Mq,則可得到2. 4qL'下=常數(shù)（4 8）可見對(duì)于煌類化

15、合物，其 L'下近于相同。二、影響爆炸極限的因素爆炸極限不是一個(gè)固定值，它受各種外界因素的影響而變化。如果掌握了外界條件變化對(duì)爆炸極限的影響，在一定條件下測(cè)得的爆炸極限值，就有著重要的參考價(jià)值。 影響爆炸極限的因素主要有以下幾種。1 .初始溫度爆炸性混合物的初始溫度越高， 混合物分子內(nèi)能增大， 燃燒反應(yīng)更容易進(jìn)行， 則爆炸極 限范圍就越寬。所以，溫度升高使爆炸性混合物的危險(xiǎn)性增加。表48列出了初始溫度對(duì)丙酮和煤氣爆炸極限的影響。表48初始溫度對(duì)混合物爆炸極限的影響物質(zhì)初始溫度Lt/W初蠟溫度/C5L上/%兩*04.2燃?xì)?004.4。14. 2350九口9. 840。4.0014. 7

16、0100)0,0583*6515.35煤氣206, 口。114003, 3516.401005.4513.57003. Z帛1-75200Sr 0513. 82 .初始?jí)毫Ρㄐ曰旌衔锍跏級(jí)毫?duì)爆炸極限影響很大。一般爆炸性混合物初始?jí)毫υ谠鰤旱那闆r下，爆炸極限范圍擴(kuò)大。這是因?yàn)閴毫υ黾?，分子間更為接近，碰撞幾率增加，燃燒反應(yīng)更 容易進(jìn)行，爆炸極PM范圍擴(kuò)大。表49列出了初始?jí)毫?duì)甲烷爆炸極限的影響。在一般情況下，隨著初始?jí)毫υ龃?，爆炸上限明顯提高。在已知可燃?xì)怏w中，只有一氧化碳隨著初始 壓力的增加，爆炸極限范圍縮小。表49初始?jí)毫?duì)甲烷爆炸極限的影響初1哈什:力小1弱Lt/K初始?jí)毫?MPmL

17、t/%Lta ioi35.6】4, 35. 0652泉4L0135.917. 212.665.745.7初始?jí)毫档?，爆炸極限范圍縮小。當(dāng)初始?jí)毫抵聊硞€(gè)定值時(shí)，爆炸上、下限重合， 此時(shí)的壓力稱為爆炸臨界壓力。低于爆炸臨界壓力的系統(tǒng)不爆炸。因此在密閉容器內(nèi)進(jìn)行減壓操作對(duì)安全有利。3 .惰性介質(zhì)或雜質(zhì)爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，其爆炸極限范圍縮小。當(dāng)惰性氣體含量增加到某一值時(shí)，混合物不再發(fā)生爆炸。惰性氣體的種類不同對(duì)爆炸極限的影響亦不相同。如甲烷，僦、氨、氮、水蒸氣、二氧化碳、四氯化碳對(duì)其爆炸極限的影響依次增大。再如汽油，氮?dú)?、?燒廢氣、二氧化碳、氟里昂 -21、氟里昂-12、氟里昂-11

18、,對(duì)其爆炸極限的影響則依次減小。在一般情況下，爆炸性混合物中惰性氣體含量增加，對(duì)其爆炸上限的影響比對(duì)爆炸下限的影響更為顯著。這是因?yàn)樵诒ㄐ曰旌衔镏校?隨著惰性氣體含量的增加氧的含量相對(duì)減少， 而在爆炸上限濃度下氧的含量本來已經(jīng)很小，故惰性氣體含量稍微增加一點(diǎn)，即產(chǎn)生很大影響，使爆炸上限劇烈下降。對(duì)于爆炸性氣體，水等雜質(zhì)對(duì)其反應(yīng)影響很大。如果無水，干燥的氯沒有氧化功能；干燥的空氣不能氧化鈉或磷；干燥的氫氧混合物在1000c下也不會(huì)產(chǎn)生爆炸。痕量的水會(huì)急劇加速臭氧、氯氧化物等物質(zhì)的分解。少量的硫化氫會(huì)大大降低水煤氣及其混合物的燃點(diǎn)， 加速其爆炸。4 .容器的材質(zhì)和尺寸實(shí)驗(yàn)表明，容器管道直徑越小，

19、爆炸極限范圍越小。對(duì)于同一可燃物質(zhì)，管徑越小，火 焰蔓延速度越小。當(dāng)管徑(或火焰通道)小到一定程度時(shí)，火焰便不能通過。這一間距稱作最 大滅火間距，亦稱作臨界直徑。當(dāng)管徑小于最大滅火間距時(shí)，火焰便不能通過而被熄滅。容器大小對(duì)爆炸極限的影響也可以從器壁效應(yīng)得到解釋。燃燒是自由基進(jìn)行一系列連鎖反應(yīng)的結(jié)果。只有自由基的產(chǎn)生數(shù)大于消失數(shù)時(shí)，燃燒才能繼續(xù)進(jìn)行。隨著管道直徑的減小，自由基與器壁碰撞的幾率增加，有礙于新自由基的產(chǎn)生。 當(dāng)管道直徑小到一定程度時(shí)，自由基消失數(shù)大于產(chǎn)生數(shù)，燃燒便不能繼續(xù)進(jìn)行。容器材質(zhì)對(duì)爆炸極限也有很大影響。如氫和氟在玻璃器皿中混合，即使在液態(tài)空氣溫度下，置于黑暗中也會(huì)產(chǎn)生爆炸。而在

20、銀制器皿中，在一般溫度下才會(huì)發(fā)生反應(yīng)。5 .能源火花能量、熱表面面積、火源與混合物的接觸時(shí)間等，對(duì)爆炸極限均有影響。如甲烷在電壓100 V、電流強(qiáng)度1 A的電火花作用下，無論濃度如何都不會(huì)引起爆炸。但當(dāng)電流強(qiáng)度 增加至2 A時(shí)，其爆炸極限為 5. 9%13. 6%; 3A時(shí)為5. 85%14. 8%。對(duì)于一定濃 度的爆炸性混合物， 都有一個(gè)引起該混合物爆炸的最低能量。濃度不同，引爆的最低能量也不同。對(duì)于給定的爆炸性物質(zhì)， 各種濃度下引爆的最低能量中的最小值，稱為最小引爆能量，或最小引燃能量。表 4-10列出了部分氣體的最小引爆能量。表410部分氣體的最小引爆能量氣體1體積分?jǐn)?shù)能最氣體體制分?jǐn)?shù)/

21、外ft*/XIOJ nral_,/XI，,卜 m&T甲烷8. 500. 280氯化丙通1.970.19。乙烷4.02o. omi甲醇1矗240,215丁烷3. 420T 380乙窿7.720*376乙墀6. 520.0161內(nèi)雨1. IS西始4.440.* '2471Q. SSO乙燉17. 730. 020甲2. 27您50甲基乙烘4 Ma 15221.80.77T二烯I3.670. 17029.2環(huán)/乙烷7. 72仇105二堿化碳6.520315另外，光對(duì)爆炸極限也有影響。 在黑暗中，氫與氯的反應(yīng)十分緩慢，在光照下則會(huì)發(fā)生 連鎖反應(yīng)引起爆炸。甲烷與氯的混合物， 在黑暗中長(zhǎng)時(shí)間

22、內(nèi)沒有反應(yīng)，但在日光照射下會(huì)發(fā)生激烈反應(yīng)，兩種氣體比例適當(dāng)則會(huì)引起爆炸。表面活性物質(zhì)對(duì)某些介質(zhì)也有影響。如在球形器皿中530c時(shí)，氫與氧無反應(yīng)，但在器皿中插入石英、 玻璃、銅或鐵棒，則會(huì)發(fā)生爆炸。三、爆炸極限的計(jì)算1 .根據(jù)化學(xué)計(jì)量濃度近似計(jì)算爆炸性氣體完全燃燒時(shí)的化學(xué)計(jì)量濃度可以用來確定鏈烷燒的爆炸下限，計(jì)算公式為L(zhǎng) 下=0. 55C0(49)式中 C。為爆炸性氣體完全燃燒時(shí)的化學(xué)計(jì)量濃度；0. 55為常數(shù)。如果空氣中氧的含量按照20. 9%計(jì)算，Co的計(jì)算式則為20 9 = -TX100=072054 10)十0.209式中n0為1分子可燃?xì)怏w完全燃燒時(shí)所需的氧分子數(shù)。如甲烷完全燃燒時(shí)的反

23、應(yīng)式為 CH4+2O2-CO2+2H2O,這里no=2,代入式（4 10）,并 應(yīng)用式（4 9）,可得L下=5. 2,即甲烷爆炸下限的計(jì)算值為 5. 2%,與實(shí)驗(yàn)值5. 0%相差 不超過10%。此法除用于鏈烷燒以外，也可用來估算其他有機(jī)可燃?xì)怏w的爆炸下限，但當(dāng)應(yīng)用于氫、 乙快，以及含有氮、氯、硫等的有機(jī)氣體時(shí)，偏差較大，不宜應(yīng)用。2 .由爆炸下限估算爆炸上限常壓下25c的鏈烷燃在空氣中的爆炸上、下限有如下關(guān)系(4-11)(4 12)(4 13)O有如下近似關(guān)系L上=7. 1小訐如果在爆炸上限附近不伴有冷火焰，上式可簡(jiǎn)化為L(zhǎng)上=& 5 下把上式代入式（49）,可得L 上=4. 8 43 .由分子中所含碳原子數(shù)估算爆炸極限脂肪族煌類化合物的爆炸極限與化合物中所含碳原子數(shù)”廠=0. 1347%+0. 04343（444）5=仇 0137 + 0.0515）（415）L工4 .根據(jù)閃點(diǎn)計(jì)算爆炸極限閃點(diǎn)指的是在可燃液體表面形成的蒸氣與空氣的混合物，能引起瞬時(shí)燃燒的最低溫度， 爆炸下限表示的則是該混合物能引起燃燒的最低濃度，所以兩者之間有一定的關(guān)系。易燃液體的爆炸下限可以應(yīng)用閃點(diǎn)下該液體的蒸氣壓計(jì)算。計(jì)算式為L(zhǎng) 下=100X p 閃/p 總（416）式