防爆技術(shù)基本理論

1、 防爆技術(shù)基本理論 一、爆炸反應(yīng)歷程二、可燃物質(zhì)化學(xué)性爆炸的條件 一、爆炸反應(yīng)歷程可燃?xì)怏w、蒸氣或粉塵預(yù)先與空氣勻稱混合并達(dá)到爆炸極限，這種混合物稱為爆炸性混合物。根據(jù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，爆炸性混合物與火源接觸，就會(huì)有活性分子生成或成為連續(xù)反應(yīng)的活性中心。爆炸性混合物在一點(diǎn)上著火后，熱以及活性中心都向外傳播，促使鄰近的一層混合物起化學(xué)反應(yīng)，然后這一層又成為熱和活性中心的源泉而引起另一層混合物的反應(yīng)，如此循環(huán)地持續(xù)進(jìn)行，直至全部爆炸性混合物反應(yīng)完為止。爆炸時(shí)的火焰是一層層向外傳播的，在沒有界線物包圍的爆炸性混合物中，火焰是以一層層同心圓球面的形式向各方面擴(kuò)散的?；鹧娴乃俣仍诰嚯x著火地點(diǎn)0.51m處僅為

2、每秒若干米，但以后即漸漸加速，竟達(dá)每秒數(shù)百米以上。若在火焰擴(kuò)展的路程上遇有遮擋物，則由于混合物的溫度和壓力的劇增，對遮擋物造成極大的破壞。爆炸大多隨著燃燒而發(fā)生，所以長期以來燃燒理論的觀點(diǎn)認(rèn)為：當(dāng)燃燒在某肯定空間內(nèi)進(jìn)行時(shí)，假如散熱不良會(huì)使反應(yīng)溫度不斷提高，溫度的提高又會(huì)促使反應(yīng)速度加快，如此循環(huán)進(jìn)展而導(dǎo)致發(fā)生爆炸。亦即爆炸是由于反應(yīng)的熱效應(yīng)而引起的，稱為熱爆炸。但在另一種狀況下，爆炸現(xiàn)象不能簡潔地用熱效應(yīng)來解釋。例如氫和溴的混合物在較低溫度下爆炸時(shí)，其反應(yīng)式為：H2十Br2=2HBr十35kJmol，反應(yīng)熱總共只有35kJ/mol；而二氧化硫和氫的反應(yīng)，其反應(yīng)式為：SO2十H2H2S十2H2O

3、十126kJmol，反應(yīng)熱是126kJmol；卻不會(huì)爆炸，等等。因此，有些爆炸現(xiàn)象需要用化學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來說明，認(rèn)為爆炸的緣由不是由于簡潔的熱效應(yīng)，而是由于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的結(jié)果。我們知道，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有不分支鏈反應(yīng)(直鏈反應(yīng))和分支鏈反應(yīng)(支鏈反應(yīng))兩種。氫和氧的連鎖反應(yīng)屬于支鏈反應(yīng)，它的特點(diǎn)是在反應(yīng)中一個(gè)游離基(活性中心)能生成個(gè)以上的游離基，例如H·十O2=OH·十O·，O·十H2OH·十H·，于是反應(yīng)鏈就會(huì)分支，如圖23所示。在鏈增長即反應(yīng)可以增值游離基的狀況下，假如與之同時(shí)發(fā)生的銷毀游離基(鏈終止)的反應(yīng)速度不高，則游離基的數(shù)目就會(huì)增多

4、，反應(yīng)鏈的數(shù)目也會(huì)增加，反應(yīng)速度也隨之加快，這樣又會(huì)增值更多的游離基，如此循環(huán)進(jìn)展，使反應(yīng)速度加快到爆炸的等級。 連鎖反應(yīng)速度v可用上式表示.式中：F(c)反應(yīng)物濃度函數(shù)；fs鏈在器壁上銷毀因素； fc鏈在氣相中銷毀因素；A與反應(yīng)物濃度有關(guān)的函數(shù)；a鏈的分支數(shù)，在直鏈反應(yīng)中a1，支鏈反應(yīng)中a1。依據(jù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，增加氣體混合物的溫度可使連鎖反應(yīng)的速度增加，使因熱運(yùn)動(dòng)而生成的游離基數(shù)量增加。在某一溫度下，連鎖的分支數(shù)超過中斷數(shù)。這時(shí)反應(yīng)便可以加速并達(dá)到混合物自行著火的反應(yīng)速度，所以可認(rèn)為氣體混合物自行著火的條件是連鎖反應(yīng)的分支數(shù)等于中斷數(shù)。當(dāng)連鎖分支數(shù)超過中斷數(shù)時(shí)，即使混合物的溫度保持不變，仍可

5、導(dǎo)致自行著火。在肯定的條件下，如當(dāng)fs+fc十A(1a)一0時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸。綜上所述，爆炸性混合物發(fā)生爆炸有熱反應(yīng)和支鏈反應(yīng)兩種不同的機(jī)理。至于在什么狀況下發(fā)生熱反應(yīng)，什么狀況下發(fā)生支鏈反應(yīng)，需依據(jù)詳細(xì)狀況而定，甚至同一爆炸性混合物在不同條件下有時(shí)也會(huì)有所不同；如圖24所示為氫和氧按化學(xué)當(dāng)量濃度(2H2+O2)組成的混合氣發(fā)生爆炸的溫度和壓力區(qū)間。從圖中可以看出當(dāng)壓力很低且溫度不高時(shí)，例如在溫度500和壓力不超過200Pa時(shí)，由于游離基很簡單集中到器壁上銷毀，此時(shí)連鎖中斷速度超過文鏈產(chǎn)生速度，因而反應(yīng)進(jìn)行較慢，混合物不會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)溫度為500，壓力上升到200Pa和6666Pa之間時(shí)(如圖中的a和b點(diǎn)之間)，由于產(chǎn)生支鏈速度大于銷毀速度，鏈反應(yīng)很猛烈，就會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)壓力連續(xù)提超群過