爆炸极限计算

1、4.4 4.4 爆炸极限理论及计算爆炸极限理论及计算 4.4.1 4.4.1 爆炸极限理论爆炸极限理论 v 爆炸下限爆炸下限v 爆炸上限爆炸上限v 混合爆炸物浓度在爆炸下限以下时含有过量空气，由于空气混合爆炸物浓度在爆炸下限以下时含有过量空气，由于空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延，此时，活化中心的销毁数的冷却作用，阻止了火焰的蔓延，此时，活化中心的销毁数大于产生数。大于产生数。v 同样，浓度在爆炸上限以上，含有过量的可燃性物质，空气同样，浓度在爆炸上限以上，含有过量的可燃性物质，空气非常不足（主要是氧不足），火焰也不能蔓延。非常不足（主要是氧不足），火焰也不能蔓延。但此时若补但此时若补充空气同

2、样有火灾爆炸的危险充空气同样有火灾爆炸的危险1当混合气燃烧时，其波面上的反应如下式当混合气燃烧时，其波面上的反应如下式： ABCDQ 反应热反应热Q=W-EQ=W-EEWABCD2 设燃烧波内反应物浓度为设燃烧波内反应物浓度为n n 则单位体积放出能量为则单位体积放出能量为nwnw。 燃烧波向前传递，使前方分子活化，活化概率为燃烧波向前传递，使前方分子活化，活化概率为（11） 则活化分子的浓度为则活化分子的浓度为nW/EnW/E。第二批活化分子反应后再放出能量为。第二批活化分子反应后再放出能量为nWnW2 2/E/E。前后两批分子反应时放出的能量比为前后两批分子反应时放出的能量比为EQEWnW

3、EnW1/2当当111时，表示放热量越来越大，反应分子越来越多，形成爆炸时，表示放热量越来越大，反应分子越来越多，形成爆炸 3在爆炸极限时，在爆炸极限时，1 111EQ设爆炸下限为设爆炸下限为L L下下（体积百分比）与反应概率（体积百分比）与反应概率成正比，成正比，即即 下KLEQ1KL1下当当Q Q与与E E相比较大时，上式可近似写做相比较大时，上式可近似写做 EQKL1下各可燃气体的活化能变化不大，可大体上得出各可燃气体的活化能变化不大，可大体上得出 ： 常数下QL爆炸下限爆炸下限L L下下与可燃性气体的燃烧热与可燃性气体的燃烧热Q Q近于成反比，可燃性气体燃烧热越近于成反比，可燃性气体燃

4、烧热越大，爆炸下限就越低。大，爆炸下限就越低。 4.4.24.4.2爆炸极限的影响因素爆炸极限的影响因素 v （1 1）初始温度）初始温度 爆炸性混合物的初始温度越高，则爆炸极限范围越大，即爆炸下爆炸性混合物的初始温度越高，则爆炸极限范围越大，即爆炸下限降低而爆炸上限增高限降低而爆炸上限增高 4图4-19 温度对甲烷爆炸极限的影响图4-20 温度对氢气爆炸极限的影响v （2 2）初始压力）初始压力 一般压力增大，爆炸极限扩大一般压力增大，爆炸极限扩大 压力降低，则爆炸极限范围缩小压力降低，则爆炸极限范围缩小 待压力降至某值时，其下限与上限重合，将此时的最低压力称为待压力降至某值时，其下限与上限

5、重合，将此时的最低压力称为爆炸的临界压力。若压力降至临界压力以下，系统便成为不爆炸爆炸的临界压力。若压力降至临界压力以下，系统便成为不爆炸 5温度对丙酮爆炸极限的影响混合物温度，混合物温度，爆炸下限，爆炸下限，爆炸上限，爆炸上限，04.28.0504.09.81003.210.0 6图4-22 不同压力下氢气爆炸极限1火焰向下传播，圆筒容器尺寸为378cm；2端部或中心点，球形容器；3火焰向下传播，圆筒容器图4-21 不同压力下甲烷爆炸极限1火焰向下传播，圆筒容器尺寸为378cm；2端部或中心点，球形容器；3火焰向下传播，圆筒容器v （3 3）惰性介质即杂质）惰性介质即杂质 若混合物中含惰性气

6、体的百分数增加，爆炸极限的范围缩小，惰若混合物中含惰性气体的百分数增加，爆炸极限的范围缩小，惰性气体的浓度提高到某一数值，可使混合物不爆炸性气体的浓度提高到某一数值，可使混合物不爆炸 7图4-23 各种惰性气体对甲烷爆炸极限的影响加入惰性气体，加入惰性气体，爆炸上限显著下降爆炸上限显著下降爆炸下限略有上升爆炸下限略有上升 最终合为一点最终合为一点 爆炸临界点爆炸临界点 惰化能力：惰化能力：CCl4 CO2 H2O N2 He Arv （4 4）容器）容器 容器管子直径越小、爆炸极限范围越容器管子直径越小、爆炸极限范围越小。小。 同一可燃物质，管径越小，其火焰蔓同一可燃物质，管径越小，其火焰蔓延

7、速度亦越小。延速度亦越小。当管径（或火焰通道）当管径（或火焰通道）小到一定程度时，火焰即不能通过。小到一定程度时，火焰即不能通过。这一间距称最大灭火间距，亦称临界这一间距称最大灭火间距，亦称临界直径直径( (消焰径）消焰径）。当管径小于最大灭火当管径小于最大灭火间距，火焰因不能通过而被熄灭。间距，火焰因不能通过而被熄灭。v （5 5）点火能源）点火能源 火花的能量、热表面的面积、火源与火花的能量、热表面的面积、火源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响有影响 8图4-24 火源能量对甲烷爆炸极限的影响（常压，26） 4.4.3 4.4.3 爆炸极限的测定爆炸极

8、限的测定v 爆炸极限的测定一般采用传播法爆炸极限的测定一般采用传播法v 测试原理：首先将爆炸管内抽成真空，然后充以一定浓度的可燃气测试原理：首先将爆炸管内抽成真空，然后充以一定浓度的可燃气与空气的混合气体，用循环泵使可燃气混合均匀，再用电极点火，与空气的混合气体，用循环泵使可燃气混合均匀，再用电极点火，观察火焰传播情况。火焰传播的最低浓度或最高浓度（可燃气的体观察火焰传播情况。火焰传播的最低浓度或最高浓度（可燃气的体积百分含量），即为该可燃气的爆炸下限或爆炸上限。积百分含量），即为该可燃气的爆炸下限或爆炸上限。94.4.4 4.4.4 爆炸极限的经验公式爆炸极限的经验公式 1 1）通过）通过1

9、 1摩尔可燃气在燃烧反应中所需氧原子的摩尔数（摩尔可燃气在燃烧反应中所需氧原子的摩尔数（N N）计算）计算有机可燃气爆炸极限（体积百分数有机可燃气爆炸极限（体积百分数） 上下4N76. 4400 x11N76. 4100 x 如：甲烷：如：甲烷：N=4 N=4 x下下= 6.5%， x上上= 17.3%， 10（2 2）利用可燃气体在空气中完全燃烧时的化学计量浓度）利用可燃气体在空气中完全燃烧时的化学计量浓度x x0 0计算计算有机物爆炸极限有机物爆炸极限 008 . 4x55. 0 xxx上下AnO23.76nN2生成物生成物 有机可燃气有机可燃气A A在空气中的化学计量浓度为在空气中的化学

10、计量浓度为 %76. 41100%0nx 如：甲烷：如：甲烷：n=2 =2 x0%= 9.5%， x下下= 5.2%，x上上= 14.7% 11（3 3）通过燃烧热计算有机可燃气的爆炸下限）通过燃烧热计算有机可燃气的爆炸下限xCQxQx 2211（4 4）多种可燃气体组成的混合物爆炸极限的计算）多种可燃气体组成的混合物爆炸极限的计算%100332211iiNPNPNPNPx 莱莱夏特尔公式夏特尔公式 莱莱夏特尔公式的证明如下：夏特尔公式的证明如下：证明时的指导思想证明时的指导思想：将可燃混合气体中的各种可燃气与空气组成一组，其：将可燃混合气体中的各种可燃气与空气组成一组，其组成符合爆炸下限时的

11、比例，可燃混气与空气组成的总的混合气体为各组之组成符合爆炸下限时的比例，可燃混气与空气组成的总的混合气体为各组之和。和。121）设各种可燃气体积为：）设各种可燃气体积为：V1，V2，V3，Vi。则总的可燃气体积为。则总的可燃气体积为VV1+V2+V3+Vi 2）设各组可燃气）设各组可燃气空气在爆炸下限时的体积为：空气在爆炸下限时的体积为： V1，V2，V3，VI 。 则总的可燃混气则总的可燃混气空气体积为空气体积为 V V1+V2+V3，VI 3）设各种可燃气爆炸下限为：）设各种可燃气爆炸下限为：x1下下，x2下下，x3下下，xi下下。则。则 100VV111下x100VV222下x100VV

12、333下x100VViiix 下100 xVV111下100 xVV222下100 xVV333下100 xVViii下 134 4）设总的可燃混气的爆炸下限为）设总的可燃混气的爆炸下限为x x下下。则有。则有 %100VV下x%100100100100100332211下下下下iixVxVxVxVV%100/100/100/100/100332211下下下下iixVVxVVxVVxVV（5 5）设）设 100VV11P100VV22P100VV33P100VViiP %xPxPxPxP100ii332211下下下下下x例题 有燃气体含有燃气体含C2H6 40%，C4H10 60%，取，取1m

13、3该燃气与该燃气与19m3空气混空气混合。该混合气体遇明火是否有爆炸危险？（合。该混合气体遇明火是否有爆炸危险？（C2H6和和C4H10在空气在空气中的爆炸上限分别为中的爆炸上限分别为12.5%、8.5%，下限为，下限为3.0%、1.6%）解：解： 乙烷：乙烷：P1=40% 丁烷：丁烷：P2=60%14%0 . 2%1.660340100下x%9.7%8.56012.540100上x混合气中可燃气浓度：混合气中可燃气浓度：1/（1+19）=5% 2.0% 5% 9.7%故，该混合气体遇火爆炸。故，该混合气体遇火爆炸。例题 有混合气体含有混合气体含C2H6 1%，C4H10 1.5%，其余为空气

14、。该，其余为空气。该混合气体遇明火是否有爆炸危险？（混合气体遇明火是否有爆炸危险？（C2H6和和C4H10在空在空气中的爆炸上限分别为气中的爆炸上限分别为12.5%、8.5%，下限为，下限为3.0%、1.6%）解：可燃气体总浓度解：可燃气体总浓度1%1.5%2.5%乙烷：乙烷：P11/2.5=40%丁烷：丁烷：P2=1.5/2.5=60% 2.0% 2.5% 9.7%故，该混合气体遇火爆炸。故，该混合气体遇火爆炸。15%0 . 2%1.660340100下x%9.7%8.56012.540100上xv 如果可燃混气中含有惰性气体，如如果可燃混气中含有惰性气体，如N2、CO2等，计算其爆炸等，计

15、算其爆炸极限时，仍然利用莱极限时，仍然利用莱夏特尔公式夏特尔公式v 但需将每种惰性气体与一种可燃气编为一组，将该组气体看但需将每种惰性气体与一种可燃气编为一组，将该组气体看成一种可燃气体成分。成一种可燃气体成分。v 比如：比如：H2+N2, CO+CO2, CH4v 该组在混合气体中的体积百分含量为该组中惰性气体和可燃该组在混合气体中的体积百分含量为该组中惰性气体和可燃气体体积百分含量之和。气体体积百分含量之和。v 而该组气体的爆炸极限可先列出该组惰性气体与可燃气的组而该组气体的爆炸极限可先列出该组惰性气体与可燃气的组合比值，再从图中查出该组气体的爆炸极限，然后代入莱合比值，再从图中查出该组气

16、体的爆炸极限，然后代入莱夏特尔公式进行计算。夏特尔公式进行计算。 16（5 5）含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算方法）含有惰性气体的可燃混气爆炸极限的计算方法17图4-25 氢、一氧化碳、甲烷与氮、二氧化碳混合气体在空气中的爆炸极限18图4-26 乙烷、丙烷、丁烷和氮、二氧化碳混合物气体在空气中的爆炸极限19 例例41 求煤气的爆炸极限。煤气组成为：求煤气的爆炸极限。煤气组成为：H2一一12.4；CO一一27.3；CO2一一6.2；O2一一0；CH4一一0.7；N2一一53.4。 解解 分组：分组：CO2+H2；N2+CO；CH4 CO2+H2： 6.2+12.418.6； N2+CO：27.3+53.480.7； CH4：0.77。 5 . 04 .122 . 6HCO2296. 13 .274 .53CON2从图从图425查得：查得： H2CO2组的爆炸极限为：组的爆炸极限为：6.070； CON2组的爆炸极限为：组的爆炸极限为：4073。 CH4的爆炸极限为：的爆炸极限为：515下19%0 . 57 . 0407 .800 . 66 .18100 x上53.70%157 . 030. 77 .80706 .18100 x问题： 1m3该煤气和19m3空气混合，遇明火是否爆炸？2