第二章 燃烧及爆炸11.17

第二章

燃烧与爆炸2.1燃烧及其特性2.2燃烧机理2.3燃烧速度2.4爆炸及其特性2.1燃烧及其特性燃烧与氧化燃烧条件燃烧过程及燃烧形式燃烧种类氧指数2.1燃烧及其特性2.1.1燃烧与氧化燃烧是可燃物质与助燃物质发生伴有放热和发光的一种剧烈的氧化还原反应。一根木棒在空气中燃烧C+O2——CO2炽热的铁在氯气中发生剧烈燃烧Fe+Cl2——FeCl31、3Cu+8HNO3——Cu(NO3)2+4H2O+2NO，2、Zn+H2SO4——ZnSO4+H23、灯泡中的灯丝通电后发光发热，但没有发生化学反应，因此也不是燃烧。以下几种情况非燃烧反应：燃烧三要素（必要条件）：可燃物、助燃物、点火源。燃烧的充分条件：燃烧反应在温度、压力、组成和点火能等方面都存在极限值，低于此极限值燃烧反应不能发生。可燃物、助燃物达到一定的浓度；点火源具备一定的温度和热量，才会引发燃烧。可燃物的爆炸极限（浓度%）氢气4.0%～75%一氧化碳12.5%～74.2%氨气15.5%～27%

最小点火能氢气0.019mJ甲烷0.025mJ可燃气体在合适的浓度，只需很小的能量如静电火花，就足以引起燃烧、爆炸。2.1.2燃烧条件即：自由基的连锁反应不受抑制。——燃烧四面体灭火原理正在发生的燃烧，消除任意一个燃烧要素，就达到灭火目的。所以防火防爆技术归结为对燃烧三要素和连锁反应的控制。洒水——降低温度，消除了点火源；（但不适用于与水发生化学反应化学品，电气火灾等。）泡沫——用泡沫覆盖着火的表面，隔离了助燃的空气；惰性气体——降低可燃物和助燃物的浓度。抑制了连锁反应的进行；例1、加工处理丙酮（闪点-10℃）下列五个条件之一可以达到防火目的：（1）温度保持在-10℃以下；（2）切断大气氧的来源；（3）保持设备密封；（4）在区域内清除任何形式的火源；（5）良好的通风设施。（1）和（2）难以做到，（3）（4）（5）容易实现。化工流程：流程在密闭的设备和管道中进行，已经具备了基本的防火条件，再辅以（4）和（5）防止有微小泄漏造成可燃气体积存引发事故，所以从多方面杜绝了燃烧爆炸事故的发生。2.1.3

燃烧过程及燃烧形式1、燃烧过程及燃烧形式绝大多数可燃物质的燃烧是在气态下进行的。气体燃烧：直接燃烧，燃烧速度极快。混合燃烧

可燃气体与助燃气体预先混合而后进行的燃烧称为混合燃烧。扩散燃烧混合燃烧特点

混合燃烧速度快、温度高，接近于理论燃烧温度，燃烧完全。例如：混合气体爆炸工业炉预混式燃烧：充分利用混合燃烧的速度，得到非常高的燃烧温度。扩散式燃烧的特点

燃烧稳定，但燃烧速度慢，火焰温度低，常出现不完全燃烧产物。可燃气体与助燃气体互相扩散，边混合边燃烧，称为扩散燃烧。2.1.3

燃烧过程及燃烧形式气体燃烧：直接燃烧，燃烧速度极快。液体燃烧：受热蒸发蒸气燃烧

固体燃烧简单物质

受热熔化蒸发燃烧直接气化燃烧如S、P等复杂物质受热分解气态和液态产物蒸发燃烧燃烧气化区（600-800℃）关于蒸发燃烧、分解燃烧和表面燃烧蒸发燃烧分解燃烧思考题：解释煤或木材的燃烧现象：从火焰型燃烧到表面燃烧。表面燃烧

可燃固体不能蒸发和分解可燃气体时，燃烧在固体的表面进行，无可见火焰。特点：无气化过程，无需吸收蒸发热，燃烧温度较高。一般金属燃烧即属表面燃烧。蒸发燃烧是指可燃液体蒸发产生的蒸气进行燃烧。大多数可燃固体或不挥发性液体经热分解产生的可燃气体的燃烧称为分解燃烧。依靠气体的扩散进行燃烧为什么加大多数二字？因为有的固体不蒸发，只发生表面燃烧。(气态物质)物质的燃烧过程：(吸收熔化潜热和蒸发潜热)(吸收蒸发潜热)2、燃烧过程中温度变化T初T氧只有外部热源，温度升高慢T氧：可燃物开始氧化放热T自：理论自燃点温度，热量相平衡。

T自‘：实际自燃点

τ（Q诱）——诱导期（着火延滞期）T燃：物质的燃烧温度T初T氧T自T自‘τ热量平衡点T燃诱导期与外界温度和压力的关系：自燃点测定时诱导期和自燃点的关系：着火延滞时间-压力关系：着火延滞时间-温度关系：lgP↑，Q↓T↑，Q↓1、着火和着火点（FirePoint或IgnitionPoint）

点燃

可燃物质在空气充足的条件下，当达到一定温度时，与火源接触就会燃烧，移去火源后能够持续燃烧（达5s以上），这种现象称为点燃。着火点

点燃的最低温度叫做燃点，也叫做着火点。2.1.4燃烧种类（起因）及其特征参数考察可燃液体温度升高的几个变化阶段：*加热温度升高，液体表面蒸气压升高，可燃物浓度升高，能够被火源点燃而发生一个瞬间的火苗。（Flash）乙醚-45℃，乙醇12℃当温度低时，其表面的易燃蒸气浓度很低，不能被点燃。温度继续升高，液体表面蒸气压升高，可燃物浓度继续升高，与火源接触就会燃烧，移去火源后还继续燃烧。(Ignite)2、闪燃和闪点FlashPoint闪燃

当可燃液体表面的蒸气与空气的混合物与火源接近时，会发生瞬间燃烧，出现瞬间的火苗或闪光，这种现象称为闪燃。闪点主要针对可燃液体而言，某些可燃固体能够蒸发（升华），所以也有闪点。闪点

可燃液体表面的蒸气能够发生闪燃的最低温度。在某一温度下，物质的饱和蒸气压越高，即物质越容易挥发，其闪点就越低。如果物质不挥发，蒸气压为0，则不能测的其闪点。

一般液体燃点比闪点高5~20℃，低闪点的液体，燃点和闪点比较接近（1~5℃）。闪点的测定闪点的测定有两种标准测定方法：开杯法、闭杯法*加热加热闭杯法测定的是饱和蒸气和空气的混合物。而开杯法蒸气自由挥发，同样温度下，可燃物浓度比闭杯法低。所以闭杯法闪点测定值一般要比开杯法低几度。*开杯法：闭杯法：哪个数据更安全一些？闭杯法测得的闪点偏保守，安全一些。影响闪点测定的因素？闪点的测定影响闪点测定的因素？点火源的大小及与液面的距离加热速率适用的均匀程度试样的纯度测试容器闪点的意义闪点是物质在储存、运输和使用过程中的安全性指标，也是其挥发性指标。闪点越低，物质的火灾危险性越大，安全性差，易挥发。几种油品的闪点和自燃点在缺少闪点数据的情况下，也可以用燃点来表征物质的火险。几种物质的闪点：乙醚-45℃，苯-11℃，丙酮-10℃，乙醇12℃，醋酸38℃GB50016-2006《建筑设计防火规范》3、自燃和自燃点自燃在外界无明火直接作用的条件下，物质自行起火并持续燃烧的现象。自燃点物质发生自燃的最低温度就是该物质的自燃点。物质为什么会发生自燃？由于物质内部的物理、化学或生化反应放出热量并积聚起来，使温度达到自燃温度，从而发生自行燃烧。

在自燃温度时，可燃物质与空气接触，不需要明火的作用就能发生燃烧。有些物质在空气中发生自燃的过程缓慢，在氧气中立刻发生自燃。例2、处理氧气的设备、管道在进氧气之前要进行脱脂处理。因为油脂在常温下遇到氧气会发生自燃，管道和储罐在通入氧气之前必须经过脱脂处理，清除在施工时残留油脂。受热自燃

可燃物质受到外部热源的作用并积蓄热量，使温度升高，达到自燃点而自行燃烧，称之为受热自燃。自热自燃

可燃物质在无外部热源的作用下，由于物质内部的物理、化学或生化反应放出热量并积聚起来，使温度达到自燃温度，从而发生自行燃烧。（1）受热自燃和自热自燃在化工生产中，由于接触高温热表面，加热或烘烤，冲击摩擦等，均可能导致自燃。自热原因：氧化热、分解热、聚合热、吸附热、发酵热等自热自燃和受热自燃的本质是一样的。

①由于氧化热积蓄引起的自燃油脂类、煤、金属硫化物等被氧化并产生热量从而导致自燃②由分解发热引起的自燃硝化棉、赛璐珞和有机过氧化物③由聚合、发酵热引起的自燃活性单体在聚合时由于反应失控引起爆聚，堆积干草的自燃FeS2+O2FeS+SO2FeS2+3/2O2FeO+SO22FeO+1/2O2Fe2O3Fe2S3+3/2O2Fe2O3+3S硝化棉[C6H7O2(ONO2)a(OH)3-a]n

Mg2Si+4H2OMg(OH)2+SiH4

（c）相互混合而自燃大多为强氧化剂，如压缩氧、氯、硝酸、过氧化钠、高锰酸钾等，遇有机物时因反应放热而自燃。乙炔和氯气的反应：C2H2+Cl22HCl+2C还原剂遇水反应：B2H6+6H2O2H3BO3+6H2④由化学品混合接触而引起的自燃（a）接触空气自燃黄磷、磷化氢（b）接触水自燃钾、钠、磷化钙、硼氢化物金属硅化物Mg2Si、Fe2Si遇水蒸气产生氢化硅，在空气中自燃（2）影响自燃的因素热量的生成速率：反应热与反应速率的乘积，即单位时间反应热。热量的积聚情况：与导热状况有关。（3）影响自燃点的因素

压力、浓度、催化剂、化学结构等

压力越高，自燃点越低；反应当量浓度时，自燃点最低；活性催化剂使自燃点降低，钝化催化剂使自燃点升高；有机化合物：同系物分子量增加，自燃点降低；（与闪点相反）闪点饱和烃自燃点高于碳原子数相当不饱和烃；直链结构自燃点低于其异构物；苯系低碳烃自燃点高于碳原子数相当的脂肪烃；2.1.5氧指数将固体材料在不同氧浓度的O2-N2混合气中点火燃烧，测出能维持该材料有焰燃烧的最低氧浓度（V/V），称为氧指数。氧指数越高的材料阻燃性能越好。空气中氧含量21%，所以氧指数>21%的材料在空气中点燃后会自行熄灭。氧指数受温度影响，温度升高，氧指数下降。采用氧指数>21%的材料，为什么在火灾中仍可以着火？2.1.6最小点火能在处于爆炸范围内的可燃气体混合物中发生电火花，从而引起着火所必须的最小能力称为最小点火能。E=0.02mJ，c=9%1、事故经过

某化肥厂合成车间管道突然破裂，随即氢气大量泄漏。厂领导立即命令操作工关闭主阀、附阀，全厂紧急停车。大约5分钟后，合成车间突然发生爆炸，合成车间近10m高的厂房被炸成一片废墟，爆炸造成5人死亡，26人受伤。2、事故原因分析

（1）形成爆炸混合气体管道破裂后，氢气大量泄漏，立即扩散形成爆炸混合气体。氢气在空气中爆炸极限是4％～75％，其浓度达到18.3％～59％就会发生爆轰。（2）具有点火源当氢气从管道大量泄漏喷出时，氢气和管道破裂部位急剧摩擦，产生高静电压。当静电荷积聚到一定量时，就会击穿空气介质对接地体放电，产生静电火花，从而引起爆炸。氢气的最小引燃能量为0.019mJ，诱导期0.01s。3、事故教训与防范措施

主要在于设备的安全管理疏漏，未能及时发现管道的事故隐患和及时维护更换。应切实加强设备的安全管理，对容易造成腐蚀、破损的管道、阀门等，要定期进行技术分析和系统检漏，并在设备周期大检修时彻底检修。某化肥厂管道破裂造成氢气爆炸事故2.2燃烧机理1、燃烧的活化能理论2、燃烧的过氧化物理论3、燃烧的连锁反应理论2.2燃烧机理1、燃烧的活化能理论活化分子相互碰撞时能够发生化学反应的少数具有较高能量的分子。活化能活化分子比分子平均能量高出的能量值。ΔE1、ΔE2有效碰撞活化分子之间能够发生化学反应的碰撞。QV=ΔE2-ΔE1产物活化分子用活化能理论解释：明火点燃可燃物自燃2、燃烧的过氧化物理论例如氢和氧的燃烧反应

H2+O2→H2O2H2O2+H2→2H2O用燃烧的过氧化物理论解释有机过氧化物的燃烧和爆炸：有机过氧化物可视为过氧化氢的衍生物，H—O—O—R或R—O—O—R′看作可燃物质被氧化的中间产物，是不稳定的化合物，极易燃烧或爆炸。如蒸馏乙醚的残渣中常由于形成过氧乙醚而引起自燃或爆炸。O2—O—O—（过氧键）Δ把A—O—O—A看作中间产物，它不稳定，易燃烧、分解，氧化其他物质。—O—O—+2AA—O—O—A3、燃烧的连锁反应理论——自由基的连锁反应P28气体分子间的燃烧反应是由活性自由基与分子作用，生成产物并产生新的自由基，新自由基又参加反应，如此延续下去形成一系列连锁反应。连锁反应由三个阶段构成：链的引发、链的传递（包括支化）和链的终止。连锁反应分为直链反应和支链反应两种类型。链的终止2ClCl22HH2H+ClHCl氯和氢的反应属直链反应氢和氧的反应属支链反应(H2、O2、H2O等任何惰性分子)H+O2+MHO2+MH+OHH2O（H2、O2为活化分子）4、连锁反应速度表达式连锁反应的速度与反应物浓度、能量、传播速度、链的生成和销毁速度有关。P20F(c)——反应物浓度函数fs——链在器壁上销毁因素，与容器材质、性质和大小有关fc——链在气相中销毁因素，与温度、压力、杂质有关A——与反应物浓度有关的函数α——链的分支，直链α=1，支链α>12.3燃烧的特征参数燃烧速率燃烧热（热值）燃烧温度2.3燃烧的特征参数1、燃烧速度（1）可燃气体燃烧速度静止气体：燃烧速度=火焰传播速度运动气体：火焰传播速度=燃烧速度+运动速度直接燃烧，燃烧速度快取决于气体扩散速度和化学反应速度单质气体的燃烧速度＞化合物气体如uH2＞uCH4气体燃烧——取决于本身的化学反应速度混合燃烧速度＞扩散燃烧速度气体名称最大火焰传播速度可燃气体在空气中的含量/％气体名称最大火焰传播速度可燃气体在空气中的含量/％氢一氧化碳甲烷乙烷丙烷4.831.250.670.850.8238.5459.86.54.6丁烷乙烯炼焦煤气焦炭发生煤气水煤气0.821.421.700.733.13.67.11748.543火焰在管道中传播示意图：可燃气体与空气混合气的火焰传播速度，m／s（管道直径25.4mm）静止气体：燃烧速率=火焰传播速率预混气体层流火焰烃类气体燃烧速率：炔烃>烯烃>烷烃层流火焰：燃烧只在火焰面内进行火焰逐层往前传播u=ds/dt影响可燃气体火焰传播速度的因素：混合气性质、混合气浓度、混合气原始压力和温度例如：氢气>炔烃>烯烃>烷烃可燃气体浓度和火焰传播速度的影响：对每种气体，火焰传播速度都存在一个最大值，一般发生在可燃气体浓度稍高于当量浓度的混合物中。2H2+O2——2H2O2CO+O2——2CO2当量浓度C0=29.5%烃类燃料在空气中的层流火焰传播速度u/cm﹒s-1可燃气体浓度和火焰传播速度的影响：C（V/V）可燃气体压力和火焰传播速度的关系可燃气体温度和火焰传播速度的关系甲烷和空气混合物在不同管径时的传播速度，cm／s

甲烷(％)

2.510204060806％23.543.563951181378％508010015418320310％6511013618821523612％35748012316318513％224562104130138管径(cm)火焰传播速度一般随着管道直径增加而增加，当达到某个直径时速度就不再增加。反之，随着管道直径的减少而减少，小于某一数值时，火焰在管中就不再传播。管道中气体的燃烧速率与管径有关以此原理设计管道阻火器丝网波纹板管道阻火器阻火器设计原理：管道中气体的燃烧速率与管径有关。管道直径小于某一数值时，火焰不再传播。在管道内设置障碍物，如金属丝网、波纹板等阻止火焰传播，但允许气体通过。思考题：用燃烧的连锁反应理论解释阻火器的原理。燃烧反应是活性自由基进行一系列连锁反应的结果，自由基与分子作用，生成产物并产生新的自由基，新自由基又参加反应，如此延续下去形成一系列连锁反应。只有自由基的产生数大于消失数时，燃烧才能继续进行。在管道中设置丝网、波纹板等障碍，增加自由基与障碍物的碰撞，妨碍了新自由基的产生，火焰的传播速度也相应减小，当自由基消失数大于产生数时，燃烧便不能继续进行，可以达到阻火的目的。（2）液体的燃烧速度液体燃烧速度取决于液体的蒸发。(a)质量速度：每平方米可燃液体表面，每小时烧掉的液体的质量，kg/m2.h。(b)直线速度：每小时烧掉可燃液层的高度，单位为m/h。液体燃烧速率决定于液体的初温、热容、蒸发潜热以及火焰的辐射能力。（3）固体燃烧速度不同固体物质的燃烧速度有很大差异。石蜡硝基化合物例如对比同一固体物质燃烧速度取决于燃烧比表面积，比表面越大，燃烧速度越大。易燃液体可燃液体3、燃烧温度物质燃烧时的火焰温度叫燃烧温度。热值、燃烧速度是决定的火焰温度主要因素。2、燃烧热（热值）单位可燃物质完全燃烧所放出的热量。kJ/kg，kJ/Nm3高热值包括烟气中水蒸汽全部冷凝所放出的热量。低热值不包括烟气冷凝热。一般可利用的是低热值。燃气种类高热值MJ/Nm3低热值MJ/Nm3燃烧温度℃爆炸极限(%)乙炔58.50256.48821272.2～81丙烷101.26693.242.1～9.5丙烯93.6787.672.0～11.7天然气(甲烷)39.8435.9118005.0～15焦炉煤气(混合组分)18.6516.491600～18506.3～38氢气12.7410.7821304.0～75.9木材

1000～1170几种物质的燃烧热值和燃烧温度2.4爆炸及其特性

2.4.2爆炸分类2.4.2爆炸极限理论与计算2.4.3爆炸范围图2.4.4爆炸与暴轰2.4.5化工常见爆炸类型及特点2.4爆炸及其特性1、什么是爆炸？爆炸是物质发生急剧的物理、化学变化，在瞬间释放出大量能量并伴有巨大声响的过程。实质上是瞬间形成的高温、高压气体或蒸气骤然膨胀现象。物理变化化学反应能量释放气体膨胀压力突变机械破坏巨大声响光热瞬间完成的过程：爆炸过程三个特征：特征：反应过程放热，过程速度极快并能自动传播，过程中生成大量气体产物。如硝酸铵的分解反应：缓慢分解反应（化肥）NH4NO3

低温加热→NH3+HNO3-170.7kJ

（1）

被雷管引爆，瞬间完成反应（炸药）NH4NO3

用雷管引爆→N2+2H2O+0.5O2-126.4kJ

（2）反应（1）——硝酸铵用作化肥，吸热反应，反应（2）——硝酸铵用作矿山炸药，放热反应。NH4NO3在通常的条件下较稳定，不发生爆炸。2.4.1爆炸分类

1、按爆炸性质分类物理爆炸化学爆炸核爆炸爆炸物分解爆炸爆炸性混合物爆炸简单分解爆炸复杂分解爆炸1）物理爆炸物质的物理状态（温度、压力）发生急剧变化而引起的爆炸，化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。如容器（压缩气体储罐）、锅炉（水蒸汽）爆炸。物理爆炸的结果：冲击波和爆炸碎片造成对周围物体的破坏；如果设备内装有可燃气体或液体，发生物理爆炸后会引发燃烧及二次爆炸。2）化学爆炸几种类型化学爆炸指物质发生急剧化学反应，产生高温、高压而引起的爆炸。物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了变化。（1）爆炸物分解爆炸

爆炸物在爆炸时分解为较小的分子或元素举例：叠氮铅PbN6、叠氮钠NaN3、乙炔银Ag2C2、乙炔铜Cu2C2、碘化氮NI3。①简单分解爆炸爆炸物的组成元素中不含氧元素，分解爆炸中没有燃烧反应。简单分解爆炸物质属于本身不稳定，分解时放出大量热的物质，对高温、摩擦、震动、撞击很敏感,极易引起爆炸。几种爆炸物的简单分解爆炸过程PbN6———Pb+3N2

PbN6常用作雷管中的起爆药Ag2C2———2Ag+2C-364kJ/mol2C2H2+5O2——4CO2+2H2O-260kJ/mol点燃乙炔与铜或银长期接触，会生成乙炔铜(Cu2C2)或乙炔银(Ag2C2)，所以，乙炔发生器及管道和阀门禁止采用铜，或含铜在70％以上的铜合金。乙炔的分解爆炸乙炔的燃烧C2H2———2C（固）+H2-226kJ/mol分解爆炸分解爆炸分解爆炸乙炔银的分解爆炸注意：分解爆炸是不需要氧气的！②复杂分解爆炸

爆炸物的组成元素中含氧元素，分解爆炸中伴有燃烧反应。氮或氯的氧化物，所有炸药的爆炸都属于这一类。这类爆炸物质的稳定性比简单分解爆炸物好，爆炸敏感性比简单分解爆炸物低。2,4,6-三硝基甲苯（三硝基甲苯，TNT）2C6H2CH3（NO2）3

7CO

↑+

5H2O

+

3N2

↑+

7C

爆炸反应式之一（2）爆炸性混合物爆炸：可燃物+助燃物这类爆炸一般发生在气相中，有两种情况：a）可燃气体、可燃液体的蒸气、可燃粉尘与空气所形成的混合物发生爆炸的现象；b）两种工艺气体形成的混合物发生爆炸。爆炸条件

：a）浓度达到爆炸极限；b）激发能源（明火、电弧、静电火花、撞击火花等引爆能源）。

（2）爆炸危险性，即爆炸敏感度和剧烈程度比（1）小，但这类爆炸更普遍。2、按照爆炸的速度分类根据爆炸的速度可分为轻爆、爆炸和爆轰。(1)轻爆爆炸传播速度为每秒数十厘米至数米的过程。(2)爆炸爆炸传播速度为每秒十米至数百米的过程。

(3)爆轰指传播速度为每秒一千米至数千米以上的爆炸过程。爆炸性混合物爆炸速度的发展：爆炸性混合物与火源接触，生成自由基，成为连锁反应的中心；热和连锁载体向外传播，使邻近一层的混合物起化学反应，成为新的热源和连锁载体，向外传播；爆炸速度由轻爆爆炸爆轰2.4.2爆炸极限理论与计算

1．什么是爆炸极限？可燃气体或蒸气与空气的混合物能使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限；能使火焰蔓延的最高浓度则称为爆炸上限。爆炸极限用体积百分数或单位体积混合气中可燃气体的质量(kg/m3)表示，是浓度概念。考察可燃气体或蒸气与助燃物（空气）混合的浓度：100%上限下限当量浓度0当量浓度按照化学反应式计量比完全反应时的理论浓度。

可燃气体或蒸气的浓度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，不会着火或爆炸。(体积分数)略大于理论当量浓度时，反应速度最快，燃烧最激烈。若增加或减少其含量，则火焰蔓延速度都会降低。

浓度在爆炸上限以上的混合气体不能认为是安全的

①在空气中可以燃烧

②有空气补充进来，很快达到爆炸上限。密度大的气体，泄露时容易积存在低洼处乙炔在空气中的爆炸极限范围非常宽，危险度大。燃气种类天然气(甲烷)焦炉煤气液化气氢气乙炔密度kg/m30.71740.4～0.52.04160.08981.091爆炸极限(%)5.0～156.3～381.8～9.84.0～75.92.3～73(2.2～81)几种气体在空气中的爆炸极限环氧乙烷在空气中1个大气压条件下，爆炸极限为3﹪-100﹪体积百分浓度。2、爆炸极限的影响因素（1）初始温度爆炸性混合物的初始温度越高，则爆炸极限范围就越宽。所以，温度升高使爆炸性混合物的危险性增加。（从燃烧动力学的角度来说，混合物分子内能增大，燃烧反应更容易进行。）一般爆炸极限在20℃，1atm，通过一定标准方法测得，对于气体泄漏造成的爆炸具有指导意义。在工艺系统中，随温度、压力变化，爆炸极限如何变化？（2）初始压力一般爆炸性混合物初始压力增加，爆炸极限范围扩大。（从燃烧活化能理论解释：压力增加，分子间更为接近，碰撞几率增加，燃烧反应更容易进行，爆炸极限范围扩大。）压力对爆炸下限影响不大，对爆炸上限影响比较大。下限上限例外：一氧化碳随压力升高，范围减小。初始压力降低，爆炸极限范围缩小。当初始压力降至某个定值时，爆炸上、下限重合，此时的压力称为爆炸临界压力。低于爆炸临界压力的系统不爆炸。因此在密闭容器内进行减压操作对安全有利。压力对甲烷-空气混合物爆炸极限的影响L上(p)=L上+20.6(lgp+1)（3）惰性介质爆炸性混合物中惰性气体含量增加，其爆炸极限范围缩小。当惰性气体含量增加到某一值时，混合物不再发生爆炸。图中几条曲线分别代表添加CCl4、CO2、水蒸气、N2、He和Ar。虚线和曲线的交点为临界点。各种惰性气体浓度对甲烷爆炸极限的影响惰性气体含量/%甲烷含量/%氧含量/%514

不同惰性气体影响差异较大惰性气体含量增加，对其爆炸上限的影响影响更为显著return化工生产中经常用惰性气体作为稀释剂（致稳剂），起保护作用，使反应脱离爆炸危险区进行。（4）杂质对于爆炸性气体，少量水等杂质对其反应影响很大。痕量的水会急剧加速物质的分解或氧化，少量的硫化氢会大大降低水煤气及其混合物的燃点，加速其爆炸。（5）容器的材质和尺寸容器管道直径越小，爆炸极限范围越小。临界直径——能够阻止火焰通过的最大直径。d0=4.53H0.403(2.9)D0=1.54d0(2.10)（6）点火能源

（P37）火花能量、热表面面积、火源与混合物的接触时间等，对爆炸极限均有影响。浓度不同，引爆的最低能量也不同。点火能量加大，爆炸范围变宽。（7）火焰的传播方向（点火位置）（P37

）火焰由下向上传播，爆炸范围最大，由上向下传播，爆炸范围最小，水平传播，介于二者之间。（8）含氧量（P38）O2含量增加，爆炸范围变宽，而爆炸上限增加显著。单位体积的反应数为n，放出的能量为nW活化概率为α(α≤1)第二批单位体积内得到活化的基本反应数为αnW/E放出的能量为(αnW/E)W=αnW2/E后批分子与前批分子反应时放出的能量比β定义为燃烧波传播系数，（2-1）（1）用活化能理论求解爆炸极限问题3、爆炸极限的计算讨论β值：当β<1时，不能维持连锁反应进行下去；当β＝1时，正好维持反应进行下去；(严格说β值略大于1）当β＞1时，形成爆炸。把β＝1，视为爆炸下极限，即设α＝KL下

（即L下浓度高一些，分子之间碰撞的几率就大一些）当Q＞＞E时，式(3)可以近似写成（2-3）（2-2）（2-4）对于有机物分子特别是同系物来说，活化能是非常接近的，把活化能视为常数，则可近似得到L下Q＝常数(2-5)爆炸下限与燃烧热近似成反比。——近似公式由此可根据燃烧热计算爆炸极限此式适用于烷烃、酯类、醇类爆炸下限的推算。不适用于烃乙炔、氢、硫化氢、二硫化碳等。3、爆炸极限的计算（2）根据化学计量浓度近似计算（适用链烷烃类）L下＝0.55C0(2-6)(2-8)C0——爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓度；n0——1分子可燃气体完全燃烧时所需的氧分子数。（体积百分比）(2-7)(2-6，7)不可用于H2、

C2H2、氯代烷烃等气体如果空气中氧的含量按照20.9％计算，则C0的计算式为例一、甲烷爆炸极限的计算CH4+2O2==CO2+2H2On0=2，由式（3—8）求得C0代入(3—6）和(3—7）得=9.46作业1.计算丙烷的爆炸极限。

2.计算丙烷和丁烷各50％的混合组分气体的爆炸极限。（3）由分子中所含碳原子数估算爆炸极限(2-9)(2-10)例：计算甲烷的爆炸极限脂肪族烷烃类的爆炸极限：（4）根据闪点计算易燃液体的爆炸极限

L下＝100×p闪／p总(2-11)式中

p闪——闪点下易燃液体的蒸气压；p总——混合气体的总压，常压是为1.013105Pa闪点爆炸极限求解例：乙醇闪点为13℃，求爆炸下限。解：查得此温度下的乙醇饱和蒸汽压为3343Pa，（5）多种可燃气体混合物的爆炸极限两种或两种以上可燃气体或蒸气混合物的爆炸极限，可应用各组分已知的爆炸极限求得。（LeChartelier

公式）式中Lm为混合气体的爆炸极限，％；Li为i组分的爆炸极限，％；Vi为不包括空气组分的i组分的体积分数，％。Vi在新版教材中用表示(2-12)该式仅适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物，且各组分气体的活化能E、摩尔燃烧热Q和活化概率的比例常数k近似相等。计算时须注意例天然气各组分含量及爆炸极限如下表，求天然气的爆炸极限组分甲烷乙烷丙烷丁烷组成(体积％)801541爆炸下限(体积％)5.03.222.37l.860爆炸上限(体积%)1512.49.58.4解：天然气的爆炸极限为：例：已知某混合气体的组成及爆炸极限如下，问此气体有无爆炸危险？物质名称φ％LFL％UFL%乙烷0.81.17.5甲烷2.05.016乙烯0.52.736空气96.7再用LeChartelier公式计算混合组分的爆炸极限解：先算出此混合气体中可燃气体的，即结论：可燃气体共3.3%，处于混合气体爆炸范围内，有爆炸危险（6）含有惰性气体成分的可燃气体爆炸极限计算(2-13)——含惰性气体的可燃混合气的爆炸上限或下限——混合可燃部分的爆炸上限或下限B——惰性气体体积分数组分H2COCH4CO2N2O2/％12.427.30.76.253.40爆炸极限/％4-7512.5-745.3-14解：先算出混合气体中可燃部分的Lm，可燃部分40.4%，惰性气体59.6%例：已知下列混合气的组分，试计算其爆炸极限首先了解三元组分混合气体三角坐标图图中每个点都能够读取三个变量的坐标数值，分别表示三元混合气体的组分比例对于图中任意一点，有例如m点，50%30%20%2.4.3爆炸范围图2.4.3爆炸范围图二组分混合气爆炸范围图：100%上限下限当量浓度0(体积分数)三元组分混合气爆炸范围图：课本46页SF图中，X1、X2（或X’1、X’2）为二元体系的爆炸下限和上限。F-S-IF1-F2-SF-S1-S2IFSF2F1S甲烷-氧-氮三种成分混合气体1-空气组分线（O2/N2=21/79），2-最小氧浓度线，对应最小氧浓度为12%可燃气体-氧气-氮气体系可燃气体-空气-氮气体系FX2CQ区域在密闭容器中不爆炸X1ONQC范围内气体为不燃不爆气体N2FO2CH４、空气及CO２三种组分气体爆炸范围图2.4.4爆炸与暴轰爆炸传播速度大于1000m/s的爆炸称为暴轰。暴轰的发生是燃烧加速的结果，其发生条件与气体混合物浓度、容器的形状、点火源的能量有关。长管中层流火焰传播长管中层流火焰湍流火焰爆轰*◆在封闭端点燃◆燃烧产物膨胀压迫火焰和前面的气体向前运动◆沿壁火焰受到阻力◆气体发生湍流，增大燃烧面积，从而增大燃烧速度爆轰发展过程◆产生压缩波并不断加强◆压缩波叠加起来形成冲击波，形成爆轰*u=ds/dt如uH2=4.83m/suCH4=0.67m/su＞1000m/s高速纹影摄像系统拍摄到的层流火焰转变为湍流火焰的一组照片（孙金华等）20ms31ms2000帧/s容器适于暴轰的长径比预防暴轰：消除爆炸性混合气体对可燃混合气体避免长距离管线在大型容器中也可发生爆轰2.4.5分解爆炸性气体爆炸gasdecompositionexplosion某些单一成分的气体，在一定的温度压力下会产生分解爆炸（不需要助燃物存在）。

分解爆炸性气体：乙炔、乙烯、丙烯、臭氧、环氧乙烷、四氟乙烯、一氧化氮、二氧化氮等性质：在一定温度、压力条件下不稳定，可以分解；产生大量分解热，能够发生激烈的分解爆炸。有初始能量（明火、压缩热）引燃火焰即可引发爆炸。临界压力——气体发生分解爆炸的最低压力。

乙炔0.14MPa，甲基乙炔0.44MPa

N2O0.25MPa，NO1.5MPa

温度升高，临界压力降低。①乙炔的分解爆炸

C2H2——2C（固）+H2+226kJ/mol乙炔分解爆炸临界压力是0.14MPa（20℃），火焰温度可达3100℃，在1.2升的容器中测定时，乙炔爆炸产生的压力是初压的9至10倍。初压(MPa)爆炸压力(MPa)达到最高压力的时间(S)0.2～20.181～100.03s氧炔焰燃烧热260kJ/mol初压对爆炸反应速度和强度的影响乙炔的储运低于临界压力0.14MPa贮存，不会发生爆炸；利用乙炔在丙酮中的溶解度（在1.2MPa下，1体积丙酮可以溶解300体积乙炔）；工业上在钢瓶内盛满丙酮浸透的多孔物质（如石棉、硅藻土、软木等），在1～1.2MPa下将乙炔压入丙酮，安全贮运。乙炔类的化合物：乙烯基乙炔CH≡C—CH＝CH2

甲基乙炔CH3C≡

CH同样具有分解爆炸的危险。②氮氧化物的分解爆炸分解反应式2N2O→2N2+O2+81.6kJ/mol2NO→N2+O2+90.4kJ/mol分解爆炸临界压力为0.038MPa，故环氧乙烷有较大的爆炸危险性。

分解反应式

C2H4O→CH4+CO+134.3kJ2C2H4O→CH4+2CO+33.4kJ③环氧乙烷的分解爆炸2.4.6粉尘爆炸（1）产生粉尘爆炸的条件发生粉尘爆炸的首要条件是粉尘本身可燃，即能与空气中的氧气发生氧化反应。如煤尘、化肥、硫磺、面粉、铝粉、镁粉等

粉尘要悬浮在空气中达到一定浓度（超过其爆炸下限），粉尘呈悬浮状才能保证其表面与空气（氧气）充足接触，堆积粉尘不会发生爆炸；再次，要有足够引起粉尘爆炸的起始能量。比点燃气体的能量大得多（相差近百倍）

只要同时具备上述三个条件，就会导致粉尘爆炸。固体微粒与空气混合，形成爆炸性混合物，在一定的能量引发下产生爆炸。（2）粉尘爆炸过程粉尘爆炸是由于粉尘在助燃性气体中被点燃，其粒子表面快速气化、燃烧的结果。粉尘爆炸的历程①受热后表面温度上升；②表面分子发生热分解或干馏，在粒子周围产生可燃气体；③可燃气体与空气混合物发生燃烧；④粉尘分解，继续放出气体，燃烧持续下去直至发生爆炸。（3）粉尘爆炸特点从爆炸的后果及危害方面看：一般说来，与可燃气体爆炸相比，燃烧速度及爆炸压力比气体爆炸小，粉尘爆炸燃烧的时间长，产生的能量大，造成的破坏及烧毁的程度比较严重。一旦被点燃爆炸，由于爆炸冲击波的作用，使散落、沉积的粉尘形成新的混合系，使爆炸能够持续下去，可连续引起二次、三次爆炸，使得危害扩大。粉尘容易引起不完全燃烧，因此在产物气体中含有大量一氧化碳，有发生一氧化碳中毒的危险。（4）粉尘爆炸影响因素粉尘的化学性质和组分；粉尘颗粒大小及分布（浓度）；可燃性气体共存的影响；最小点火能；爆炸极限（与温度、压力、点火能源有关）；爆炸空间的容积等。（5）防止粉尘爆炸的措施合理设计，避免粉尘飘散；定期清除，在系统内导入惰性气体；杜绝能够引爆的火源。2.4.7雾滴爆炸*可燃液体喷雾与空气混合电火花点燃火焰传播花生油、干洗溶剂油火焰迅速传播，邻二氯苯火焰难以传播。直径φ＜0.01mm时，雾滴可燃下限=蒸汽可燃下限，所以雾滴危险性远大于其液相的危险性。惰性气体、雾化水、卤代烷的存在对雾滴燃烧可以起到有效抑制作用。2.4.8爆炸温度与压力根据燃烧反应热或内能来计算，假定爆炸反应在绝热系统内进行：可燃物与空气按化学计量比混合，爆炸反应