爆炸极限计算

4.4爆炸极限理论及计算4.4.1爆炸极限理论爆炸下限爆炸上限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，活化中心的销毁数大于产生数。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。但此时若补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：A＋B→C＋D＋Q反应热Q=W-EEWA＋BC＋D2设燃烧波内反应物浓度为n则单位体积放出能量为nw。燃烧波向前传递，使前方分子活化，活化概率为α（α≤1）则活化分子的浓度为αnW/E。第二批活化分子反应后再放出能量为αnW2/E。前后两批分子反应时放出的能量比为EQEWnWEnW1/2当β1时，表示反应系统在受能源激发后，放热越来越少，也就是说，引起反应的分子数越来越少，最后反应停止，不能形成燃烧或爆炸。当β＝1时，表示反应系统在受能源激发后能均衡放热，有一定数量的分子在持续进行反应。这就是决定爆炸极限的条件（严格说稍微超过一些才能爆炸）。当β1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，β＝111EQ设爆炸下限为L下（体积百分比）与反应概率α成正比，即下KLEQ1KL1＋＝下当Q与E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：＝常数下QL爆炸下限L下与可燃性气体的燃烧热Q近于成反比，可燃性气体燃烧热越大，爆炸下限就越低。4.4.2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，则爆炸极限范围越大，即爆炸下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（2）初始压力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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，℃爆炸下限，％爆炸上限，％04.28.0504.09.81003.210.06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37×8cm；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37×8cm；2．端部或中心点，球形容器；3．火焰向下传播，圆筒容器（3）惰性介质即杂质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，爆炸上限显著下降爆炸下限略有上升最终合为一点——爆炸临界点惰化能力：CCl4CO2H2ON2HeAr（4）容器容器管子直径越小、爆炸极限范围越小。同一可燃物质，管径越小，其火焰蔓延速度亦越小。当管径（或火焰通道）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，亦称临界直径(消焰径）。当管径小于最大灭火间距，火焰因不能通过而被熄灭。（5）点火能源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爆炸极限的测定爆炸极限的测定一般采用传播法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，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。94.4.4爆炸极限的经验公式1）通过1摩尔可燃气在燃烧反应中所需氧原子的摩尔数（N）计算有机可燃气爆炸极限（体积百分数）％＝％＋－＝上下4N76.4400x11N76.4100x如：甲烷：N=4x下=6.5%，x上=17.3%，10（2）利用可燃气体在空气中完全燃烧时的化学计量浓度x0计算有机物爆炸极限008.4x55.0xxx＝＝上下A＋nO2＋3.76nN2→生成物有机可燃气A在空气中的化学计量浓度为%76.41100%0nx如：甲烷：n=2x0%=9.5%，x下=5.2%，x上=14.7%11（3）通过燃烧热计算有机可燃气的爆炸下限xCQxQx2211（4）多种可燃气体组成的混合物爆炸极限的计算%100332211iiNPNPNPNPx莱—夏特尔公式莱—夏特尔公式的证明如下：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。121）设各种可燃气体积为：V1，V2，V3，……，Vi。则总的可燃气体积为V＝V1+V2+V3+……+Vi2）设各组可燃气—空气在爆炸下限时的体积为：V’1，V’2，V’3，……，V’I。则总的可燃混气—空气体积为V′＝V’1+V’2+V’3，……，V’I3）设各种可燃气爆炸下限为：x1下，x2下，x3下，…xi下。则100V'V111＝下x100V'V222＝下x100V'V333＝下x100V'Viiix＝下100xVV'111下＝100xVV'222下＝100xVV'333下＝100xVV'iii下＝……134）设总的可燃混气的爆炸下限为x下。则有%100V'V＝下x%100100100100100332211下下下下iixVxVxVxVV%100/100/100/100/100332211下下下下iixVVxVVxVVxVV（5）设100VV11＝P100VV22＝P100VV33＝P100VViiP＝…%xPxPxPxP100ii332211下下下下下＝x例题有燃气体含C2H640%，C4H1060%，取1m3该燃气与19m3空气混合。该混合气体遇明火是否有爆炸危险？（C2H6和C4H10在空气中的爆炸上限分别为12.5%、8.5%，下限为3.0%、1.6%）解：乙烷：P1=40%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：1/（1+19）=5%2.0%5%9.7%故，该混合气体遇火爆炸。例题有混合气体含C2H61%，C4H101.5%，其余为空气。该混合气体遇明火是否有爆炸危险？（C2H6和C4H10在空气中的爆炸上限分别为12.5%、8.5%，下限为3.0%、1.6%）解：可燃气体总浓度＝1%＋1.5%＝2.5%乙烷：P1＝1/2.5=40%丁烷：P2=1.5/2.5=60%2.0%2.5%9.7%故，该混合气体遇火爆炸。15%0.2%1.660340100＝下x%9.7%8.56012.540100＝上x如果可燃混气中含有惰性气体，如N2、CO2等，计算其爆炸极限时，仍然利用莱—夏特尔公式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。比如：H2+N2,CO+CO2,CH4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。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—夏特尔公式进行计算。16（5）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4—1求煤气的爆炸极限。煤气组成为：H2一12.4％；CO一27.3％；CO2一6.2％；O2一0％；CH4一0.7％；N2一53.4％。解分组：CO2+H2；N2+CO；CH4CO2+H2：6.2％+12.4％＝18.6％；N2+CO：27.3％+53.4％＝80.7％；CH4：0.77％。5.04.122.6HCO22＝％％＝96.13.274.53CON2＝％％＝从图4—25查得：H2＋CO2组的爆炸极限为：6.0％～70％；CO＋N2组的爆炸极限为：40％～73％。CH4的爆炸极限为：5％～15％％＝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？20表4-7某些气体混合物的爆炸浓度极限气体混合物气体组成（％）计算值实验值CO2O2COH2CH4N2下限％上限％下限％上限％水煤气6.20.339.249.22.33.06.165.46.969.5半水煤气7.00.232.040.00.820.07.670.08.170.5发生炉煤气6.2027.312.40.753.419.071.020.373.7城市煤气2.50.510.547.029.010.55.431.65.631.7焦炉煤气1.90.46.354.435.41.64.528.15.028.4