2010年安全工程师《安全生产技术》重点预习(18)

安全生产技术精讲班第 18 讲讲义爆炸温度计算【大纲考试内容要求】：1.了解爆炸温度和压力的计算；【教材内容】：2爆炸温度计算1)根据反应热计算爆炸温度理论上的爆炸最高温度可根据反应热计算。例求乙醚与空气的混合物的爆炸温度。解(1)先列出乙醚在空气中燃烧的反应方程式：C4H100 + 602 + 22.6N 4C0 2 + 5H2O + 22.6N2式中，氮的摩尔数是按空气中 N2O 2=7921 的比例确定的，即 60 2对应的 N2应为：67921 = 226由反应方程式可知，爆炸前的分子数为 29.6，爆炸后为 31.6。(2)计算燃烧各产物的热容。气体平均摩尔定容热容计算式见表 25。表 2-5 气体平均摩尔定容热容计算式气 体 热容(41868J(kmol)单原子气体(Ar、He、金属蒸气等)双原子气体(N 2、O 2、H 2、CO、NO 等)C02、S0 2H2O、H 2S所有口原子气体(NH 3及其他) 所有五原于气体(CH 4及其他)4.934.80 + 0.00045t9.0 + 0.00058t4.0 + 0.00215t10.00 + 0.00045t12.00 + 0.00045t根据表中所列计算式，燃烧产物各组分的热容为：N：的摩尔定容热容为(4.8 + O.00045t)41868J(kmol)H20 的摩尔定容热容为(4.0 + 0.00215t)X41868J(kmol)CO2的摩尔定容热容为(9.0 + 0.00058t)X41868J(kmol)燃烧产物的热容为：22.6(4.8+0.00045t)4186.8J(kmol) = (454+0042t)1O 3J(kmol)5(40+000215t)4186，8J(kmol) = (837+0045t) 1O 3J(kmol)4(90+000058t)41868J(kmol)=E(1507+00097t) 1O 3J(kmol)燃烧产物的总热容为(688.4+0.0967t)103J(kmol)。这里的热容是定容热容,符合于密闭容器中爆炸情况。(3)求爆炸最高温度。先查得乙醚的燃烧热为 2.7lO6Jmol，即 2.7109Jkmol。因为爆炸速度极快，是在近乎绝热情况下进行的，所以全部燃烧热可近似地看作用于提高燃烧产物的温度，也就是等于燃烧产物热容与温度的乘积，即：2.7lO9 = (688.4+0.0967t)103t解上式得爆炸最高温度 t=2826。上面计算是将原始温度视为 0。爆炸最高温度非常高，虽然与实际值有若干度的误差，但对计算结果的准确性并无显著的影响。根据燃烧反应方程式与气体的内能计算爆炸温度2)根据燃烧反应方程式与气体的内能计算爆炸温度可燃气体或蒸气的爆炸温度可利用能量守恒的规律估算，即根据爆炸后各生成物内能之和与爆炸前各种物质内能及物质的燃烧热的总和相等的规律进行计算。用公式表达为：u 2=Q+u l (2-6)式中u 2燃烧后产物的内能之总和；u l燃烧前物质的内能之总和; Q燃烧物质的燃烧热之总和。例已知一氧化碳在空气中的浓度为 20，求 CO 与空气混合物的爆炸温度。爆炸混合物的最初温度为300K。解通常空气中氧占 21，氮占 79，所以混合物中氧和氮分别占TK H2 O2 N2 CO CO2 H2O200 4061.2 4144.93 4144.93 4144.93 300 6028.99 6238.33 6238.33 6238.33 6950.09 7494.37400 8122.39 8373.60 8289.86 8331.73 10048.32 10090.19600 12309.19 12937.21 12602.27 12631.58 17333.35 15114.35800 16537.86 17877.64 17082.14 17207.75 25581.35 21227.081000 20850.26 23069.27 21855.10 22064.44 34541.10 27549.141400 29935.62 33996.82 32029.02 32405.83 53591.04 39439.661800 39690.86 45217.44 42705.36 43249.64 74106.36 57359.162000 44798.76 51288.30 48273.80 48859.96 84573.36 65732.762200 48985.56 57359.16 54009.72 54470.27 95040.36 74106.362400 55265.76 63220.68 59452.56 60143.38 105507.36 82898.642600 60708.60 69500.88 65314.08 65816.50 116893.04 91690.922800 66570.12 75362.40 70756.92 71594.28 127278.72 100901.883000 72012.96 81642.6 76618.44 77455.80 138164.40 110112.843200 77874.48 88341.48 82479.96 83317.32 149050.08 119742.48 u 1 = (0.26238.33+0.1686238.33+0.6326238.33)J= 6238.33J一氧化碳的燃烧热为 285624J，则 0.2 mol 一氧化碳的燃烧热为：(O.2285624)J = 57124.8J燃烧后各生成物内能之和应为：u 2 = (6238.33+57124.8)J = 63363.13J从一氧化碳燃烧反应式 2CO+O2 = 2CO2 可以看出，0.2 mol 一氧化碳燃烧时生成 0.2mol 二氧化碳，消耗0.1mol 氧。1mol 混合物中，原有 0.168mol 氧，燃烧后应剩下 0.168-0.1= O.068 mol 氧，氮的数量不发生变化，则燃烧产物的组成是：二氧化碳 0.2 mol，氧 0.068mol，氮 0.632mol。假定爆炸温度为 2400K，由表 26 查得二氧化碳、氧和氮的摩尔内能分别为105507.36Jmol、63220.68Jmol 和 59452.56Jmol，则燃烧产物的内能为：u 2= (0.2105507.36 + 0.0683220.68+0.63259452.56)J=629745J说明爆炸温度高于 2400K，于是再假定爆炸温度为 2600K，则内能之和应为；u 2”=(0.2116893.04+0.06869500.88+0.63285314.08)J=69383.17Ju 2”值又大于u 2 值，因相差不太大，所以准确的爆炸温度可用内插法求得：以摄氏温度表示为：t=(T273)=(2412273) = 2139爆炸压力的计算3爆炸压力的计算可燃性混合物爆炸产生的压力与初始压力、初始温度、浓度、组分以及容器的形状、大小等因素有关。爆炸时产生的最大压力可按压力与温度及摩尔数成正比的规律确定，根据这个规律有下列关系式：式中 P、T 和 n爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数；Po、To 和 m爆炸前的初始压力、初始温度和气体摩尔数。由此可以得出爆炸压力计算公式：例设 Po = 01MPaTo=27，T=2411K，求一氧化碳与空气混合物的最大爆炸压力。解当可燃物质的浓度等