混合气体的爆炸极限怎么计算

1、爆炸极限 L=J/ (Y1/L1 + Y2/L2 + Y3/L3)其中：Yl、Y2、Y3代表混合物中组成LI、L2、L3代有混合气体呂组份相应的爆炸极限求混合物爆炸下限(或上限)时，LI、L2、L3分别为备纯组份的爆炸下限(或下限)；爆炸极限的计算1根据化学理论体积分数近似计算爆炸气休完全燃烧时，其化学理论体积分数可用來确定链烷绘类的爆炸下限，公式如下:L 下=O.55c0式中0.55常数：c0爆炸气体完全燃烧时化学理论体积分数。若空气中氧体积分数按20.9%计，c0可用下式确定c0=20.9/ (0.209 n0)式中0可燃气体完全燃烧时所需氧分了数。如甲烷燃烧时，英反应式为CH4 2O2C

2、O2 2H2O此时n0=2则LT=0.55x20.9/ (0.209 2) =5.2由此得甲烷爆炸下限计算值比实验值5%相差不超过10%。2对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算比前，比较认可的计算方法有两种：2.1莱?夏特尔定律对于两种或藝种可燃蒸气混合物，如果已知每种可燃气的爆炸极限，那么根据莱?夏特尔 定律，可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积 分数，则：LEL= (Pl P2P3) / (PI/LEL1 P2/LEL2 P3/LEL3) (V%)混合可燃气爆炸上限：UEL= (Pl P2P3) / (P1/UEL1 P2/UEL2 P

3、3/UEL3)(V%)此定律一直被证明足有效的。2.2理?査特里公式理?查特里认为，复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限，可根据各组分己知的爆炸 极限按下式求之。该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气休混合物。Lm= 100/ (Vl/Ll V2/L2Vn/Ln)式中Lm混合气体爆炸极限，%：Li、L2、L3混合气体中各组分的爆炸极限，%；VI、V2、V3各组分在混合气体中的体积分数，。例如：一天然气纽成如下：甲烷80% (L下=5.0%)、乙烷15% (L下=3.22%)、丙烷4% (L下=2.37%)、丁烷1% (L下=1.86%)求爆炸下限。Lm= 100/ (80/5 1

4、5/3.22 4/2.37 1/1.86) =4.3693可燃粉尘许多T业可燃粉尘的爆炸下限在20-60g/m3之间，爆炸上限在2-6kg/m3之间。碳电化合物一类粉尘如能完全气化燃尽，贝9爆炸下限町由布尔格斯-维勒关系式计算:cxQ=k式中c爆炸下限浓皮：Q一该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热:k常数第五节爆炸极限理论与计算一、爆炸极限理论可燃气体或蒸气与空气的混合物，并不是在任何组成卜都可以燃烧或爆炸，而口燃烧(或 爆炸)的速率也随组成而变。实验发现，当混合物中可燃气体浓度接近化学反应式的化学计 量比时，燃烧最快、最剧烈。若浓皮减小或增加，火焰蔓延速率则降低。当浓皮低于或高于 某个极限值，

5、火焰便不再蔓延。可燃气体或蒸气与空气的混合物能使火焰蔓延的最低浓发, 称为该气体或蒸气的爆炸下限；反之，能使火焰蔓延的以高浓发则称为爆炸上限。叮燃气体 或蒸气打空气的混合物，若其浓度在爆炸下限以下或爆炸上限以上,使不会若火或爆炸。爆炸极限一般用町燃气体或蒸气在混合气体中的体积许分数表示，仃时也用单位体积町 燃气体的质量(kgn】T)表示。混合气体浓度在爆炸下限以下时含有过量空气，由于牢气的冷却作用，活化中心的消失数人于产牛数，阻止J'火焰的蔓延。若浓度在爆炸上限以上，禽 有过量的可燃气体,助燃气体不足，火焰也不能曼延。但此时若补充空气,仍有火灾和爆炸 的危险。所以浓发在爆炸上限以上的混

6、合气体不能认为是女全的。燃烧和爆炸从化学反应的角度看并无本质区别。当混合气体燃烧时，燃烧波血上的化学 反应可表示为A+B-> C+D+Q(4-1)式中 A、B为反应物；C、D为产物；Q为燃烧热。A、B. C、D不一定是稳定分子, 也町以是原子或自由基。化学反应前后的能星变化可用图44表乐。初始状态1的反应物出能量W.(A+B)吸收活化能正达到活化状态II,即町进行反应生成终止状态III的产物(C+D),并释放假定反应系统在受能源激发后，燃烧波的基本反应浓度，即反应系统单位体积的反应数 为m则单位体积放出的能量为nWo如果燃烧波连续不断,放出的能量将成为新反应的活 化能。设活化概率为a(a

7、Wl),则第二批单位体积内得到活化的皐本反应数为anW/E,放 出的能显为。a nW2/Eo后批分子与前批分了反应时放出的能量比B定义为燃烧波传播系数, 为anW7E w7w a £(4-2)现在讨论B的数值。当P<1时，表示反应系统受能源激发后，放出的热量越来越少， 因血弓I起反应的分子数也越來越少，最后反应会终止，不能形成燃烧或爆炸。当时， 表示反应系统受能源激发后均衡放热，有一定数量的分子持续反应。这是决定爆炸极限的条 件(严格说卢值略微超过1时才能形成爆炸)。当B>1时，表示放出的热屋越來越多，引起 反应的分子数也越來越多，从而形成爆炸。(4-3)在爆炸极限时，P

8、 =1,即a(1 + E)= 1假设爆炸下限L下(体积分数)与活化概率a成正比，则有a=KLT,其中K为比例常数。因 此(4-4)当Q与正相比很大时，式(44)可以近似写成(4-5)上式近似地表示出爆炸下限L下与燃烧热Q和活化能正之间的关系。如果齐可燃气体的活化 能接近于某一常数，则可大体得出L下0=常数(46)这说明爆炸下限与燃烧热近于成反比，即是说可燃气体分了燃烧热越人，其爆炸下限就越低。 各同系物的L下Q都近于一个常数表明上述结论是正确的。表47列出了一些町燃物质的 燃烧热和爆炸极限,以及燃烧热和爆炸下限的乘积。利用爆炸下限与燃烧热的乘积成常数的 关系，可以推算同系物的爆炸卜限。但此法不

9、适用于氮、乙如 二硫化碳等少数可燃气体爆 炸下限的推算。衰4-7可燃會质的加烧热与炸极限伤质名称Q/W*mol 1/%L下Q 1物质名杯Q/kJ mol °1卜上) /%Ly >Q屮烷799. 15. 015039957W-TW2447, 6 :1.7->4160.9乙烷1405.83.21244522. 9丙第R*1715.424；4117. 1丙烷2025. 124954799.0戊際3054. 31.23635. 9T烷2652. 71.9& 44932. 92974.81.23569. 0异丁烷2635. 9】8844744.7 |乙 K1075.3405

10、7.04267. 7戊烷323& 41. 4-7.84531.3巴EIR2133.82. 1-15.54522. 9异戊烷3263. 51.34309. 5225b 02.14727. 9己烷3828. 41.3694786. 5三厳乙薛3297.01.34284. 4决烷4451.810604451.8甲乙192& 820)013857. 6辛烷5050. 11. 04799.0二乙加2502.0】83654627. 5壬烷5661.0084698.6二乙*醴2380. 71. 7-27.0404 % 96250.9a 741R&2丙M1652.72. 5-12.84

11、213.3乙烯1297.0272863561. 8t m2259.4L 8-9.54087. 8丙烯1924. 6201113849. 32戊剧2853.51. 5 & 14422- 5T烯2556. 41. 7 7.44347.22-LifiM3476.91. 2&04242. 6戊烯313&01.65020. 8644.35< 6203606 6乙焕1259<42580.03150.6786.64.03184.0*313&01.4-6.84426. 7甲般甲&887.05 1-22.74481.】甲苯3732. 11.3-7. 84740

12、. 5甲战乙曲1502. 12-7-16.44129.6二甲苯4343.01. 0604343.0M23& 54.0-71.2954.01945.624】044669. 3一氧化犠280.312-5-74.23502. 0环己烷366).01.38.34870. 231R.0*)5. 0-27. C4769. 8甲墓环己烧1255.1124895.3毗W272& 01. 8-12.41932. 9松节油5794.8084635.9硝験乙Ri1238.5384707. 0催後甲简1460.2321564602. 41280.33.0 MJ.03853 5龄酸乙能2066. 92.

13、 211.44506. 2环氧乙烷1175.73.080.03527. 1餡戢丙Ifi264& 5215430. 8二班化W1029. 3h 2-50.01284< 5异昭嚴丙商2669.4205338. 8航化氢510. 4434552196. 63213.31.75464.3氧琉化碳543.911.9-28. 56472. 6睛般戊廝4054.3114460. 1氯甲烷640.2& 2-18.75280. 2T »623.46.7-36.5418& 2氯乙烷1234.3401484937. 1乙醉1234.33.3-18. 94050. 1二氯乙烯9

14、37.2971289091.8丙»1832.6264673. 5反甲烷723.813-514.59773. 8异内呼T伸1807. S2447.6271.74790. 74163.1浸乙烷1334.7671129004. 0式(4一6沖的L下是体积分数，文献数据人都为20°C的测定数据 Q则为厚尔燃烧热。 对于炷类化合物，单位质量(每克)的燃烧热q人致和同。如果以mg - L'1为单位表示爆炸下22 4273 + 20限，则记为U T于是(4 7有 L 下=100L 下X 1°°°M273_2.心卜_ M式中M为可燃气体的相对分了质量。

15、把式(47)代人式(46),并考虑到Q = Mq,则可得到(4-8)24qLz t=常数 可见对于婭类化合物，克I?下近于相同。二. 影响爆炸极限的因素爆炸极限不是一个固定值，它受齐种外界因素的影响而变化。如果掌握了外界条件变化 对爆炸极限的影响，在一定条件下测得的爆炸极限值，就仃看重要的参考价值。影响爆炸极 限的因素主要有以下几种。I 初始温度爆炸性混合物的初始温喪越高，混合物分了内能增人，燃烧反应更容易进行，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。表4一8列出了初始温度对 内酮和煤气爆炸极限的影响。表4一8初始温度对混合物爆炸极限的影响初绐沮度/匸"/%

16、Lt/K |初姐温度/Lj/%Lt/%丙胡04.28.0煤气3004.4014. 25504.0984004.00U. 701003.210*05003.6515.35煤气206.0013.46003. 3516. 40100S.4513.57003. 2518. 752005.0513.82. 初始压力爆炸性混合物初始压力对爆炸极限嫌响很人。一般爆炸性混合物初始床力在増压的情况 下，爆炸极限范囤扩人。这是因为压力増加，分子间更为接近，碰撞几率増加，燃烧反应更容易进行，爆炸极限范用扩大。表4-9列出了初始斥力对甲烷爆炸极限的妙响。在一般情况下，随着初始压力增大，爆炸上限明显提高。在已知可燃气体

17、中，只有一氧化碳随着初始压力的增加,爆炸极限范围缩小。表4T初始压力对甲烷爆炸极限的爆响初Iff压力/MPa“/%Lt/% I初始斥力/MF.Lt/%L上/%0. 10135.614.35.0655.429.41.0135.917.211 12.665.745.7初始压力降低，爆炸极限范囤缩小。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床力。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。3. 怡性介质或杂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。惰性气体的种类不同对爆炸极限的影响

18、亦不相同。如甲烷,氮、氮、氮、水蒸气、二氧化碳.四氯化碳对H爆炸极限的影响依次增人。再如汽油,烧废气.二氧化碳.氟里昂21、鹹里昂-12、氟里昂J1,对其爆炸极限的影响则依次减小。在一般情况下,爆炸性混合物中惰性气体含量增加,对其爆炸上限的影响比对爆炸下限的影响史为显著。这是因为在爆炸性混合物中，随着惰性气体會量的増加氧的存臺相对减少, 而在爆炸上限浓发下氧的含量本來己经很小，故惰性气体含量稍微增加一点，即产生很人影 响，使爆炸上限剧烈下降。对于爆炸性气体，水等杂质対浜反应够响很人。如果无水，十燥的氯没仃氧化功能；十燥的空气不能氧化钠或磷；F燥的氢氧混合物在1()00*卜也不会产生爆炸。痕晁的

19、水会急剧加速臭氧.氯氧化物等物质的分解。少量的硫化氛会人人降低水煤气及其混合物的燃点, 加速其爆炸。4. 容器的材质和尺寸实验表明，容器管道直径越小，爆炸极限范围越小。对于同一可燃物质.管径越小，火 焰蔓延速度越小。当管径(或火焰通道)小到一定程度时，火焰便不能通过。这一间距称作最 人灭火间距，亦称作临弄直径。当管径小于最人灭火间距时，火焰便不能通过血被熄灭。容器大小对爆炸极限的影响也可以从器壁效应得到解释。燃烧是自由棊进行一系列连锁 反应的结果。只有自由基的产生数人于消失数时，燃烧才能继续进行。随看管道直径的减小, 自由基与器壁碰撞的几率增加，有碍于新自由基的产生。当管道直径小到一定程度时，

20、1=1 rh 基消失数大于产生数，燃烧便不能继续进行。容器材质对爆炸极限也有很人影响。如卷和氟在玻璃器川l中混合，即使在液态空气温度 下，置于黑暗中也会产生爆炸。而在银制器皿中，在一般温度下才会发生反应。5. 能源火花能量、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。如屮烷在电压1()() V、电流强度1 A的电火花作用下，无论浓度如何都不会引起爆炸。但当电流强度CC增加至2 A时，其爆炸极限为59%136%； 3A时为5. 85%148%。对于一定浓度的爆炸性混合物，都有一个引起该混合物爆炸的最低能臥 浓度不同，引爆的最低能竝也 不同。对于给定的爆炸性物质，齐种浓度下引爆的最低

21、能显中的最小值，称为最小引爆能显, 或最小引燃能量。表4一10列出了部分气体的最小引爆能量。表410部分气体的最小引爆能量气体1体枳分数/%能.|代体体枳分数/%能金/XIOJ moP1 -/X104J mol*1甲烷& 500280I氧化丙烯4.970.190L烷4020.031甲«12. 240.215T烷3.420. 380乙ft7. 720> 376乙»6. 520.016内卿4871.15丙4. 440. 2822.710. S50乙烧7. 730. 020甲*2. 272. 50甲基乙焕4. 970.152«21.80. 77丁二烯3.6

22、70. 170氢29.20.019环氣乙烷7. 720.10511二覧化康6. 520.015另外，光对爆炸极限也有影响。在黑暗中，氮与氯的反应十分缓慢，在光照下则会发生连锁反应引起爆炸。甲烷与氯的混合物，在黑暗中长时间内没有反应，但在II光照射下会发生激烈反应,两种气体比例适当则会引起爆炸。表血活性物质对某些介质也有彩响。如在球形器III中53O°C时，氮与氧无反应，但在器III中插入右英、玻璃、铜或铁棒，则会发生爆炸。三、爆炸极限的计算1根据化学计量浓皮近似计算爆炸性气体完全燃烧时的化学计量浓皮可以用來确定链烷炷的爆炸下限,计算公式为L 下=() 55C0(49)式中C。为爆炸性

23、气体完全燃烧时的化学计显浓度；0. 55为常数。如果空气中氧的禽 量按照209%计算，Co的计算式则为1+蔬xioo=20. 90. 209+ 小)(4-10)式中n°为1分子可燃气体完全燃烧时所需的氧分子数。3.由分了中所禽碳原了数估算爆炸极限(4-11)(4-12)(4-13)如甲烷完全燃烧时的反应式为CH4+2O2-CO2+2H2O,这里n0=2,代入式(410),并 应用式(4-9),可得一=52,即卬烷爆炸下限的计算值为52%,与实验值5. 0%相差 不超过10%。此法除用于链烷坯以外，也可用來估算其他有机可燃气体的爆炸下限，但当应用于氢. 乙块，以及含有氮、氯、硫等的有机气体时，偏差较大，不宜应用。2.由爆炸下限估算爆炸上限常压下25°C的链烷绘在空气中的爆炸上、下限有如下关系I让=7. 1LV5<如果在爆炸上限附近不伴有冷火焰，上式可简化为Lj =6. 5 vEy把上式代入式(4-9),可得L上=48 x/Co脂肪族桂类化合物的爆炸极限与化合物中所會碳原子数蔦有如下近似关系产=0. 1347叭+0. 04343(4-14)产=0.01337小+ 0. 05151(4-15)4.根据闪点计算爆炸极限闪点指的足在可燃液体表血形成的蒸气与空气的混合物，能引起瞬时燃烧的最低温度, 爆炸卜限表示的则是该泯合物能引起燃烧的最低浓度,所以两者之间有