爆炸極限的基本概述

18/18爆炸極限的阻礙因素【大綱考試內(nèi)容要求】：

1.了解爆炸極限的阻礙因素；

2.了解爆炸反應濃度的計算；

【教材內(nèi)容】：

爆炸極限值不是一個物理常數(shù)，它是隨實驗條件的變化而變化，在推斷某工藝條件下的爆炸危險性時，需依照危險物品所處的條件來考慮其爆炸極限，如在火藥、起爆藥、炸藥烘干工房內(nèi)可燃蒸氣的爆炸極限與其他工房在正常溫度下的極限是不一樣的，在受壓容器和在正常壓力下的爆炸極限亦有所不同；其他因素如點火源的能量，容器的形狀、大小，火焰的傳播方向，惰性氣體與雜質的含量等均對爆炸極限有阻礙。

1．溫度的阻礙

混合爆炸氣體的初始溫度越高，爆炸極限范圍越寬，則爆炸下限降低，上限增高，爆炸危險性增加。這是因為在溫度增高的情況下，活化分子增加，分子和原子的動能也增加，使活化分子具有更大的沖擊能量，爆炸反應容易進行，使原來含有過量空氣(低于爆炸下限)或可燃物(高于爆炸上限)而不能使火焰蔓延的混合物濃度變成能夠使火焰蔓延的濃度，從而擴大了爆炸極限范圍。例如丙酮的爆炸極限受溫度阻礙的情況見表2—1。

2．壓力的阻礙

混合氣體的初始壓力對爆炸極限的阻礙較復雜，在0.1～2.0MPa的壓力下，對爆炸下限阻礙不大，對爆炸上限阻礙較大；當大于2.0MPa時，爆炸下限變小，爆炸上限變大，爆炸范圍擴大。這是因為在高壓下混合氣體的分子濃度增大，反應速度加快，放熱量增加，且在高氣壓下，熱傳導性差，熱損失小，有利于可燃氣體的燃燒或爆炸。甲烷混合氣初始壓力對爆炸極限的阻礙見表2—2。

值得重視的是當混合物的初始壓力減小時，爆炸極限范圍縮小，當壓力降到某一數(shù)值時，則會出現(xiàn)下限與上限重合，這就意味著初始壓力再降低時，可不能使混合氣體爆炸。把爆炸極限范圍縮小為零的壓力稱為爆炸的臨界壓力。甲烷在3個不同的初始溫度下，爆炸極限隨壓力下降而縮小的情況如圖2—4所示。因此，密閉設備進行減壓操作對安全是有利的。

3．惰性介質的阻礙

若在混合氣體中加入惰性氣體(如氮、二氧化碳、水蒸氣、氬、氮等)，隨著惰性氣體含量的增加，爆炸極限范圍縮小。當惰性氣體的濃度增加到某一數(shù)值時，使爆炸上下限趨于一致，使混合氣體不發(fā)生爆炸。這是因為加入惰性氣體后，使可燃氣體的分子和氧分子隔離，它們之間形成一層不燃燒的屏障，而當氧分子沖擊惰性氣體時，活化分子失去活化能，使反應鍵中斷。若在某處差不多著火，則放出熱量被惰性氣體汲取，熱量不能積聚，火焰不能蔓延到可燃氣分子上去，可起到抑制作用。惰性氣體氬、氦，阻燃性氣體CO2及水蒸氣、四氯化碳的濃度對甲烷氣體爆炸極限的阻礙如圖2—5所示。

由圖2—5可知混合氣體中惰性氣體濃度的增加，使空氣的濃度相對減少，在爆炸上限時，可燃氣體濃度大，空氣濃度小，混合氣中氧濃度相對減少，故惰性氣體更容易把氧分子和可燃性氣體分子隔開，對爆炸上限產(chǎn)生較大的阻礙，使爆炸上限劇烈下降。同理混合氣體中氧含量的增加，爆炸極限范圍擴大，尤其對爆炸上限提高得更多?？扇細怏w在空氣中和純氧中的爆炸極限范圍比較見表2—3。

表2—3可燃氣體在空氣和純氧中的爆炸極限范圍物質名稱在空氣中的爆炸極限／％范圍在純氧的爆炸極限／％范圍甲烷4.9～1510.15～6156.0乙烷3～1512.03～6663.0丙烷2.1～9.57.42.3～5552.7丁烷1.5～8.57.01.8～4947.8乙烯2.75～3431.253～8077.0乙炔1.53～3479.72.8～9.390.2氫4～7571.04～9591.0氨15～2813.013.5～7965.5一氧化碳12～74.562.515.5～9478.54．爆炸容器對爆炸極限的阻礙

爆炸容器的材料和尺寸對爆炸極限有阻礙，若容器材料的傳熱性好，管徑越細，火焰在其中越難傳播，爆炸極限范圍變小。當容器直徑或火焰通道小到某一數(shù)值時，火焰就不能傳播下去，這一直徑稱為臨界直徑或最大滅火間距。如甲烷的臨界直徑為0.4～0.5mm，氫和乙炔為0.1～0.2mm。目前一般采納直徑為50mm的爆炸管或球形爆炸容器。

5．點火源的阻礙

當點火源的活化能量越大，加熱面積越大，作用時刻越長，爆炸極限范圍也越大。圖2—6是電點火能量對甲烷、空氣混合氣體爆炸極限的阻礙。從圖中能夠看出，當火花能量達到某一值時，爆炸極限范圍受點火能量的阻礙較小，如圖2—6中，當點火能量為l0J時，其爆炸極限范圍趨于穩(wěn)定值，為6％～15％。因此，一般情況下，爆炸極限均在較高的點火能量下測得，如測甲烷與空氣混合氣體的爆炸極限時，用10J以上的點火能量，其爆炸極限為5％～15％。

【例題】：以下有關爆炸極限阻礙因素講法錯誤的是（）。

A.混合爆炸氣體的初始溫度越高，爆炸極限范圍越寬

B.當混合氣體的初始壓力小于2.0MPa時，爆炸下限變小，爆炸上限變大，爆炸范圍擴大

C.隨著惰性氣體含量的增加，爆炸極限范圍縮小

D.點火源的活化能量越大，爆炸極限范圍也越大

【答案】：B爆炸反應濃度、爆炸溫度和壓力的計算(二)爆炸反應濃度、爆炸溫度和壓力的計算

1．爆炸完全反應濃度計算

爆炸混合物中的可燃物質和助燃物質完全反應的濃度也確實是理論上完全燃燒時在混合物中可燃物的含量，依照化學反應方程式能夠計算可燃氣體或蒸氣的完全反應濃度?，F(xiàn)舉例如下：

[例]求乙炔在氧氣中完全反應的濃度。

[解]寫出乙炔在氧氣中的燃燒反應式：

2C2H2+502=4C02+2H20+Q

依照反應式得知，參加反應物質的總體積為2+5=7。若以7那個總體積為100，則2個體積的乙炔在總體積中占：

Xo=2/7=28．6％

答：乙炔在氧氣中完全反應的濃度為28．6％。

可燃氣體或蒸氣的化學當量濃度，也可用以下方法計算。

燃氣體或蒸氣分子式一般用CαHβOγ表示，設燃燒1mol氣體所必需的氧的物質的量為n，則燃燒反應式可寫成：

CαHβOγ+nO2→生成氣體

假如把空氣中氧氣的濃度取為20．9％，則在空氣中可燃氣體完全反應的濃度x(％)一般可用下式表示：

1

20.9

X=————=——————%

(2—4)

n

0.209+n

又設在氧氣中可燃氣體完全反應的濃度為X0(％)，即：

100

X0=——%

（2—5）

1+n

式(2—4)和式(2—5)表示出X和X。與n或2n之間的關系(2n表示反應中氧的原子數(shù))。

在完全燃燒的情況下，燃燒反應式為：

CαHβOγ+nO2→αCO2+1/2βH2O

式中2n=2α+1/2β-γ，關于石蠟烴β=2a+2。因此，2n=3a+1-γ。依照2n的數(shù)值，從表24中可直接查出可燃氣體或蒸氣在空氣(或氧氣)中完全反應的濃度。

[例]試分不求H2、CH3OH、C3H8

C6H6在空氣中和氧氣中完全反應的濃度。

[解]

(1)公式法：

20.9

X(H2)=

——————%=29.48％

0.209+0.5

100

X0(H2)=

——%=

66.7％

1+n

20.9

X(CH3OH)=

——————%=12.23％

0.209+1.5

100

X0(CH3OH)=

———%=

40％

1+1.5

20.9

X(C3H8)=

——————%=4.01％

0.209+5

100

X0(C3H8)=

——%=

16.7％

1+5

20.9

X(C6H6)=

——————%=2.71％

0.209+7.5

100

X0(C6H6)=

———%=11.8％

1+7.5

(2)查表法：依照可燃物分子式，用公式2n=2α+1/2β-γ，求出其2n值。由2n數(shù)值，直接從表2—4中分不查出它們在空氣(或氧)中完全反應的濃度。

由式2n=2α+1/2β-γ，依分子式分不求出2n值如下：

H2

2n=1

CH30H

2n=3

C3H8

2n=10

C6H6

2n=15

由2n值直接從表2--4分不查出它們的X和Xo值：

X(H2)=29.5％

X。(H2)=66.7％

X(CH30H)=12％

X。(CH30H)=40％

X(C3H8)=4％

X。(C3H8)=16．7％

X(C6H6)=2．7％

X。(C6H6)=11.76％

表2—4可燃氣體(蒸氣)在空氣和氧氣中完全反應的濃度氧分子數(shù)氧原子數(shù)2n完全反應的濃度／可燃物舉例在空氣中

20.9

X=

————

%

0.209+n

在氧氣中

100X0=——

%

1+n

10.51.01.52.045.529.511.817.380.066.757.250.0氧氣、一氧化碳22.53.03.54.014.312.210.79.544.540.036.433.3甲醇、二硫化碳甲烷、醋酸34.55.05.56.08.57.77.16.530.828.626.725.0乙炔、乙醛乙烷、乙醇46.57.07.58.06.15.65.35.023.522.221.120.0氯乙烷乙烷、甲酸乙酯、丙酮58.59.09.510.04.74.54.24.019.018.217.416.7丙烯、丙醇丙烷、乙酸乙酯610.511.011.512.03.233.723.503.3616.015.414.814.3丁酮乙醚、丁烯、丁醇712.513.013.514.03.233.103.002.8913.813.312.912.5丁烷、甲酸丁酯二氯苯814.515.015.516.02.802.702.622.5412.1211.7611.4211.10澳苯、氯苯苯、戊醇戊烷、乙酸丁酯916.517.017.518.02.472.392.332.2610.8110.5210.2610.0苯甲醇、甲酚環(huán)己烷、庚烷1018.519.019.520.02.202.152.102.059.769.529.309.09甲苯胺己烷、丙酸丁酯甲基環(huán)己醇一、單選題:1、混合爆炸氣體的初始溫度越高，爆炸極限范圍＿＿，爆炸危險性＿＿。A越小減小B越小增加C越寬減小D越寬增加ABCD你的答案：標準答案：d本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為0分解析：2、混合氣體的初始壓力大于2.0MPa時，隨著混合氣體的初始壓力增加，爆炸下限＿＿，爆炸上限＿＿.A變小變小B變大變大C變小變大D變大變小ABCD你的答案：標準答案：c本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為0分解析：3、若在混合氣體中加入惰性氣體(如氮、二氧化碳、水蒸氣、氬、氮等)，隨著惰性氣體含量的＿＿，爆炸極限范圍＿＿。A增加不變B增加縮小C增加變大D減少縮小ABCD你的答案：標準答案：b本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為0分解析：4、混合氣體中氧含量的增加，爆炸極限范圍＿＿，尤其對爆炸＿＿提高得更多。A擴大上限B減少上限C擴大下限D減少下限ABCD你的答案：標準答案：a本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為0分解析：5、爆炸的臨界壓力是指：＿＿。A把爆炸極限范圍擴大到無窮大的混合物的初始壓力B混合物的初始壓力等于2.0MPa時C把爆炸極限范圍縮小為零的壓力D混合物由燃燒向爆炸過度的壓力值ABCD你的答案：標準答案：c本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為0分解析：6、已知乙炔在氧氣中的燃燒反應式：2C2H2+502=4C02+2H20+Q則乙炔在氧氣中完全反應的濃度是____。A．71.4％B．28.6％C．20.0％D.12.1％ABCD你的答案：標準答案：b本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為0分解析：7、H2在空氣中完全反應的濃度是____。A．29.48％B．14.74％C．66.7％D.16.37％ABCD你的答案：標準答案：a本題分數(shù)：1.00分，你答題的情況為錯誤因此你的得分為