混合气体的爆炸极限怎么计算
-
爆炸极限
L=1/
（
Y
1/L1 + Y2/L2 + Y3/L3
）
其中：
Y1
、
Y2
、
Y3
代表混合物中组成
L1
、
L
2
、
L3
代有混合气体各组份相应的爆
炸极限
求混合物爆炸下限（或上限
）时，
L1
、
L2
、
L3
分别为各纯组份的爆炸下限（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
炸气体完全燃烧时，
其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限，
公式如下：
L
下
≈0
.55c0
式中
0
.55
——
常数；
c
0
——
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
n
0
——
可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。
如甲烷燃烧时，其反应式为
CH4 2O2→CO2
2H2O
此时
n0=2
则
L
下
=0.55×
20.9/
（
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
目前，比较认可的计算方法有两种：
2.1
莱
?
夏特尔定律
对
于两种或多种可燃蒸气混合物，
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=
（
P1 P2 P3
）
/
（
P1/LEL1
P2/LEL2 P3/LEL3
）
（
V%
）
混合可燃气爆炸上限：
UEL=
（
P1 P2 P3
）
/
（
P1/UEL1
P2/UEL2 P3/UEL3
）
（
V%
）
此定律一直被证明是有效的。
2.2
理
?
查特里公式
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，
可根据各组分已知的爆炸
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体混合物。
Lm=100/
（
V1/L1
V2/L2 …… Vn/Ln
）
式中
Lm
——
混合气体爆炸极限，
%
；
L1
、
L
2
、
L3
——
混合气体中各组分的爆炸极限，
%
；
V
1
、
V2
、
V
3
——
各组分在混合气体中的体积分数，
%
。
例如：一天然气组成如下：甲烷
8
0%
（
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。<
/p>
Lm=100/
（
80/5
15/3.22 4/2.37 1/1.86
）
=4.369
3
可燃粉尘
许多工业可燃粉尘的爆炸下限在
2
0-60g/m3
之间，爆炸上限在
2-6kg/m3
之间。
碳氢化合物一类粉尘如能完全气化燃尽，则爆炸下限可由布
尔格斯
-
维勒关系式计算：
c×
Q=k
式中
c
——
爆炸下限浓度；
Q
——
该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热；
< br>
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，
并不是在任何组成下都可以燃烧或爆炸，
而且燃烧
(
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。若浓度减小或增加，火焰蔓延速率则降低。当浓度低于或高于
< br>某个极限值，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度，
称为该气体或蒸气的爆炸下限；
反之，
能使火焰蔓延的
最高浓度则称为爆炸上限。
可燃气体
或蒸气与空气的混合物，若
其浓度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，便不会着火或爆炸。
爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合气体中的体积百分数表
示，
有时也用单位体积可
燃气体的质量
(kg
·
m
—
3
)
表示。混合气体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，
活化中心的消失数大于产生数，
阻止了火焰的蔓延。
若浓度在爆炸上限以上，
含
有过量的可燃气体，
助燃气体不足，
火焰也
不能蔓延。
但此时若补充空气，
仍有火灾和爆炸
的危险。所以浓度在爆炸上限以上的混合气体不能认为是安全的。
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，
燃烧波面上的化学
反应可表示为
A+B
→
C+D+Q
(4
—
1)
式中
<
/p>
A
、
B
为反应物
；
C
、
D
为产
物；
Q
为燃烧热。
A
< br>、
B
、
C
、
D
不一定是稳定分子，
也可以是原
子或自由基。化学反应前后的能量变化可用图
4
—
4
表示。初始状态Ⅰ的反应物
(A+B)
吸收活化能正达到活化状态Ⅱ，即可进行反应生成终止状态Ⅲ的产物
(C+
D)
，并释放
出能量
W
，
W
＝
Q+E
。
图
4
－
4
反应过程能量变化
<
/p>
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
n
，则单位体积放出的能量为
nW
。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
α
(
α
≤
1)
，则第二批单位体积内得到活化的基本反应数为
anW/E
，放
出的能量为。
α
nW<
/p>
2
/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，<
/p>
为
现在讨论
β
的数值。当
β
<1
时，表示反应系统受
能源激发后，放出的热量越来越少，
因而引起反应的分子数也越来越少，最后反应会终止
，不能形成燃烧或爆炸。当
β
＝
1
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
β
＞
1
时，表示放出的热量越来越多，引起
反应的分子数也越来越多，从而形成爆炸。
在爆炸极限时，
β
< br>＝
1
，即
假设爆炸下限
L
下
(
体积分数
)
< br>与活化概率
α
成正比，则有
α<
/p>
＝
KL
下
，其中
K
为比例常数。因
此
< br>
当
Q
与正相比很大时，式
(4
—
4)
可以近似写成
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。
如果各可
燃气体的活化
能接近于某一常数，则可大体得出
L
下
Q
＝常数
(4
—
6)
这说明爆炸下限与燃烧热近于成反比，
即是说可燃气体分子燃烧热越大，
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
4
—
7
列出了一些可燃物
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下限。
但此法不适用于氢、
乙炔、
二硫化碳等少数可燃气体爆
炸下限的推算。