注冊(cè)安全工程師 電子版教材 第四章-第五章(20xx年新版)(文件)
【正文】 ，由于產(chǎn)生支鏈速度大于銷毀速度，鏈反應(yīng)很猛烈，就會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)壓力繼續(xù)提高，超過b點(diǎn)(大于6666 Pa)以后，由于混合物內(nèi)分子的濃度增高，容易發(fā)生鏈中斷反應(yīng)，致使游離基銷毀速度又超過鏈產(chǎn)生速度，鏈反應(yīng)速度趨于緩和，混合物又不會(huì)發(fā)生爆炸了。當(dāng)可燃性氣體、蒸氣或可燃粉塵與空氣(或氧)在一定濃度范圍 1000M 273 MY = —————————— = L —— （4—1）100 273+20 式中L——體積分?jǐn)?shù)，Y——質(zhì)量濃度，g／m3?？扇夹詺怏w、蒸氣或粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源(明火或溫度)，火焰瞬間傳播于整個(gè)混合氣體(或混合粉塵)空間化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時(shí)釋放大量的熱，生成很多氣體，氣體受熱膨脹，形成很高的溫度和很大的壓力，具有很強(qiáng)的破壞力。這類物質(zhì)在分解時(shí)會(huì)自身供氧，使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去。甲烷在3個(gè)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4—5所示。這是因?yàn)榧尤攵栊詺怏w后，使可燃?xì)怏w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(dāng)氧分子沖擊惰性氣體時(shí)，活化分子失去活化能，使反應(yīng)鍵中斷。同理混合氣體中氧含量的增加，爆炸極限范圍擴(kuò)大，尤其對(duì)爆炸上限提高得更多?！?，～ mm。從圖中可以看出，當(dāng)火花能量達(dá)到某一值時(shí)，爆炸極限范圍受點(diǎn)火能量的影響較小，如圖4—7中，當(dāng)點(diǎn)火能量為l0J時(shí)，其爆炸極限范圍趨于穩(wěn)定值，為6％～15％?，F(xiàn)舉例如下：[例]求乙炔在氧氣中完全反應(yīng)的濃度。燃?xì)怏w或蒸氣分子式一般用CαHβOγ表示，設(shè)燃燒1 mol氣體所必需的氧的物質(zhì)的量為n，則燃燒反應(yīng)式可寫成：CαHβOγ+ nO2 → 生成氣體如果把空氣中氧氣的濃度取為20．9％，則在空氣中可燃?xì)怏w完全反應(yīng)的濃度x(％)一般可用下式表示： 又設(shè)在氧氣中可燃?xì)怏w完全反應(yīng)的濃度為 X0(％)，即： 式(2—4)和式(2—5)表示出X和X。根據(jù)2n的數(shù)值，從表中可直接查出可燃?xì)怏w或蒸氣在空氣(或氧氣)中完全反應(yīng)的濃度。由式2n = 2α+1/2βγ，依分子式分別求出2n值如下：H2 2n=1CH30H 2n=3C3H8 2n=10C6H6 2n=15由2n值直接從表24分別查出它們的X和Xo值：X(H2)=％ X。(C6H6)=％表4—6可燃?xì)怏w(蒸氣)在空氣和氧氣中完全反應(yīng)的濃度 18頁 19頁 爆炸極限計(jì)算、粉塵爆炸 3. 爆炸極限計(jì)算（1）爆炸上限和下限的計(jì)算1)根據(jù)完全燃燒反應(yīng)所需氧原子數(shù)，估算碳?xì)浠衔锏谋ㄏ孪藓蜕舷蓿浣?jīng)驗(yàn)公式如下： 20頁 式中L下 ——碳?xì)浠衔锏谋ㄏ孪?；L上——碳?xì)浠衔锏谋ㄉ舷?；N——每摩爾可燃?xì)怏w完全燃燒所需氧原子數(shù)。A．% %B．% %C．% %D．% %【答案】A乙烷在空氣中的爆炸下限濃度為3．38％，爆炸上限濃度為10．7％。為可燃?xì)怏w摩爾分?jǐn)?shù)，也就是完全燃燒時(shí)在混合氣體中該可燃?xì)怏w的含量。各組分相應(yīng)的爆炸下限分別為5％，％，％％，則天然氣的爆炸下限為； 將各組分的爆炸上限代入式(4一11)，可求出天然氣的爆炸上限。[解]將煤氣中的可燃?xì)怏w和惰性氣體組合為兩組：(1)C0和C02，即58(C0)+19．4(C02) = 77．4％(C0+ C02)其中， 惰性氣體／可燃?xì)怏w = C02／C0 = 19．4／58 = O．33由圖4—8中查得， L上 =70％， L下= 17％。 粉塵爆炸是一個(gè)瞬間的連鎖反應(yīng)，屬于不定的氣固二相流反應(yīng)，其爆炸過程比較復(fù)雜，它將受諸多因素的制約。另外，粉塵粒子本身相繼發(fā)生熔融氣化，進(jìn)發(fā)出微小火花，成為周圍未燃燒粉塵的點(diǎn)火源，使之著火，從而擴(kuò)大了爆炸范圍，這一過程與氣體爆炸相比就復(fù)雜得多。因?yàn)榉蹓m初次爆炸產(chǎn)生的沖擊波會(huì)將堆積的粉塵揚(yáng)起，懸浮在空氣中，在新的空間形成達(dá)到爆炸極限濃度范圍B．最小點(diǎn)火能量 C．最低著火溫度 D．粉塵分散度 E．粉塵爆炸壓力及壓力上升速率【答案】： ABCE解析：評(píng)價(jià)粉塵爆炸危險(xiǎn)性的主要特征參數(shù)是爆炸極限：最小點(diǎn)火能量、最低著火溫度、粉塵爆炸壓力及壓力上升速率。(2)爆炸過程。cm3。1)供給粒子表面以熱能，使其穩(wěn)定上升，見圖4——10(a)。粉塵爆炸過程與可燃?xì)獗ㄏ嗨?，但有兩點(diǎn)區(qū)別：一是粉塵爆炸所需的發(fā)火能要得的多；二是 26頁 在可燃?xì)獗ㄖ?，促使穩(wěn)定上升的傳熱方式主要是熱傳導(dǎo)；而在粉塵爆炸中，熱輻射的作用大。粉塵爆炸壓力及壓力上升速率(dP／dc)主要受粉塵粒度、初始?jí)毫?、粉塵爆炸容器、湍流度等因素的影響。與可燃?xì)獗ㄒ粯樱萜鞒叽鐣?huì)對(duì)粉塵爆炸壓力及壓力上升速率有很大的影響。化學(xué)爆炸，其中絕大多數(shù)是氧化反應(yīng)引起的爆炸，與燃燒現(xiàn)象本質(zhì)上都屬氧化反應(yīng)，也同樣有溫度與壓力的升高現(xiàn)象。當(dāng)管道長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)時(shí)，甚至?xí)D(zhuǎn)化為爆轟。當(dāng)粉塵粒度越細(xì)，比表面越大，反應(yīng)速度越快，爆炸上升速率就越大。粉塵爆炸極限不是固定不變的，它的影響因素主要有粉塵粒度、分散度、濕度、點(diǎn)火源的性質(zhì)、可燃?xì)夂?、氧含量、惰性粉塵和灰分溫度等。3)分解(或干餾)氣體與空氣混合生成爆炸性混合氣體，遇火產(chǎn)生火焰(發(fā)生反應(yīng))，見圖4—10(c)。 25頁 粉塵爆炸時(shí)粉塵粒子表面分子與氧氣分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的。可燃粉塵的爆炸極限一般以其單位體積混合物中的質(zhì)量(g2)粉塵虛浮在空氣中并達(dá)到一定濃度。(2)爆炸感應(yīng)期較長(zhǎng)，粉塵的爆炸過程比氣體的爆炸過程復(fù)雜，要經(jīng)過塵粒的表面分解或蒸發(fā)階段及由表面向中心延燒的過程，所以感應(yīng)期比氣體長(zhǎng)得多。日本安全工學(xué)協(xié)會(huì)編的《爆炸》一書闡述了一種比較典型的粉塵爆炸機(jī)理。(五)粉塵爆炸1. 粉塵爆炸的機(jī)理和特點(diǎn)當(dāng)可燃性固體呈粉體狀態(tài)，粒度足夠細(xì)，飛揚(yáng)懸浮于空氣中，并達(dá)到一定濃度，在相對(duì)密閉的空間內(nèi)，遇到足夠的點(diǎn)火能量，就能發(fā)生粉塵爆炸。3．含有惰性氣體組成混合物的爆炸極限計(jì)算如果爆炸性混合氣體中含有惰性氣體如氮、二氧化碳等，計(jì)算爆炸極限時(shí)，可先求出混合物中由可燃?xì)怏w和惰性氣體分別組成的混合比，再?gòu)膱D4—8和圖4—9中找出它們的爆炸極限，并分別代入式(4—11)中求得。其計(jì)算公式如下： 式中 Lm——爆炸性混合氣的爆炸極限，％；LLL3——組成混合氣各組分的爆炸極限，％；VVV3——各組分在混合氣中的濃度，％。 21頁 2)根據(jù)爆炸性混合氣體完全燃燒時(shí)摩爾分?jǐn)?shù)，確定有機(jī)物的爆炸下限及上限。[解]寫出乙烷的燃燒反應(yīng)式，求出N值：C2H6+ = 2C02+2H20則N = 7。(CH30H)=40％X(C3H8)=4％ X。[解] (1)公式法： (2)查表法：根據(jù)可燃物分子式，用公式2n = 2α+1/2βγ，求出其2n值。 在完全燃燒的情況下，燃燒反應(yīng)式為：CαHβOγ+ nO2 →αCO2 + 1/2βH2O 17頁 式中2n = 2α+1/2βγ，對(duì)于石蠟烴β=2a+2。若以7這個(gè)總體積為100，則2個(gè)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(yīng)的濃度為28．6％。 【例題】：以下有關(guān)爆炸極限影響因素說法錯(cuò)誤的是（ ） 。5．點(diǎn)火源的影響當(dāng)點(diǎn)火源的活化能量越大，加熱面積越大，作用時(shí)間越長(zhǎng)，爆炸極限范圍也越大。
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