安全工程师安全生产技术笔记第九讲

安全工程师安全生产技术笔记第九讲

一、大纲要求：

检验应考人员对爆炸上限和下限、含有惰性气体组成混合物爆炸极限计算的掌握程度；对粉尘爆炸特点的熟悉程度。

二、重点、难点：

．了解爆炸反应浓度、爆炸温度和压力的计算；

．掌握爆炸上限和下限、含有惰性气体组成混合物爆炸极限的计算。

．了解粉尘爆炸的机理与特点；

．掌握粉尘爆炸的影响因素；

．熟悉粉尘爆炸的特性；

．掌握控制产生粉尘爆炸的技术措施。

二 爆炸反应浓度、爆炸温度和压力的计算

．爆炸完全反应浓度计算

爆炸混合物中的可燃物质和助燃物质完全反应的浓度也就是理论上完全燃烧时在混合物中可燃物的含量，根据化学反应方程式可以计算可燃气体或蒸气的完全反应浓度。现举例如下：

例 求乙炔在氧气中完全反应的浓度。

解 写出乙炔在氧气中的燃烧反应式：

根据反应式得知，参加反应物质的总体积为 。若以 这个总体积为 ，则 个体积的乙炔在总体积中占：

． ％

答：乙炔在氧气中完全反应的浓度为 ． ％。

可燃气体或蒸气的化学当量浓度，也可用以下方法计算。

燃气体或蒸气分子式一般用 表示，设燃烧 气体所必需的氧的物质的量为 ，则燃烧反应式可写成：

生成气体

如果把空气中氧气的浓度取为 ． ％，则在空气中可燃气体完全反应的浓度 ％ 一般可用下式表示：

又设在氧气中可燃气体完全反应的浓度为 ％ ，即：

（ ）

式 和式 表示出 和 。与 或 之间的关系 表示反应中氧的原子数 。

式中 ，对于石蜡烃 。因此， 。根据 的数值，从表 中可直接查出可燃气体或蒸气在空气 或氧气 中完全反应的浓度。

例 试分别求 、 、 在空气中和氧气中完全反应的浓度。

解

公式法：

％

％

％

％

％

％

％

％

查表法：根据可燃物分子式，用公式 ，求出其 值。由 数值，直接从表 中分别查出它们在空气 或氧 中完全反应的浓度。

由式 ，依分子式分别求出 值如下：

由 值直接从表 分别查出它们的 和 值：

％ 。 ％

％ 。 ％

％ 。 ． ％

． ％ 。 ％

表 可燃气体 蒸气 在空气和氧气中完全反应的浓度

．爆炸温度计算

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 先列出乙醚在空气中燃烧的反应方程式：

式中，氮的摩尔数是按空气中 ∶ ∶ 的比例确定的，即 对应的 应为： ／ ．

由反应方程式可知，爆炸前的分子数为 ，爆炸后为 。

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 。

表 气体平均摩尔定容热容计算式

根据表中所列计算式，燃烧产物各组分的热容为：

：的摩尔定容热容为 ． ／ ℃

的摩尔定容热容为 ． ／ ℃

。的摩尔定容热容为 ． ／ ℃

燃烧产物的热容为：

／ ℃ ． ／ ℃

． ． ， ／ ℃ ． ． ／ ℃

． ． ． ／ ℃ ． ． ／ ℃

燃烧产物的总热容为 ／ ℃ 。这里的热容是定容热容 符合于密闭容器中爆炸情况。

求爆炸最高温度。

先查得乙醚的燃烧热为 ／ ，即 ／ 。

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：

解上式得爆炸最高温度 ℃。

上面计算是将原始温度视为 ℃。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

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：

式中 燃烧后产物的内能之总和；

燃烧前物质的内能之总和

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 ％，求 与空气混合物的爆炸温度。爆炸混合物的最初温度为 。

解 通常空气中氧占 ％，氮占 ％，所以混合物中氧和氮分别占

氧

％

氮

％

由于气体体积之比等于其摩尔数之比，所以将体积百分比换算成摩尔数，即 混合物中应有 一氧化碳、 氧和 氮。

从表 查得一氧化碳、氧、氮在 时，其摩尔内能分别为 ／ 、 ／ 和 ／ ，混合物的摩尔内能为：

一氧化碳的燃烧热为 ，则 一氧化碳的燃烧热为：

燃烧后各生成物内能之和应为：

从一氧化碳燃烧反应式 可以看出， 一氧化碳燃烧时生成 二氧化碳，消耗 氧。 混合物中，原有 氧，燃烧后应剩下 氧，氮的数量不发生变化，则燃烧产物的组成是：二氧化碳 ，氧

，氮 。

假定爆炸温度为 ，由表 查得二氧化碳、氧和氨的摩尔内能分别为 ／ 、 ／ 和 ／ ，则燃烧产物的内能为：

． ． 说明爆炸温度高于 ，于是再假定爆炸温度为 ，则内能之和应为；

．

值又大于 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：

℃ ℃ ℃

．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 、 和 爆炸后的最大压力、最高温度和气体摩尔数；

、 和 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 ． ． ℃， ，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于或稍高于完全反应的浓度时，爆炸产生的压力最大，所以计算时应采用完全反应的浓度。

先按一氧化碳的燃烧反应式计算爆炸前后的气体摩尔数：

由此可得出 ， ，代入式 ，得：