混合气体的爆炸极限怎么计算

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——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%计，c0可用下式确定

c0=（ n0）

式中 n0——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=×（ 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：

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。

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、L2、L3——混合气体中各组分的爆炸极限，%；

V1、V2、V3——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80%（L下=%）、乙烷15%（L下=%）、丙烷4%（L下=%）、丁烷1%（L下=%）求爆炸下限。

Lm=100/（80/5 15/ 4/ 1/）=

3 可燃粉尘

许多工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；

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 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

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。αnW2/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，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＝1，即

假设爆炸下限L下(体积分数)与活化概率α成正比，则有α＝KL下，其中K为比例常数。因此

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。

式(4—6)中的L下是体积分数，文献数据大都为20℃的测定数据；Q则为摩尔燃烧热。对于烃类化合物，单位质量(每克)的燃烧热q大致相同。如果以mg·L—1为单位表示爆炸下限，则记为L′下，有L下＝100L′下×，于是

式中 M为可燃气体的相对分子质量。