燃烧学—第5章2

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表5—11
溶液中的醇的含量 （％）
醇水溶液的闪点
闪点（℃）
《燃烧学》--第五章
甲 醇
7 18
乙 醇
11 22
100 75
55
40 10
22
30 60
23
25 50
5
3
无
无
60
无
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补充
同类液体自燃点变化规律
同系物的自燃点 有以下规律：
在稳态条件下： 其边界条件是
r＝∞，ρ＝ρ∞ r＝r0，ρ ＝ρ s
r0—液滴半径
积分后，可得液滴表面处单位面积的蒸发率
ww D( s ) / r0
若用分压代替（5-28）式中的密度，就得到了兰穆尔公式
w
4r0 DM ( p s p ) RT
(5 20)
4．火源强度与点火时间
一般来说，在其他条件相同时，液面上的火源强度越高，或者点 火时间越长，液体的爆炸温度下限（或闪点）越低。
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5.4 液滴的蒸发和燃烧
T1 热流 TS r1 火焰前锋
rS
蒸气流
蒸气流
热流
图5-15 液滴高温蒸发简图
t下（-38℃）
T上（-8℃）
t℃
0
28
汽油在室温范围内，其饱和蒸气浓度已经超过爆炸上限，它 与空气的混和气体遇火源不会发生爆炸
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通过以上分析可以得出以下结论：
（1）凡爆炸温度下限（t下）小于最高室温的可燃液体，其蒸 气与空气混合物遇火源均能发生爆炸； （2）凡爆炸温度下限（t下）大于最高室温的可燃液体，其蒸 气与空气混合物遇火源均不能发生爆炸； （3）凡爆炸温度上限（t上）小于最低室温的可燃液体，其咆 和蒸气与空气的混合物遇火源不发生爆炸，其非饱和蒸气与 空气的混合物遇火源有可能发生爆炸。
液面上方液体蒸气浓度达到爆炸浓度极限，混合气体遇火源 就会发生爆炸。 蒸气浓度与温度成一一对应关系。 蒸气爆炸浓度上、下限所对应的液体温度称为可燃液体的爆 炸温度上、下限，分别用t上、t下表示 液体温度处于爆炸温度极限范围内时，液面上方的蒸气与空 气的混合气体遇火源会发生爆炸。
C%
U L t下 T t上
Lv


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5.3.5.3爆炸温度极限的影响因素
1．可燃液体的性质 2．压力
表5—13 压力对甲苯闪点的影响
总压力 甲苯饱和蒸气压（Pa） 甲苯闭杯闪点（℃）
74078
889
0.1
100000
1200
4.9
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2368
解 （1）求爆炸浓度极限所对应的饱和蒸气压： P饱下＝101325 × 1.27%＝1287 （Pa） P饱上＝101325 × 6.75%＝6839 （Pa） （2）用克劳修斯一克拉佩龙方程计算爆炸温度极限 饱和蒸气压为1287Pa和6839Pa时，甲苯所处的温度范围分别为0～ 10℃和30～40℃。
（1）同系物自燃点随分子量增加而减少。 （2）同系物中正构体比异构体自燃点低。 （3）饱和烃比相应的不饱和烃的自燃点高。
与空气混合时的 爆炸 极限含量%（v） 下限 汽油 1.0 上限 8.0 一般沸程 50-205 温度℃ 闪点 -50-28
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油品 名称
自燃点 415-530
或者利用安顿（Anloine）方程
b lg p a tc
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例5—1 已知癸烷的爆炸下限为0.75％，环境压力为 1.01325×105Pa，试求其闪点。 解 闪点对应的蒸气压为 Pf＝0.75%×1.01325 ×l05＝760（Pa） 查表5—5，癸烷的Lv＝45612 J/mol，C′=10.3730。 将已知值代入式（5-17b），得闪点为
氯代正 丁烷
79
－11.5
氯代异 丁烷
70
－24
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表5-10
物 质 分子式
部分醇和芳烃的物理性能
分子 量 比重 20℃/4 ℃ 沸点 （温度 ）
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20℃时 的蒸气 压力 （kPa）
闪点 （℃）
甲醇
乙醇 醇 类 正丙醇 正丁醇 正戊醇 苯 芳 烃 类 甲苯
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表5-9 物质名 称 正戊烷 异戊烷 正辛烷 异辛烷 沸点 （ ℃） 36 28 125.6 99
正构体与异构体的闪点比较 闪点 （ ℃） －40 －52 16.5 －12.5 物质名 称 正己酮 异己酮 正丙烷 异丙烷 沸点 （ ℃） 127.5 119 91 69 闪点 （ ℃） 35 17 －11.5 －13
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5.4.1液滴的低温蒸发
液滴的低温蒸发实质上是扩散过程 设液滴为球形，悬浮在稳定不变的介质环境中液滴表面蒸气 为饱和状态且为理想气体。可以用球坐标表示出蒸气扩散方 程 2
r D t r 2
2 r 0 2 r
煤油
轻柴油 重柴油 润滑油
0.8
0.6 -
6.5
6.5 -
200-300
180-360 300-370 350-530
40-55
55-90 65-120 120-250
380-425
300-380 300-330 300-350
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工厂提高汽油辛烷值的途径有三个：一是选择良好的 原料和改进加工工艺，例如采用催化裂化、重整等二 次加工工艺。二是向产品中调入抗爆性优良的高辛烷 值成分，例如异辛烷、异丙苯、烷基苯等。三是加入 抗爆剂。
t下（－14℃） T上（+19℃） t ℃
0
28
显然苯蒸气在0～19℃范围内是能爆炸的
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（2）酒精： t下＝＋11℃， t上＝＋40℃，与室温关系为：
t下（+11℃）
T上（+40℃）
t
℃
0
28
在室温11～28℃之间的温度范围内，酒精蒸气正好处于爆炸 浓度极限范围之内，是能爆炸的。
35866 t上 311.7K＝38.6℃ ' 2.303 8.314 9.8443 lg6839 2.303 R C lg Pf Lv 35866 t下 278.1K＝5.0℃ ' 2.303 8.314 9.8443 lg1287 2.303 R C lg Pf
甲类液体火灾：闪点小于28℃。 代表液体：汽油（-38℃） 乙类液体火灾：闪点在28～60℃ 代表液体：煤油（40℃） 丙类液体火灾：闪点大于60℃ 代表液体：柴油（65℃）
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5.3.5爆炸温度极限
5.3.5.1爆炸温度极限
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举例：飞机油箱中燃油的爆炸温度极限的变化
图 5-14 图
飞机飞行期间燃油可燃性区域示意
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3．水分或其他物质含量
在可燃液体中加入水会使其爆炸温度极限升高。 如果在闪点高的可燃液体中加入闪点低的可燃液体，则混合液体 的爆炸温度极限比前者低，即使低闪点液体的加入量很少，也会 使混合液体的闪点比高闪点液体的闪点低得多
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燃烧学
燃烧学
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5.3闪燃与爆炸温度极限
5.3.1闪燃与闪点
闪燃 闪点 液体的闪点一般要用专门的开杯式或闭杯式闪点测定仪测得
5.3.2同类液体闪点变化规律
同系物 同系物的闪点具有以下规律：
（1）同系物闪点随分子量增加而升高。 （2）同系物闪点随沸点的升高而升高， （3）同系物闪点随比重的增大而升高， （4）同系物闪点随蒸气压的降低而升高， （5）同系物中正构体比异构体闪点高，
7
9 22.5 34 46
88 78 92
-12 5
二甲苯
C6H4 （CH3）
2
106
0.879
146.0
2.18
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5.3.3混合液体闪点
5.3.3.1两种完全互溶的可燃液体的混合液体的闪点
这类混合液体的闪点一般低于各组分的闪点的算术平均值， 并且接近于含量大的组分的闪点
32
CH3OH 46 C2H6OH 60 C3H7OH 74 C4H9OH C5H11O H C6H6 C6H5CH
3
0.792
0.789 0.804 0.810 0.817 0.873 0.866
64.56
78.4 97.2 117.8 137.8 80.36 110.36
11.82
5.87 1.93 0.63 0.37 9.97 2.97
例如纯甲醇闪点为7℃，纯乙酸戊酯的闪点为28℃。
当60％酌甲醇与40％乙酸戊酯混合时，其闪点并不等于7×60％ +28×40％＝15.4℃，而是等于10℃ 对甲醇和丁醇（闪点36℃）1：1的混合液，其闪点等于13℃， 而不是
1 2
7 36＝21.5℃
在煤油中加入1％的汽油，煤油的闪点要降低10℃以上。
甲苯
松节油 车用汽油 灯用煤油 乙醚 苯
+5.5
+33.5 -38 +40 -45 -14
+31
+53 -8 +86 +13 +19
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举例分析（设室温为0～28℃）：
（1）苯：爆炸温度下限t下＝－14℃，爆炸温度上限t上＝＋ 19℃，与室温关系为：
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图 5-12 的闪点
甲醇与乙醇戊酯混合液
图 5-13 点
甲醇与丁醇混合液的闪
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5.3.3.2可燃液体与不可燃液体混合液体的闪点
在可燃液体中掺入互溶的不燃液体，其闪点随着不燃液体含 量增加而升高，当不燃组分含量达一定值时，混合液体不再 发生闪燃
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5.3.5.2爆炸温度极限的计算
爆炸温度下限为液体的闪点，其计算与闪点计算相同 爆炸温度上限的计算，可根据已知的爆炸浓度上限值计算相 应的饱和蒸气压，然后用克劳修斯一克拉佩龙方程等方法计 算出饱和蒸气压所对应的温度，即为爆炸温度上限。 例5—2 已知甲苯的爆炸浓度极限范围为1.27%～6.75% ，求 其在1.01325×lO5Pa大气压下的爆炸温度极限。
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表5—12
可燃液体的爆炸浓度极限和爆炸温度极限的比较 爆炸温度极限（℃） 液体名称 上限 酒精 +11 下限 +40
爆炸浓度极限（％） 下限 3.3 上限 18.0
1.5
0.8 1.7 1.4 1.85 1.5
7.0
62.0 7.2 7.5 40 9.5
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5.3.4闪点计算
闪点温度时液体的蒸气浓度就是该液体蒸气的爆炸下限 液体的饱和蒸气浓度和蒸气压的关系为
L
Pf
P LP Pf 100
LV lgP C' 2.303RT
0
100%
若已知L，即可求出Pf，根据克劳修斯一克拉佩龙方程，求出该液体 的闪点
45612 Tf 318 ' 2.303 8.314 10.3730 lg760 2.303 R C lg Pf
Lv


（K） 则tf＝318—273＝45（℃）
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闪点在消防安全管理中的重要意义 可燃液体火灾危险等级分类：
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（3）煤油： t下＝＋40℃， t上＝＋86℃，与室温关系为：
t下（+40℃） t上（+86℃）
t ℃
0
28
煤油在室温范围内，其蒸气浓度没有达到爆炸下限，煤油蒸 气是不会爆炸的 （4）汽油： t下＝－38℃， t上＝－8℃，与室温关系为：