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：

1．了解爆炸反应浓度、爆炸温度和压力的计算；

2．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。

3．了解粉尘爆炸的机理与特点；

4．掌握粉尘爆炸的影响因素；

5．熟悉粉尘爆炸的特性；

6．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

1．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：

2C2H2+502 = 4C02+2H20+Q

根据反应式得知，参加反应物质的总体积为2+5 = 7。若以7这个总体积为100，则2个体积的乙炔在总体积中占：

Xo = 2/7 = 28．6％

答：乙炔在氧气中完全反应的浓度为28．6％。

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CαHβOγ表示，设燃烧1 mol气体所必需的氧的物质的量为n，则燃烧反应式可写成：

CαHβOγ+ nO2 →生成气体

如果把空气中氧气的浓度取为20．9％，则在空气中可燃气体完全反应的浓度x(％)一般可用下式表示：

1 20.9

X = ———— = -----———% (2—4)

n 0.209+ n

1+ ———

0.209

又设在氧气中可燃气体完全反应的浓度为 X0(％)，即：

100

X0 = ——% （2—5）

1+n

式(2—4)和式(2—5)表示出X和X。与n或2n之间的关系(2n表示反应中氧的原子数)。

CαHβOγ+ nO2 →αCO2 + 1/2βH2O

式中2n = 2α+1/2β-γ，对于石蜡烃β=2a+2。因此，2n = 3a+1-γ。根据2n的数值，从表2 4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H2、CH3OH、C3H8 C6H6在空气中和氧气中完全反应的浓度。

[解]

(1)公式法：

20.9

X( H2 )= —————— % =29.48％

0.209+ 0.5

100

X0 ( H2 )= —— % = 66.7 ％

1+n

20.9

X(CH3OH )= —————— % =12.23％

0.209+ 1.5

100

X0 (CH3OH )=——— % = 40 ％

1+1.5

20.9

X(C3H8)= —————— % =4.01％

0.209 + 5

100

X0 (C3H8)= —— % = 16.7 ％

1+ 5

20.9

X(C6H6)=—————— % =2.71％

0.209+ 7.5

100

X0 (C6H6 )=——— % = 11.8 ％

1+7.5

(2)查表法：根据可燃物分子式，用公式2n = 2α+1/2β-γ，求出其2n值。由2n数值，直接从表2—4中分别查出它们在空气(或氧)中完全反应的浓度。

由式2n = 2α+1/2β-γ，依分子式分别求出2n值如下：

H2 2n=1

CH30H 2n=3

C3H8 2n=10

C6H6 2n=15

由2n值直接从表2--4分别查出它们的X和Xo值：

X(H2)=29.5％ X。(H2)=66.7％

X(CH30H)=12％ X。(CH30H)=40％

X(C3H8)=4％ X。(C3H8)=16．7％

X(C6H6)=2．7％ X。(C6H6)=11.76％

表2—4可燃气体(蒸气)在空气和氧气中完全反应的浓度

2．爆炸温度计算

1)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](1)先列出乙醚在空气中燃烧的反应方程式：

C4H100 + 602 + 22.6N→ 4C02 + 5H2O + 22.6N2

式中，氮的摩尔数是按空气中N2∶O2=79∶21的比例确定的，即 602对应的N2应为：6×79／21 = 22．6 由反应方程式可知，爆炸前的分子数为29.6，爆炸后为31.6。

(2)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2—5。

表2-5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：

N：的摩尔定容热容为[(4.8 + O.00045t)×4186．8]J／(kmol·℃)

H20的摩尔定容热容为[(4.0 + 0.00215t)X4186．8]J／(kmol·℃)

CO。的摩尔定容热容为[(9.0 + 0.00058t)X4186．8]J／(kmol·℃)

燃烧产物的热容为：

[22.6(4.8+0.00045t)×4186.8]J／(kmol·℃) = [(454+0．042t)×1O3]J／(kmol·℃)

[5(4．0+0．00215t)×4186，8]J／(kmol·℃) = [(83．7+0．045t) ×1O3]J／(kmol·℃)

[4(9．0+0．00058t)×4186．8]J／(kmol·℃)=E(150．7+0．0097t) ×1O3]J／(kmol·℃)

燃烧产物的总热容为(688.4+0.0967t)×103J／(kmol·℃)。这里的热容是定容热容,符合于密闭容器中爆炸情况。

(3)求爆炸最高温度。

先查得乙醚的燃烧热为2.7×lO6J／mol，即2.7×109J／kmol。

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：

2.7XlO9 = [(688.4+0.0967t)×103]·t

解上式得爆炸最高温度t=2826℃。

上面计算是将原始温度视为0℃。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。

2)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：