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閃點與爆炸極限

路路君

前言 

對一些物質(zhì)的爆炸極限進(jìn)行估算。

閃點:在規(guī)定的試驗條件下,可燃性液體或固體表面產(chǎn)生的蒸氣與空氣形成的海合物,遇火源能夠閃燃的液體或固體的最低溫度(采用閉杯法測定)。
爆炸極限:可燃的蒸氣、氣體或粉塵與空氣組成的混合物遇火源即能發(fā)生爆炸的濃度。(可燃?xì)怏w或蒸汽爆炸極限是以可燃性物質(zhì)在混合物中所占體積的百分比(%)來表示)
LEL:爆炸下限
UEL:爆炸上限
參考資料:工業(yè)混合氣體爆炸極限預(yù)測的相關(guān)文獻(xiàn)


一、爆炸極限的估算


1  單組分可燃?xì)怏w爆炸極限

1.1 按化學(xué)計量比體積分?jǐn)?shù)

  



該公式適用范圍:適用于鏈烷烴碳?xì)浠衔?/strong>爆炸極限的估算。


1.2按完全燃燒反應(yīng)所需的氧原子數(shù)

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適用范圍:一般只適用于烷烴碳?xì)浠衔锉O限的估算,不適用于H2、CO氣體的計算。N大于等于4。


1.3根據(jù)碳原子數(shù)計算

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2  多組分可燃?xì)怏w爆炸極限

這里多組分可燃?xì)怏w指的所有組分均為可燃?xì)怏w,不含氧氣和惰性氣體。有兩個公式實際上,我感覺是一樣的。

2.1 萊·夏特爾定律

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2.2 Le Chatelier 經(jīng)驗方程


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3  含有惰性氣體的可燃?xì)怏w爆炸極限

惰性氣體對可燃?xì)怏w具有抑爆作用,可用下式估算。

微信圖片_20211214174156.jpg

但是該公式未考慮不同惰性氣體(N2、CO2、H2O)對不同可燃?xì)怏w抑制效果,因此計算誤差較大。


4  一般混合物爆炸極限

4.1 全比例分配法

   一般空氣中可近似看做20.9%氧氣和79.1%氮氣。氮:氧≈3.78。
(1)將混合物分為可燃?xì)怏w、惰性氣體、氧氣三部分??鄢鯕猓约皩?yīng)空氣中的氮氣含量。重新算出各個組分的濃度。
例:扣除1分子的氧,就扣除3.78分子氮,剩下的就是可燃?xì)怏w與惰性氣體混合物。
(2)將每種惰性氣體和每種氣體分別組合,分別算出不同體積百分?jǐn)?shù) ,和相對性應(yīng)爆炸極限。

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例:假設(shè)3種可燃?xì)怏w(H2、CH4、CO)和兩種惰性氣體(N2、CO2),根據(jù)上面的公式可以算出,下列結(jié)果。

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可以將CO2+H2視為一種新的可燃?xì)怏w:其體積分?jǐn)?shù)就是上圖中黃色的數(shù)值之和,根據(jù)查表得到爆炸極限。其余組合相同,得到所有可燃?xì)怏w與惰性氣體分配方案。
(3)根據(jù)Le Chatelier 經(jīng)驗方程算出新的爆炸極限。
(4)再將第一步去掉的氧氮空氣組合成新的爆炸上下限。(計算公式見4.2)
這種計算方法依賴于計算機,各種惰性氣體抑制系數(shù)也不好查,人工計算比較麻煩。
4.2 第二種估算法
我們平時工作可以根據(jù)以下步驟估算。
(1)第一步同4.1(1)
(2)將惰性氣體組分扣除,算出不同可燃?xì)怏w組分的濃度。
(3)根據(jù)Le Chatelier 經(jīng)驗方程算出新的爆炸極限Lm。
(4)將混合氣體視為為可燃?xì)怏wa、惰性氣體b、空氣c

       新的爆炸極限L=Lm*a/ (a+c)


二、閃點與爆炸極限的關(guān)系

在網(wǎng)上看到一篇文章,講到閃點與爆炸極限的關(guān)系。
地址如下:http://blog.sciencenet.cn/blog-1213210-1175229.html
閃點定義為溶劑蒸氣能夠發(fā)生閃燃的最低溫度,也就是說,在更低一點的溫度上,蒸汽濃度下降已經(jīng)不能夠支持燃燒了。在這個溫度之上,能夠發(fā)生燃燒,火焰擴散之后,大量熱產(chǎn)生,如果在封閉空間內(nèi)就可以引起爆炸。在閃點這個溫度下的蒸氣濃度,也就是蒸汽能夠爆炸的最低濃度了。開杯閃點測定時,由于有蒸氣的擴散過程,液體表面的蒸氣濃度往往不是飽和濃度,也就是說,要比閉杯條件同一溫度下的濃度要低一點。為了達(dá)到閃燃的最低濃度,這一溫度往往比閉杯情況下要稍高一點。根據(jù)上面的描述,應(yīng)該是閉杯的閃點下蒸氣濃度更接近爆炸極根下限。有以下公式:

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驗證:
查乙醇閃點13℃,爆炸下限:3.3%。根據(jù)安托因方程,估算其閃點溫度下飽和蒸氣壓為:3.78kPa。計算其爆炸極限為:3.74%。
查乙酸乙酯閃點-4℃,爆炸下限:2.0%。根據(jù)安托因方程,估算其閃點溫度下飽和蒸氣壓為:2.48kPa。計算其爆炸極限為:2.45%。
因此認(rèn)為用閃點溫度下飽和蒸汽壓估算爆炸下限可行。


三、總結(jié)

常見的物性,我們可以通過文獻(xiàn)資料查到其物爆炸極限。對于一些不常見的物質(zhì),我們可以通過以上方法估算。