路路君
前言
對(duì)一些物質(zhì)的爆炸極限進(jìn)行估算。
閃點(diǎn)：在規(guī)定的試驗(yàn)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(cè)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）UEL：爆炸上限
參考資料：工業(yè)混合氣體爆炸極限預(yù)測(cè)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(jì)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)
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(jì)算。N大于等于4。
1.3根據(jù)碳原子數(shù)計(jì)算
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(gè)公式實(shí)際上，我感覺是一樣的。
2.1 萊·夏特爾定律
2.2 Le Chatelier 經(jīng)驗(yàn)方程
3 含有惰性氣體的可燃?xì)怏w爆炸極限
惰性氣體對(duì)可燃?xì)怏w具有抑爆作用，可用下式估算。
但是該公式未考慮不同惰性氣體（N2、CO2、H2O）對(duì)不同可燃?xì)怏w抑制效果，因此計(jì)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?dú)?。氮：氧?.78。（1）將混合物分為可燃?xì)怏w、惰性氣體、氧氣三部分。扣除氧氣，以及對(duì)應(yīng)空氣中的氮?dú)夂?。重新算出各個(gè)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(duì)性應(yīng)爆炸極限。
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。
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(yàn)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(jì)算公式見4.2）
這種計(jì)算方法依賴于計(jì)算機(jī)，各種惰性氣體抑制系數(shù)也不好查，人工計(jì)算比較麻煩。
4.2 第二種估算法
我們平時(shí)工作可以根據(jù)以下步驟估算。
（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(yàn)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(diǎn)與爆炸極限的關(guān)系
在網(wǎng)上看到一篇文章，講到閃點(diǎn)與爆炸極限的關(guān)系。地址如下：http://blog.sciencenet.cn/blog-1213210-1175229.html閃點(diǎn)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(diǎn)的溫度上，蒸汽濃度下降已經(jīng)不能夠支持燃燒了。在這個(gè)溫度之上，能夠發(fā)生燃燒，火焰擴(kuò)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(diǎn)這個(gè)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(diǎn)測(cè)定時(shí)，由于有蒸氣的擴(kuò)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(diǎn)。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(diǎn)。根據(jù)上面的描述，應(yīng)該是閉杯的閃點(diǎn)下蒸氣濃度更接近爆炸極根下限。有以下公式：
查乙醇閃點(diǎn)13℃，爆炸下限：3.3%。根據(jù)安托因方程，估算其閃點(diǎn)溫度下飽和蒸氣壓為：3.78kPa。計(jì)算其爆炸極限為：3.74%。查乙酸乙酯閃點(diǎn)-4℃，爆炸下限：2.0%。根據(jù)安托因方程，估算其閃點(diǎn)溫度下飽和蒸氣壓為：2.48kPa。計(jì)算其爆炸極限為：2.45%。因此認(rèn)為用閃點(diǎn)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(duì)于一些不常見的物質(zhì)，我們可以通過以上方法估算。
