生产技术辅导：爆炸温度计算
编辑整理：中国注册安全工程师考试网 文章日期：2007-11-21 8:48:08 打印
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【大纲考试内容要求】：
1.了解爆炸温度和压力的计算；
2.掌握爆炸上限和下限的计算。
【教材内容】：
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·℃)
CO2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：
2.7×lO9 = [(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：
∑u 2=∑Q+∑u l (2--6)
式中∑u 2——燃烧后产物的内能之总和；
∑u l——燃烧前物质的内能之总和;
∑Q——燃烧物质的燃烧热之总和。
[例]已知一氧化碳在空气中的浓度为20％，求CO与空气混合物的爆炸温度。爆炸混合物的最初温度为300K。
[解]通常空气中氧占21％，氮占79％，所以混合物中氧和氮分别占
 由于气体体积之比等于其摩尔数之比，所以将体积百分比换算成摩尔数，即l mol混合物中应有0.2 mol一氧化碳、0.168mol氧和0.632 mol氮。
从表2—6查得一氧化碳、氧、氮在300K时，其摩尔内能分别为6238.33 J／mol、6238.33 J／mol和6238.33J／mol，混合物的摩尔内能为：
表2—6不同温度下几种气体和蒸气的摩尔内能 J／mol
∑u 1 = (0.2×6238.33+0.168×6238.33+0.632×6238.33)J
= 6238.33J
一氧化碳的燃烧热为285624J，则0.2 mol一氧化碳的燃烧热为：
(O.2×285624)J = 57124.8J
燃烧后各生成物内能之和应为：
∑u 2 = (6238.33+57124.8)J = 63363.13J
从一氧化碳燃烧反应式2CO+O2 = 2CO2可以看出，0.2 mol一氧化碳燃烧时生成0.2mol二氧化碳，消耗0.1mol氧。1mol混合物中，原有0.168mol氧，燃烧后应剩下0.168-0.1= O.068 mol氧，氮的数量不发生变化，则燃烧产物的组成是：二氧化碳0.2 mol，氧0.068mol，氮0.632mol。
假定爆炸温度为2400K，由表2—6查得二氧化碳、氧和氮的摩尔内能分别为105507.36J／mol、63220.68J／mol和59452.56J／mol，则燃烧产物的内能为：
∑u 2’= (0.2×105507.36 + 0.068×3220.68+0.632×59452.56)J=62974．5J
说明爆炸温度高于2400K，于是再假定爆炸温度为2600K，则内能之和应为；
∑u 2”=(0.2×116893.04+0.068×69500.88+0.632×85314.08)J=69383.17J
∑u 2”值又大于∑u 2值，因相差不太大，所以准确的爆炸温度可用内插法求得：
以摄氏温度表示为：
t=(T—273)℃=(2412—273) ℃ = 2139℃ |
