第三章_燃烧与爆炸

null 第三章 燃烧与爆炸 第三章 燃烧与爆炸 第三章 燃烧与爆炸 第三章 燃烧与爆炸第一节 燃烧及其特性 第二节 燃烧传热机理 第三节 燃烧速度 第四节 爆炸及其类特性第一节 燃烧及其特性第一节 燃烧及其特性一、燃烧概述 　 燃烧是一种同时有光和热发生的剧烈的氧化还原反应。在化学反应中，失掉电子的物质被氧化，获得电子的物质被还原。所以，氧化反应并不限于同氧的反应。 燃烧的判断： 剧烈的氧化还原反应 放出大量的热 发出光 以上三个要点同时成立的才为燃烧。如，氢在氯中燃烧。金属和酸反应非燃烧，灯泡中的灯丝非燃烧。null二、燃烧条件 　燃烧三要素： 　　　有可燃物的存在； 　　　有助燃物的存在； 　　　有能导致着火的能源。 需要说明的是，具备以上三要素并不一定引起燃烧，如可燃物与助燃物的比例（浓度）、点火源的强度（温度）等。三、燃烧过程和燃烧形式三、燃烧过程和燃烧形式 可燃物质和助燃物质存在的相态、混合程度和燃烧过程不尽相同，其燃烧形式是多种多样的。 1．均相燃烧和非均相燃烧 按照可燃物质和助燃物质相态的不同，分为： 均相燃烧是指可燃物质和助燃物质间的燃烧反应在同一相中进行，如氢气在氧气中的燃烧，煤气在空气中的燃烧。 非均相燃烧是指可燃物质和助燃物质并非同相，如石油(液相)、木材(固相)在空气(气相)中的燃烧。非均相燃烧比较复杂，要考虑可燃液体或固体的加热，及由此产生的相变化。 nullnull 2．混合燃烧和扩散燃烧 按照可燃气体的燃烧过程不同，分： 混合燃烧：可燃气体与助燃气体预先混合而后进行的燃烧。速度快、温度高，一般爆炸反应属于这种形式 扩散燃烧：可燃气体由容器或管道中喷出，与周围的空气(或氧气)互相接触扩散而产生的燃烧。在扩散燃烧中，由于与可燃气体接触的氧气量偏低，通常会产生不完全燃烧的炭黑。 null 3.蒸发燃烧、分解燃烧和 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面燃烧 蒸发燃烧：可燃液体蒸发出的可燃蒸气的燃烧。通常液体本身并不燃烧，只是由液体蒸发出的蒸气进行燃烧。 分解燃烧：固体或不挥发性液体经热分解产生的可燃气体的燃烧。如木材和煤大都是由热分解产生的可燃气体进行燃烧。 可燃固体和液体的蒸发燃烧和分解燃烧，均有火焰产生，属火焰型燃烧。 表面燃烧：当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时，便没有火焰，燃烧继续在所剩固体的表面进行的燃烧。金属燃烧即属表面燃烧，无气化过程，无需吸收蒸发热，燃烧温度较高。 null物质燃烧过程的温度变化历程 T初为可燃物质开始加热的温度。初始阶段，加热的热量用于可燃物质的熔化或分解，温度上升较缓慢。 到达T氧，可燃物质开始氧化。由于温度较低，氧化速度不快，氧化产生的热量尚不足以抵消向外界的散热。此时若停止加热，尚不会引起燃烧。 继续加热，到达T自，即使停止加热，温度仍自行升高。T自是理论上的自燃点，T自′是开始出现火焰的温度，为实际测得的自燃点。T燃为物质的燃烧温度。 T自到T自′的时间间隔称为燃烧诱导期（着火延滞期）。 null诱导期与自燃点的关系 四、燃烧种类 如果按照燃烧起因，燃烧分为闪燃、点燃和自燃三种类型。闪点、着火点和自燃点分别是上述三种燃烧类型的特征参数。 (1)闪燃和闪点 可燃液体表面的蒸气与空气形成的混合气体与火源接近时会发生瞬间燃烧，出现瞬间火苗或闪光的现象称为闪燃。闪燃的最低温度称为闪点。如60%的乙醇的闪点为22.5℃。可燃液体的温度高于其闪点时，随时都有被火点燃的危险。 　闪点这个概念主要适用于可燃液体，某些可燃固体，如樟脑和萘等，也能蒸发或升华为蒸气，因此也有闪点。 四、燃烧种类常见可燃液体的闪点 常见可燃液体的闪点 null (2)点燃和着火点 在空气充足的条件下，达到一定温度与火源接触发生着火，移去火源后可燃物质仍能持续燃烧，这种现象称为点燃。点燃的最低温度称为着火点。 　可燃液体的着火点约高于其闪点5-20℃。但闪点在l00℃以下时，二者往往相同。在没有闪点数据的情况下，也可以用着火点表征物质的火险。 某些可燃物质的燃点某些可燃物质的燃点null (3)自燃和自燃点 在无外界火源的条件下，物质自行引发的燃烧称为自燃。自燃的最低温度称为自燃点。 物质自燃有受热自燃和自热自燃两种类型。 ①受热自燃。可燃物质在外部热源作用下温度升高，达到其自燃点而自行燃烧称之为受热自燃。因此，受热自燃的两个条件为：有外部热源和有热量蓄积的条件。 ②自热自燃。在无外部热源的影响下，可燃物质内部发生物理、化学或生化变化而产生热量，并不断积累使物质温度上升，达到其自燃点而燃烧，称为自热燃烧。 自热自燃的三个条件：比较容易产生反应热的物质（如氧化热,发酵热等）、具有比较大的比表面积和良好的绝热保温性、产生的热量大于向环境散发的热量。常见可燃物质的自燃点 常见可燃物质的自燃点 nullnull六、氧指数 氧指数又叫临界氧浓度或极限氧浓度，是用来对固体 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 可燃性进行评价和分类的一个特征指标。材料维持有焰燃烧的以体积百分数表示的最低氧气浓度（氧气－氮气体系），此最低氧气浓度称为氧指数。 因此，氧指数越高，阻燃性越好。需要说明的是，随着温度等条件的变化，氧指数随之变化。五、最小点火能量 处于爆炸范围内的可燃气体混合物中产生电火花，从而引起着火所必须的最小能量称为最小点火能。第二节 燃烧传热机理第二节 燃烧传热机理 一 燃烧反应本质机理 燃烧反应本质是有自由基参与的连锁反应。 连锁反应通常分为直链反应和支链反应两种类型。 直链反应null支链反应二 燃烧反应速度方程（一致性）二 燃烧反应速度方程（一致性）1、浓度对化学反应速度的影响—质量作用定律2、温度对化学反应速度的影响—阿累尼乌斯公式3、燃烧反应的速度方程式结论：1. 火场氧和可燃物浓度越低，燃烧反应速度越慢 2. 火场温度越低，燃烧反应速度越慢 3. 可燃物活化能越高，燃烧反应速度越慢三 燃烧热三 燃烧热1、燃烧热的表示方法B.热 值：单位质量或体积可燃物完全燃烧所放出的热量。A.燃烧热：1摩尔有机化合物在25ºC，1atm下完全燃烧时所放出 的热量成称为该有机物的燃烧热注意： O取O和N之和null 可燃物质燃烧、爆炸时所达到的最高温度、最高压力和爆炸力均与物质的燃烧热有关。 从一般的物性数据手册中查阅。四、热量的传递四、热量的传递1.导热传热 2.对流传热 3.辐射传热null热量传递的方式 （1）导热传热：由于温差的存在使得热量由高温部分传递低温部分，或者由温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物质的过程。傅立叶定律：在不均匀的温度场中，由于导热形成的某地点的热流密度正比于该时刻同地点的温度梯度。（2）对流传热：流体各部分之间发生相对位移时所发生的热量传递过程。（3）辐射传热：物体表面直接向外界发射可见和不可见光，在空间传递热量的过程。第三节 燃烧速度第三节 燃烧速度一、可燃气体的燃烧速度 气体燃烧速度：单位时间内燃烧表面的火焰沿垂直于表面的方向向未燃烧部分传播的距离，m/s。 燃气的燃烧速度用火焰传播速度来衡量。 管道中气体的燃烧速率与管径有关。当管径小于某个小的量值时，火焰在管中不传播（阻火器原理）。火焰传播速率随管径的增加而增加；但当管径增加到某个量值时，火焰传播速率便不再增加，此时即为最大燃烧速率。 null氢气：受热－燃烧 烃类气体：受热－分解－燃烧 null可燃混合气体的火焰传播速度 的影响因素null二、可燃液体的燃烧速度 　液体的着火速度和其蒸气压密切相关。 表示方式 质量速度：每平方米面积上每小时燃烧容器内液体质量kgm-2h-1。 直线速度：每小时烧掉容器内液体的高度cmh-1 。 影响因素 液体初温、液体热容、蒸发潜热、火焰辐射强度、液面高低等。 null 三、可燃固体的燃烧速度 　　可燃固体经历受热、溶解、蒸发、分解、氧化燃烧等阶段。 　　可燃固体中的不稳定含氧基团对燃烧有促进作用，如硝基化合物，硝化纤维等。 　　燃烧速度与比表面积有关。 第四节 爆炸及其特性第四节 爆炸及其特性一、爆炸概述 爆炸是物质发生急剧的物理、化学变化，在瞬间释放出大量能量并伴有巨大声响的过程。常伴随发热、发光、高压、真空、电离等现象。 在爆炸过程中，爆炸物质所含能量的快速释放，变为对爆炸物质本身、爆炸产物及周围介质的压缩能或运动能。 物质爆炸时，大量能量极短的时间在有限体积内突然释放并聚积，造成高温高压，对邻近介质形成急剧的压力突变并引起随后的复杂运动。二、爆炸分类二、爆炸分类1．按爆炸性质分类 (1)物理爆炸：指物质的物理状态发生急剧变化而引起的爆炸。例如蒸汽锅炉、压缩气体、液化气体过压等引起的爆炸，都属于物理爆炸。物质的化学成分和化学性质在物理爆炸后均不发生变化。 (2)化学爆炸：指物质发生急剧化学反应，产生高温高压而引起的爆炸。物质的化学成分和化学性质在化学爆炸后均发生了质的变化。2．按爆炸速度分类 (1)轻爆 爆炸传播速度在每秒零点几米至数米之间的爆炸过程； (2)爆炸 爆炸传播速度在每秒十米至数百米之间的爆炸过程； (3)爆轰 爆炸传播速度在每秒1千米至数千米以上的爆炸过程。三、爆炸极限及其估算三、爆炸极限及其估算1、爆炸极限 定义：可燃气体或蒸气与空气（氧）组成的混合物在点火之后可以使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限（也称燃烧下限）；同理，能使火焰蔓延的最高浓度称为爆炸上限（也称燃烧上限）。　　 当浓度低于下限时，空气过剩，空气的冷却作用阻碍火焰的蔓延。 当浓度高于上限时，空气不足，火焰也不能蔓延。 可燃气体爆炸极限的表示方式：通常用混合物可燃气体的体积百分数，有时用单位体积中可燃物的质量表示。甲苯爆炸事故：甲苯爆炸事故：2004年6月29日，平阳县兴泰化工有限公司发生甲苯爆炸，造成4人死亡、2人受伤，直接经济损失100万元。 主要经过：对甲苯贮罐进行切割，移位作业，切割过程中发生爆炸。 直接原因：甲苯的闪点为4 ℃，爆炸下限为1.2%，上限为7％，爆炸范围5.8%,爆炸压力0.666MPa，对水溶解微溶，业主在对甲苯贮罐动火前，未按规定对贮罐内残留的甲苯进行有效清洗，而仅仅用河水清洗，罐内有大量的可燃性甲苯气体，在切割过程中，高温引爆，导致连续爆炸。null2、爆炸极限的影响因素 A.原始温度 温度升高爆炸极限范围扩大。 　　nullB. 原始压力，压力升高爆炸极限范围扩大。　nullC.惰性介质 惰性介质加入爆炸极限范围缩小。 下图表明惰性气体种类和加入量都会影响爆炸极限范围。null D. 点火能源 点火能源加大使爆炸范围变宽。 　　null某些物质的最低引爆能量null E.氧含量 氧含量增加爆炸极限范围扩大。 浓度低于下限不能爆炸的原因是：空气过剩，空气的冷却作用阻碍火焰的蔓延。此时增加氧含量，爆炸下限降低幅度不大。 浓度高于上限不能爆炸的原因是：空气不足，火焰不能蔓延。此时增加氧含量会使上限显著提高。 nullnullF. 点火方向 下部点火，爆炸下限值小，上限值大（范围最大） 上部点火，爆炸下限值大，上限值小（范围最小） 水平点火，介于两者之间。　　　　　nullG.容器直径 容器直径越小，爆炸范围越窄。临界直径的计算 用散热损失和器壁效应解释此现象null3、爆炸极限的估算 A、闪点法 可燃液体在闪点时的饱和蒸气分压正好对应着火的最低体积分数。 利用此规律可以根据闪点计算爆炸下限，或根据爆炸上限求闪点。 nullB、经验法 L下＝0.55C0 L上＝3.5C0 C0 ---气体在完全燃烧时的物质的量浓度 nullC、多组分可燃气体的爆炸极限 经验公式 各组分气体活化能E、摩尔燃烧热Q、指前因子k等近似的混合气才能用此公式。 公式中需注意ya＋yb＋yc＋…..=1nullnullnull D、可燃气体与惰性气体混合物的爆炸极限 经验公式 nullnullnull四、爆炸范围图 （1）可燃气F，助燃气S，惰性气体I （2）可燃气F1、F2，助燃气S （3）可燃气F，助燃气S1、S2、 nullnull 五、爆炸与爆轰 预混物的组成或预热条件合适，爆炸波的速度可能高达1000m/s以上，比普通爆炸的破坏力更大，称爆轰。 轰现象只发生在一定的浓度范围，称爆轰范围，其数值介于爆炸上、下限之间。 null影响因素: a.混合气体的初始温度 b.初始压力 c.管道或容器的长径比 d.点火源的强度null六、分解爆炸性气体爆炸 某些单一成分的气体，在一定的温度和压力下会发生分解反应（放热），在无助燃物的情况下可能发生分解爆炸。 当压力低于某数值时，不会发生分解爆炸。如乙炔分解爆炸的临界压力为1.4×105Pa。null七、粉尘爆炸 悬浮在空气中的可燃性煤粉、有机物、高分子、面粉等固体微粒遇到着火源时发生的爆炸现象称为粉尘爆炸。 A、粉尘爆炸的必要条件 燃料，粉尘颗粒在空气中要达到一定的浓度 空气，或氧气，发生氧化反应 混合，由于粉尘微粒悬浮在空气中，混合很好 点火源，一定能量的点火源 容器的密闭性，密闭的容器或空间，如果敞开空间只能发生燃烧。null B、粉尘爆炸机理 颗粒受热温度上升 颗粒表面分子发生分解作用，颗粒周围产生可燃气体 可燃气体与空气混合成爆炸性混合气体，发生燃烧 燃烧产生的热使颗粒进一步分解 燃烧连续传播，能量聚集，发生爆炸 null C、粉尘爆炸影响因素 化学性质和组成（与该物质挥发分含量、爆炸下限浓度、点火能量等因素有关） 粒度的大小与分布（粒子直径越小越易爆炸） 可燃气体存在容易引发爆炸（如煤粉中的甲烷） 最小点火能量（通过实验测定） 水分含量（水分增加最小点火能量增加） 爆炸极限（参见表14） 粉尘的爆炸特征 粉尘的爆炸特征 null八、雾滴爆炸 可燃液体的雾滴在遇到适当的点火源可能会形成火灾或爆炸。 通常，当雾滴的直径小于0.01mm时，爆炸下限等于该物质气相时的爆炸下限。当雾滴直径达到0.6mm以上时，不能爆炸。 null九、爆炸温度与压力的计算 nullnullnullnullnull 十、爆炸压力－爆炸强度 A. 密闭容器中，压力上升速度是燃烧（爆炸）速度的衡量尺度。 nullB. 在不同气体体积分数的状况下，可通过试验测定爆炸压力和压力上升速度。 nullC. 点火位置与爆炸压力上升速度有关，靠近容器中心点火压力上升速度最大（主要考虑器壁吸热）。 D. 常见可燃气体的爆炸压力相差不大，约7-8atm。但其压力上升速度有很大差异。 null E. 三次方定律的提出 其中，Kg 、 Kst分别称作气体爆炸指数和粉尘爆炸指数。实验表明，最大爆炸压力通常不受容器容积的影响；而容积对爆炸强度有显著的影响null 爆炸指数的数值越大，表示最大压力上升速率越大，危害越大。 Kg , Kst与混合物组成、容器形状、点火能量大小、混合状况、初始压力有关。上述条件相同时，Kg , Kst为常数。 根据Kst值，粉尘爆炸分为四个等级。null F. 三次方定律的用途：用于估计特定空间内爆炸产生的后果。 思考题思考题均相燃烧和非均相燃烧 燃烧诱导期 氧指数 最小点火能量的影响因素 气体燃烧速度 爆炸极限的影响因素 爆炸极限的计算方法 爆炸温度与压力的计算方法 爆炸三次方定律及其用途nullTHE END Thanks