混合气体的爆炸极限怎么计算

混合气体的爆炸极限及计算公式燃烧技术是当下处理VOCs的主流技术，其中包含催化燃烧、热力燃烧、蓄热催化燃烧、蓄热热力燃烧、浓缩催化燃烧等。

燃烧技术的基理是VOCs在高温下发生氧化反应，氧化反应的本质就是燃烧反应，是一种放热反应，VOCs在燃烧过程的放热量与VOCs的种类和浓度有关。

因而，从安全方面考虑，VOCs燃烧的安全使用浓度显得尤为重要。

了解VOCs燃烧过程的温升和可燃气体爆炸下限，有利于提高RTO、RCO设备技术的安全性能。

1、VOCs的爆炸下限是什么？可燃气体在空气中遇明火火种爆炸的最低浓度，称之为爆炸下限，亦称燃烧下限，英文名称Lower Explosion Limited，即%LEL。

空气中可燃气体浓度达到其爆炸下限值时，这个场所可燃气环境爆炸危险度就达到了百分之百，即100％LEL；如果可燃气体含量只达到其爆炸下限的百分之十，那这个场所此时的可燃气环境爆炸危险度为10％LEL。

下表是常见VOCs在标准状态下爆炸下限值。

为了确保VOCs处理设备的安全运行，VOCs废气的浓度必须控制在对应有机物爆炸极限的25%以下。

为什么要控制在25%LEL以下呢？首先，可燃气体的爆炸下限浓度与可燃气体的初始温度有关：以正己烷为例，下图是温度对于正己烷爆炸下限浓度的影响（姚洁等，工业安全与环保，2012，38（2）：48），可见当可燃气体初始温度提高，相应爆炸下限浓度下降。

当气体温度达到600K（327°C）时，爆炸下限浓度达到室温的75%，所以提高温度会导致爆炸下限浓度明显下降。

而且实际工况中大多数是混合VOCs，混合VOCs的爆炸下限浓度具有不确定性。

所以，实际操作中要控制在LEL浓度的25%内。

2、VOCs燃烧过程中的绝热温升什么是绝热温升？绝热温升指放热反应物完全转化时所放出的热量可以使物料升高的温度。

其表达式为：式中分子为反应热（J/mol）与物料摩尔浓度(mol/L)的乘积；分母为物料平均密度(kg/L)与物料平均比热容(J/kg*K)的乘积。

爆炸极限计算爆炸反应当量浓度、爆炸下限和上限、多种可燃气体混合物的爆炸极限计算方法如下：(1)爆炸反应当量浓度。

爆炸性混合物中的可燃物质和助燃物质的浓度比例，在恰好能发生完全的化合反应时，则爆炸所析出的热量最多，所产生的压力也最大。

实际的反应当量浓度稍高于计算的反应当量浓度，这是因为爆炸性混合物通常含有杂质。

可燃气体或蒸气分子式一般用CαHβOγ表示，设燃烧1mol气体所必需的氧摩尔数为n，则燃烧反应式可写成：CαHβOγ+nO2→生成气体按照标准空气中氧气浓度为20．9％，则可燃气体在空气中的化学当量浓度X(％)，可用下式表示：可燃气体在氧气中的化学当量浓度为Xo(％)，可用下式表示：也可根据完全燃烧所需的氧原子数2n的数值，从表1中直接查出可燃气体或蒸气在空气(或氧气)中的化学当量浓度。

其中。

可燃气体（蒸气）在空气中和氧气中的化学当量浓度(2)爆炸下限和爆炸上限。

各种可燃气体和燃性液体蒸气的爆炸极限，可用专门仪器测定出来，或用经验公式估算。

爆炸极限的估算值与实验值一般有些出入，其原因是在计算式中只考虑到混合物的组成，而无法考虑其他一系列因素的影．响，但仍不失去参考价值。

1)根据完全燃烧反应所需的氧原子数估算有机物的爆炸下限和上限，其经验公式如下。

爆炸下限公式：(体积)爆炸上限公式：(体积)式中L下——可燃性混合物爆炸下限；L上——可燃性混合物爆炸上限；n——1mol可燃气体完全燃烧所需的氧原子数。

某些有机物爆炸上限和下限估算值与实验值比较如表2：表2石蜡烃的化学计量浓度及其爆炸极限计算值与实验值的比较从表中所列数值可以看出，实验所得与计算的值有一定差别，但采用安全系数后，在实际生产工作中仍可供参考。

2)根据化学当量浓度计算爆炸极限和爆炸性混合气完全燃烧时的化学当量浓度，可以估算有机物的爆炸下限和上限。

计算公式如下：此计算公式用于链烷烃类，其计算值与实验值比较，误差不超过10％。

例如甲烷爆炸极限的实验值为5％～15％，与计算值非常接近。

爆炸极限的计算1 根据化学理论体积分数近似计算爆炸气体完全燃烧时，其化学理论体积分数可用来确定链烷烃类的爆炸下限，公式如下：L下≈0.55c0式中——常数；c0——爆炸气体完全燃烧时化学理论体积分数。

若空气中氧体积分数按%计，c0可用下式确定c0=（ n0）式中 n0——可燃气体完全燃烧时所需氧分子数。

如甲烷燃烧时，其反应式为CH4 2O2→CO2 2H2O此时n0=2则L下=×（ 2）=由此得甲烷爆炸下限计算值比实验值5%相差不超过10%。

2 对于两种或多种可燃气体或可燃蒸气混合物爆炸极限的计算目前，比较认可的计算方法有两种：莱?夏特尔定律对于两种或多种可燃蒸气混合物，如果已知每种可燃气的爆炸极限，那么根据莱?夏特尔定律，可以算出与空气相混合的气体的爆炸极限。

用Pn表示一种可燃气在混合物中的体积分数，则：LEL=（P1 P2 P3）/（P1/LEL1 P2/LEL2 P3/LEL3）（V%）混合可燃气爆炸上限：UEL=（P1 P2 P3）/（P1/UEL1 P2/UEL2 P3/UEL3）（V%）此定律一直被证明是有效的。

理?查特里公式理?查特里认为，复杂组成的可燃气体或蒸气混合的爆炸极限，可根据各组分已知的爆炸极限按下式求之。

该式适用于各组分间不反应、燃烧时无催化作用的可燃气体混合物。

Lm=100/（V1/L1 V2/L2 …… Vn/Ln）式中Lm——混合气体爆炸极限，%；L1、L2、L3——混合气体中各组分的爆炸极限，%；V1、V2、V3——各组分在混合气体中的体积分数，%。

例如：一天然气组成如下：甲烷80%（L下=%）、乙烷15%（L下=%）、丙烷4%（L下=%）、丁烷1%（L下=%）求爆炸下限。

Lm=100/（80/5 15/ 4/ 1/）=3 可燃粉尘许多工业可燃粉尘的爆炸下限在20-60g/m3之间，爆炸上限在2-6kg/m3之间。

碳氢化合物一类粉尘如能完全气化燃尽，则爆炸下限可由布尔格斯-维勒关系式计算：c×Q=k式中c——爆炸下限浓度；Q——该物质每靡尔的燃烧热或每克的燃烧热；k——常数第五节爆炸极限理论与计算一、爆炸极限理论可燃气体或蒸气与空气的混合物，并不是在任何组成下都可以燃烧或爆炸，而且燃烧(或爆炸)的速率也随组成而变。

为什么各种⽓体的爆炸极限不⼀样Lm=100÷{(V1\L1)+ (V2\L2)++(V1\L1)}式中Lm为混合⽓体的爆炸极限，％；L1为1组元的爆炸极限，％；V1为扣除空⽓组元后i组元的体积分数，％。

为什么各种⽓体的爆炸极限不⼀样，过⼩了不⾏，过⼤了也不⾏？如：H2是4%-75%CH4是5%-15%CO是12.5%-74%可燃物质(可燃⽓体、蒸⽓和粉尘)与空⽓(或氧⽓)必须在⼀定的浓度范围内均匀混合，形成预混⽓，遇着⽕源才会发⽣爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。

例如⼀氧化碳与空⽓混合的爆炸极限为12．5％～80％。

可燃性混合物能够发⽣爆炸的最低浓度和最⾼浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限，这两者有时亦称为着⽕下限和着⽕上限。

在低于爆炸下限和⾼于爆炸上限浓度时，既不爆炸，也不着⽕。

这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空⽓的冷却作⽤，阻⽌了⽕焰的蔓延；⽽后者则是空⽓不⾜，导致⽕焰不能蔓延的缘故。

当可燃物的浓度⼤致相当于反应当量浓度时，具有最⼤的爆炸威⼒(即根据完全燃烧反应⽅程式计算的浓度⽐例)。

可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越⾼时，其爆炸危险性越⼤。

这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多；爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件；爆炸上限越⾼则有少量空⽓渗⼊容器，就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。

应当指出，可燃性混合物的浓度⾼于爆炸上限时，虽然不会着⽕和爆炸，但当它从容器或管道⾥逸出，重新接触空⽓时却能燃烧，仍有发⽣着⽕的危险。

爆炸极限的单位⽓体或蒸⽓的爆炸极限的单位，是以在混合物中所占体积的百分⽐(％)来表⽰的，如氢与空⽓混合物的爆炸极限为4％～75％。

可燃粉尘的爆炸极限是以混合物中所占体积的质量⽐g ／m3来表⽰的，例如铝粉的爆炸极限为40g／m3。

爆炸极限计算爆炸反应当量浓度、爆炸下限和上限、多种可燃⽓体混合物的爆炸极限计算⽅法如下：(1)爆炸反应当量浓度。