抑制爆炸的物理化学基础开关连接器

抑制爆炸的物理化学基础

抑制爆炸的物理化学基础 2011年12月09日 来源： 为了能完全阻止住设备内的燃烧反应，必须往可燃性混合物中加入特别的添加剂，使之成为不燃性混合物。利用各种不同的添加剂使燃烧缓和，这个方法早已为人们所熟知，并且也广泛地用于实践，以达到防火阻燃的目的。在这方面，最常用的惰性添加剂有二氧化碳、水和氮。惰性添加剂并不参与燃烧反应，而是在夺走了部分反应热后使燃烧缓和。由于部分反应热被添加剂所夺走，火焰的温度便急速降低，以致失去了传播蔓延的能力。如果可燃物的浓度高于混合物着火点的上限，那末多余的可燃物本身也能起到缓和燃烧的作用。另外一些用于富含量的爆炸危险混合物中的有机添加剂，也具有这种缓和作用。在这种情况下，有机添加剂的效果甚至要比惰性添加剂的效果更好。这不仅仅是因为有机添加剂的热容更高，而且还因为这种物质在高温下的反应具有吸热的性质。用可燃性有机添加剂作为燃烧反应的缓燃剂，已在开发易爆气体的加工工艺过程中被广泛采用，但在自动抑爆系统中还未获得应用，不过据知有些试验研究已展示了这种可能性。有人正在设法在新型的自动抑爆系统中使用一些更有效的物质，所谓的化学抑制剂就属于这种物质之列。这种化学活性添加剂的浓度只要达到百分之几，就可以使混合物成为不燃性的。氟里昂亦属化学抑制剂一类，它是甲烷和乙烷的氯氟衍生物和溴氟衍生物。在工业上，对氟里昂专门规定了反映其化学组成的符号。在代表符号的三位数中，第一个数字表示碳原子数目减1，第二个数字表示氢原子数目加工，而第三个数字则表示分子中的氟原子数目。如果分子中含有溴原子，则在三位数之后加字母B和溴原子数目。氯原子数目在代表符号中未予表示，它可根据其他元素的化合价来得出。代表符号中如遇零则不予表示。例如氟里昂12.，其化学式为CCl2F2，而氟里昂114B2的化学式则为C2Br2F4。诸如CCl4、CH2ClBr、CH3Br和某些其他物质，虽不属氟氯烷类，但也是一些化学抑制剂。这类甲烷和乙烷的卤素衍生物统统归并为所谓的卤代烷类。在这类抑制剂的代表符号中，第一个数字表示碳原子数目，第二个数字表示氟原子数目，第三个数字表示氯原子数目，第四个数字表示溴原子数目，第五个数字表示碘原子数目。氢原子数目等于第一个数字乘2加2再减其余各数之和。例如，卤代烷104的化学组成为CCl4，而卤代烷1001的化学组成为CH3B。究竟是加入降温缓燃剂好，还是加入化学抑制剂好，这可根据该可燃物和氧化剂的爆炸浓度极限与添加剂浓度的关系曲线做出评断。下图所举的例子，是添加剂氮、二氧化碳和氟里昂114B2"对丙烷燃烧极限的影响。曲线以内的部分相当于混合物易燃时的组成，而曲线以外的部分相当于不燃混合物的组成。这样，每根曲线都圈出了一个所谓的“燃烧扇面”。从下图可以看出，在没有加入添加剂（即添加剂的浓度等于零）时，丙烷的燃烧极限范围为2～9%；加入20%的氮时，燃烧极限范围便缩小到2～6．5%，而同样浓度的二氧化碳，使燃烧极限范围缩小得还要多，达到3～5．8%。这就是说，二氧化碳是比氮更有效的降温缓燃剂。相当于“燃烧扇面”尖端部分的混合物组成，代表了添加剂的峰值浓度。所谓峰值浓度，也就是使混合物在任何比例的可燃物和助燃物情况下均不燃的添加剂浓度。从图52看出，对于丙烷来说，氮的峰值浓度为43%，二氧化碳的峰值浓度为30%，而氟里昂的峰值浓度则为3%。图 丙烷空气混合物的燃烧极限与添加剂浓度的关系1—氮；2—二氧化碳；3—氟里昂114B2与降温缓燃剂不同，化学抑制剂的作用机理是，它能使燃烧时的链式反应过程停止进行。这是因为，抑制剂的分子或其分解产物可与燃烧反应的活性核心———原子化的氢和氧，以及中间基团剧烈作用，使之转化为稳定的化合物，从而使链式燃烧反应停止发展。卤素衍生物尤其能和多数链式燃烧反应中的原子化的氢剧烈作用，这就明显地说明了卤素衍生物为什么会如此普遍地用作燃烧的化学抑制剂。因此，在饱和烃的一系列衍生物中，只有那些大部分氢原子被卤素原子取代的衍生物对抑制燃烧才是最有效的。在Halo+O=Hal+O2（式中Hal为卤素原子）这种类型的反应中，加快原子态氧的复合速度，也可以对火焰起到抑制作用。根据离子理论，在燃烧过程中，包括着氧离子的形成阶段。在这个阶段，烃分子离子化时产生的电子为氧分子所俘获。因为卤素原子的有效截面积比氧原子的有效截面积更大，所以卤素原子要先于氧原子而俘获慢电子。有些卤素衍生物本身能被氧化，所以它对富含可燃物的混合物的燃烧反应能起抑制作用。但如果把它加到贫混合物中时，由于混合物热值增高的关系，它甚至能加剧燃烧反应，并使着火下限降低。近来，一些研究者对于粉灭火剂产生了更大的兴趣。以钠和钾的碳酸盐和碳酸氢盐以及磷酸、

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