氢氧反应的三个着火极限解析-来自消防燃烧学的成果

以化学计量浓度混合的氢气和氧气发生燃烧反应的临界温度和临界压力的关系如图4-10所示。

图4-10 氢氧化学计量混合物的爆炸极限

由图4-10可以看出，在450℃以下氢氧混合气体由于反应速度太慢，任何压力下均不会发生爆炸；在600℃以上，则在各种压力下均会发生爆炸；在450～600℃范围内，则随着压力的不同存在爆炸区和非爆炸区，即氢氧反应有3个着火极限，这是热自燃理论解释不了的。现用链锁反应着火理论进行简单解释。

设第一、第二极限之间的爆炸区内有一点P，保持系统温度不变而降低压力，则P点向下垂直移动。此时因氢氧混气压力较低，自由基不易与反应物分子发生碰撞，很容易快速扩散与容器壁碰撞，自由基销毁主要发生在容器壁上。压力越低，自由基销毁速度越大。当压力下降到某一值后，自由基销毁速度W₃有可能大于增长速度W₂，即ϕ＜0，于是系统由爆炸转为不爆炸，爆炸区与非爆炸区之间就出现了第一极限。

如果保持系统温度不变而升高压力，则P点向上垂直移动。这时因氢氧混气压力较高，自由基在扩散过程中，很容易与大量稳定分子碰撞或自由基之间碰撞而结合成稳定分子，因此，自由基主要销毁在气相中。压力增加，自由基气相销毁速度增加，当压力增加到某一值后，自由基销毁速度W₃有可能大于增长速度W₂，即ϕ＜0，于是系统由爆炸转为不爆炸，爆炸区与非爆炸区之间就出现了第二极限。

压力再增大，氢氧混合气体又会发生新的链锁反应，即

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新的链锁反应导致自由基增长速度W₂增大，出现ϕ＞0的情况，于是系统由不爆炸转为爆炸，这就是爆炸的第三极限。

【思考与练习题】

1.自由基是如何产生的，其有何特点？

2.链锁反应可分为哪几个阶段？对消防工作有何启示？

3.链锁反应可如何分类，其有何区别？

4.链锁反应着火理论的基本观点是什么？