燃烧反应简介

燃烧反应概念

燃烧反应通常发生在碳氢化合物与氧气反应产生二氧化碳和水。燃烧反应是混合物中的可燃成分急剧与氧反应形成火焰放出大量的热和强烈的光的过程。当燃烧反应达到化学平衡时，会产生多种主要和次要产物；例如燃烧碳时会产生一氧化碳和煤烟。此外，在大气中发生燃烧反应时，因为大气中含有78%的氮气的缘故，会产生各式各样的氮氧化物。

燃烧反应过程

完整的燃烧反应中，一物质和氧化剂（如氧气、氟气）反应，其生成物为燃料的各元素氧化反应后的产物。例如：

CH₄ 2O₂ → CO₂ 2H₂O 能量

CH₂S 6F₂ → CF₄ 2HF SF₆

2H₂ O₂ → 2H₂O(g) 能量

然而在真实情况下不可能达到完整的燃烧反应。

燃烧反应条件

燃烧的条件：

可燃物（还原剂）：凡能与氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质。

助燃物（氧化剂）：凡是与可燃物结合能导致和支持燃烧的物质。

点火源：凡能引起物质燃烧的点燃能源，统称为点火源。

燃烧反应产物

燃烧产物：由于燃烧而生成的气体、液体和固体物质。分为以下三种：

完全燃烧产物（Products of Complete Combustion）：不能再继续燃烧的产物。

不完全燃烧产物（Products of Incomplete Combustion）：能继续燃烧的产物。

分裂产物（Dissociation Products）：受燃烧高温作用，产物分子可逆地分解为其他分子原子（团、或离子）。

燃烧产物的毒害作用：

1、缺氧窒息作用；

2、毒性、刺激性及腐蚀作用；

3、高温气体的热损伤作用。

燃烧反应着火方式

着火： 可燃体系因某种原因引起自动升温,反应自动加速,最后出现火焰的过程。

着火条件：使可燃体系在一段时间后出现剧烈的反应过程、从而使其在某一瞬间达到高温反应态（燃烧态）的初始条件。

着火方式：

自燃：可燃物在没有外部火花、火焰等火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧。

（1）热自燃：可燃物因被预先均匀加热而产生的自燃，整体温度T升高， 达某一温度着火。

（2）化学自燃：可燃物在常温下因自身的化学反应所产生的热量造成的自燃。

引燃：可燃物局部受到火花、炽热体等高温热源的强烈加热而着火、燃烧，然后燃烧传播到整个可燃物中。简言之：火焰的局部引发及其相继的传播。

需要注意的几点：（1）系统达到着火条件并不意味着已经着火，而只是系统已具备了着火的条件。（2）着火这一现象是就系统的初态而言的，它的临界性质不能错误地解释为化学反应速度随温度的变化有突跃的性质。（3）着火条件不是一个简单的初温条件，而是化学动力学参数和流体力学参数的综合体现。

燃烧反应安全措施

1、防火方法：（1）控制可燃物质；（2）隔绝空气；（3）消除点火源；（4）设防火间距。

2、灭火方法：（1）隔离法；2）冷却法；（3）窒息法；（4）抑制法。

燃烧反应燃烧的相关概念

1、反应热：以热的形式向环境散发或从环境吸收的、生成物所含能量的总和与反应物所含能量总和之间的差值。

2、生成热：化学反应中由稳定单质反应生成某化合物时的反应热，称为该化合物的生成热，又称为生成焓。

3、燃烧热：可燃物和助燃物作用生成稳定产物时的化学反应热。

4、标准生成热（Standard Enthalpy of Formation）：在101325Pa和指定温度（一般为25℃，即298K下，由稳定单质反应生成1mol某物质的恒压反应热，称为该物质的标准生成热，亦称为标准生成焓。

5、标准燃烧热（Standard Heat of Combustion）：在101325Pa和指定温度（一般为25℃，即298K）下，1mol某物质被完全氧化时的恒压反应热，称为该物质的标准燃烧热。

6、热值：单位质量或单位体积的可燃物完全燃烧所放出的热量；用Q表示。

7、高热值：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以液态存在时的热值；用QH表示。

8、低热值：可燃物中的水和氢燃烧生成的水以气态存在时的热值；用QL表示。

9、热容：在没有相变化和化学变化的条件下，一定量物质，温度每升高1^oC所需要的热量。

10、比热容：在没有相变化和化学变化的条件下，单位质量的物质，温度升高1^oC所需要的能量。

11、恒压热容C_p：一定量气体，当压强保持不变，在没有化学反应和相变的条件下，温度改变1开尔文所吸收或放出的热量，叫做恒压热容。

12、恒容热容C_v： 一定量气体，当体积保持不变，在没有化学反应和相变的条件下，温度改变1开尔文所吸收或放出的热量，叫做恒容热容。

13、稳态导热：物体内的温度分布不随时间而变化的导热过程

14、非稳态导热： 物体内的温度分布随时间而变化的导热过程。

燃烧反应热自燃理论

1、热自燃理论的基本出发点：

体系能否着火取决于化学反应放热因素与体系向环境散热因素的相对大小。如果反应放热占优势，体系就会出现热量积累，温度升高，反应加速，出现自燃。反之，不能自燃。

2、热自燃理论的研究对象

研究对象：预混可燃气体

3、模型假设：

（1）设容器体积为V，表面积为S，其壁温与环境温度T₀ 相同。随着反应的进行，壁温升高，且与混气温度相同。

（2）容器中各点的温度、浓度相同，开始时混气温度T 与环境温度 T₀ 相同。

（3）容器中既无自然对流，也无强迫对流。

（4）对流换热系数为h，它不随温度变化。

（5）着火前反应物浓度变化很小，即CA=CA₀=常数

4、结论

（1）浓度极限：在压力或温度保持不变条件下，可燃物存在着火浓度下限和上限，如果体系中可燃物的浓度太大或太小，不管温度或压力多高，体系都不会着火。

（2）温度极限：在压力或浓度保持不变的条件下，体系温度低于某一临界值，体系不会着火；温度再低于一更小的临界值，不论浓度或压力多大，体系都不会着火。

（3）压力极限：在温度或浓度保持不变的条件下，体系压力低于某一临界值，体系不会着火；压力再低于一更小的临界值，不论浓度或温度多大，体系都不会着火。 2100433B

工业燃烧器俗称烧嘴，种类规格型式很多，有燃油、燃气（煤气）、燃煤（煤粉/水煤浆）几大类别。应用领域很广，在需要使燃料燃烧以加热物料或反应的工业场合都需要用燃烧器。

燃烧机又称一体化燃烧器，以燃油和燃气为主。一般应用在中小型燃料锅炉、燃料热风机、烘（烤）箱和小型燃料加热炉上。

工业燃烧器（烧嘴）增加配置后可实现燃烧机的功能，但燃烧机在很多工业场合不能满足燃料燃烧加热或反应的要求。二者的区别见词条“烧嘴”。

广义上来说，民用灶具、打火机、喷灯、发动机中的喷燃装置等都属于民用燃烧器和特种燃烧器的范畴。

burner ：火焰原子化器预混合型构造中的一个部件，又称燃烧头。它是火焰燃烧时混合气体和运输船状试样的喷口，多为单狭缝型，前者用于一氧化二氮-乙炔火焰，后者用于空气-乙炔火焰。一般采用不锈钢制作，也有用铝或黄铜制作的。有单缝（single-slot）与三缝（three-slot）型两种。原子荧光法采用麦克燃烧器（Meker burner），它是火炬形火焰。分水冷和气冷两种。使用后需经常以蒸馏水清洗，防止锈蚀和缝隙堵塞。

氧气助燃燃烧器

国际上先进的燃烧器生产厂商，纷纷开始研发并大规模推广富氧、全氧助燃的燃烧器。

传统燃烧器都是以空气作为助燃气体，但空气中氧气含量很低，只有21%，剩余的部分都是氮气、二氧化碳等不可燃气体，这些气体在燃烧过程中，不仅不会有助于发热，反而会大量的吸热，并把这些热量以烟气的方式带走，大大影响了燃烧发热效率。

而富氧和全氧燃烧器，可以使燃料得到充分的利用，排烟温度降低，大幅度提高燃烧效率。氧气助燃燃烧的火焰温度要比空气燃烧时高出很多，所以在炉体耐材的选择上，也同样有更高的要求。

工业燃烧器与锅炉燃烧器的区分

在美国，工业燃烧器和锅炉燃烧器是严格区分开的。两者绝对不能互换使用。但是在国内，很可惜，由于锅炉燃烧器价格低廉，工业燃烧系统价格高，导致经常有很多小厂商用锅炉燃烧器替代工业燃烧系统。

国内燃烧器行业缺乏统一的行业标准。

论文集燃烧化学

第一节燃烧现象燃烧之简单定义为带有热与光之氧化反应，通常反应速度在高速进行时其反应热大且有发光现象时称为燃烧。氧化反应中虽然产生热，但无发光时区分为缓慢燃烧。在常态下能被氧化之物可成为可燃物，但需要活化能大，氧化热小之物因不易维持燃烧所以称为难燃物，不过难燃物在适当条件下如在高温或氧气中时燃烧变为快速，此种条件下难燃物变成易燃物，可见所谓易燃，可燃或难燃指常态下之条件而言。燃烧常以瓦斯状进行，如液态之重油、固态之木材、煤炭等在燃烧之前需经过蒸发或受热分解产生可燃性多种瓦斯，与空气形成易燃性混合气，有火源时则起火燃烧。能使某物质起燃除了可燃物与氧气外尚需供应活化能始可。点火有多种方式，如加热、火焰、电气火花、磨擦热、反应热及压缩热等。起燃时因有活化能，可燃物之分子被活化后开始与氧气反应。值得注意者只用点火手续燃烧仍无法进行，因可燃物在局部被点燃时产生之燃烧热以热传导方式传热至周围之可燃物。受热之部分温度达到着火点时燃烧得以继续或燃烧扩大。但传热之热量被夺去或被冷却至原有热量以下时燃烧将会停止。如前所述，某物质在空气中或氧气中受激烈之氧化反应产生热与光之现象称为燃烧。起燃时需有可燃物、充分之空气及起燃所需之热源。此等三要素则称为燃烧三角(Firetriangle)。起燃后有热之产生并进行可燃物之热分解(Pyrolysis)，因能继续供应易燃性瓦斯。所以燃烧得以维持不断。维持燃烧尚需有自由基(Freeradicals)之存在，而构成燃烧四面体(Firetetrahedron)。可燃物中如火柴、火箭原料等本身含有氧来源之物在周围无空气之条件下仍可燃烧或爆炸。

一、燃烧反应如前所述燃烧属于可燃性物质与氧化合之氧化反应。以碳氢化合物为例，燃烧后各成为CO2及H2O。CH4 2O2→CO2 2H2OC3H8 5O2→3CO2 4H2O2C4H10 13O2→8CO2 10H2OCmHn (m 0.25n)O2→mCO2 0.5nH2O上列各式仅有最初及最后产物，其实中间有极为复杂之反应过程，通常燃烧反应被认为以连锁反应之形态进行。以氢气之燃烧为例其过程如下：2H2 O2→2H2O…………………..(1)上式极为简单，实际上有H2→2H，O2→2O，H2O→OH H等各分子互相碰撞而解离为原子状态并生成游离基(radical)。此物则为促进连锁反应之媒介物。氢气燃烧之第一阶段为H2分子解离为H原子(H2→2H)，再与稳定状态之O2结合为HO2，因此物极不稳定，易与未反应之H2分子反应而依次分解如下：H O2→HO2……………………….(2)HO2 H2→H2O2 H………………(3)HO2 H2→H2O OH…..…………(4)2H2O2→2H2O O2………………..(5)上式中之OH与未反应之氢反应产生H2O，同时游离出H以连锁反应之方式进行。OH H2→H2O H………………..(6)氢在完全燃烧后所余者有稳定之H2O、少量H2及O2，而无剩余之游离H及OH。H OH→H2O……………………(7)H H→H2………………………(8)依上述反应过程可知燃烧中所谓游离基(radical)逐渐减少时连锁反应随之终止。二、燃料能当作热源之物称为燃料，对人类而言其重要性属于文明生活之基本条件之一。人类使用燃料之历史由来已久，经长期之演变由古时唯一燃料之固体燃料木材开始，之后使用煤炭、再发现石油系液体燃料并发展至污染性较低之气体燃料甚至应用核能燃料。三、燃烧之形态可燃物之燃烧因固体、液体、气体之不同燃烧之形态则有差异。固体燃料被加热时，由热分解生成易燃性瓦斯而与空气形成混合气。液体燃料则需产生蒸气后与空气形成混合气、气体燃料直接与空气混合则可。

燃烧有多种方式，可分为下列燃烧形态：(1)扩散燃烧可燃性瓦斯分子与空气分子互相扩散混合起燃之现象。如氢气、甲烷、丙烷等可燃性瓦斯由喷嘴流出于空气中被点燃时则属之。(2)蒸发燃烧醇类、醚类等引火性液体由蒸发产生之蒸气引火产生火焰，起燃后自液体表面继续蒸发而维持燃烧之现象。(3)分解燃烧固体可燃物如木材、煤炭、纤维等在空气中被加热时先失去水分。再起热分解而产生可燃性瓦斯，起燃后由火焰维持其燃烧。(4)表面燃烧如木炭、焦炭等物由热分解之结果产生无定形炭化物，而在固体表面与空气接触之部分形成燃烧带(Zone)。燃烧常维持在表面。铝箔、镁箔等燃烧可归纳在此类。表面燃烧通常不带有明显之火焰，有时因不完全燃烧之故或有产生一氧化碳形成火焰之可能。(5)自身燃烧(Selfburning)火炸药在分子内含有氧而不需由空气中之氧维持其燃烧，此系之反应速度快，燃烧速度迅速以致有爆炸性燃烧发生。四、引火点与发火点(FlashpointandAutoignitionpoint)接近于可燃性液体或固体之表面置一小火焰，将可燃性物缓慢加热，此时自可燃性物产生之蒸气(瓦斯)由小火焰能引燃之最低温度称为引火点。亦可认为可燃性瓦斯之浓度达到燃烧下限时之温度。引火点之测定ASTM，NFPA，JIS等均采用Pensky-Mertens，Cleveland(引火点80℃以上)及Tagliabue(引火点80℃以下)。此等装置参考消防化学(II)。发火点指可燃物受热时不藉火焰或电器火花引火也能自燃之温度，如容器中置有可燃物用加热包(Heatingmantle)缓慢加热至被加热物由本身起燃所需最低温度。发火点与着火点属同意语，以化学立场称为发火，以机械观点则用着火。瓦斯在燃烧时如氢气或一氧化碳与氧气之化学反应属于最简单之反应例。多种化合物之燃烧过程极为复杂，为进行燃烧该物质产生之可燃瓦斯需达到燃烧下限及在一定温度下始可。一旦燃烧开始产生之热将周围之瓦斯及空气加热至能继续维持反应时才有火焰存在。液体及固体易与氧气反应者其发火温度则低，对固体燃料而言受热时不易产生易燃挥发性成分者只有表面燃烧、所以燃烧速度慢。表1为常见燃料之发火温度。

燃烧名称空气中之发火点氧气中之发火点氢气609℃588℃苯580℃566℃无烟炭500℃甲烷572560二硫化碳120107焦炭420~620乙烷632556正-戍烷290258沥青炭380~420乙烯472450甲苯552516木炭300丙烷49048592汽油430415丁烷510Cetan#60柴油247242乙炔490表1气、液、固体燃料之发火温度五、自然发火与混合发火(1)自然发火某种物质在空气中常温常压下由化学变化产生反应热经蓄热以致温度上升至发火点而自燃之现象。在空气中立刻发火或在水分、湿气存在下缓慢或激烈发火者称为准自然发火性物。(2)影响自然发火之各因素在空气中常温常压下且无火源而物质本身能自燃时应有必备之条件：1蓄热：自然发火之起因来自于氧化、分解、聚合、吸附、发酵等产生之热蓄积引起反应系内部温度之上升，因此蓄热则为重要因素之一。当反应系之热平衡呈现散热大于蓄热时则可避免自然发火。a.热传导度：气体、液体、固体中气体之热传导度最小，依次为液体及非金属固体、金属则最大。依此观点气体最容易燃烧，金属则较难。对物质之构造而言，粉状物、纤维状、多孔质者在结构内部产生之氧化热较难传导至表面，类似保温之效果所以内部温度容易上升。b.空气之影响：通风良好之处能自发热体之外部加以冷却，因为不易蓄热，所以自然发火之可能性较低。2热之产生速度：热之产生速度与蓄热相同对自然发火有重大关系。发热量与反应速度之乘积则为热之产生速度，设单位量之发热量为Q时反应热之产生速度为Q．Ae-E/RTA：频度系数cm/s；E：活化能cal/mol.；R：气体定数cal/mol.；T：绝对温度。K由上式可知发热量虽大，倘反应速度小时此物质之热产生速度则小。3发热量、表面积、温度、水分等因素：发热量大之物质较易自然发火。发热体属于易传热者因容易散热而不易蓄热。当溶剂类渗透在多孔质或纤维等表面积大之物体时因有充分之氧气供应，且周围有热传导不良之空气所包围，结果处于防止散热之状态。温度与反应速率有密切关系，温度愈高，反应愈快，危险性则增加。为缓和反应之进行采降温措施则可。水分过多不易自燃，但微量水分之存在则对自然发火有催化作用。

自然发火案例：自然发火可分为分解热、氧化热、吸附热、聚合热及发酵热。a.由分解热起燃之物此系有硝化棉，塞璐珞等物。以硝化棉为例，在空气中由水解及热分解生成热，由反应热之蓄积而起燃。起初硝化棉受微量水分引起水解产生硝酸，在此反应中H 及OH-有促进分解之功能。当硝化棉之NO2断裂为NO2→NO [O]时氧化继续进行以致起燃。b.由氧化热起燃之物油脂类可分为干性油、半干性油及非干性油。如棉花、破布、木屑等表面积极大之物体上附着干性油时因与空气之接触面大所以易受氧化而由氧化热之蓄积引起自燃。油脂类受氧化之难易可用碘价(Iodinevalue)表示，碘价指100g油脂能吸收之碘克数，油脂之碘价在100以下时称为非干性油；100~130者为半干性油；130以上则属干性油。日常生活中属于干性油而与自然发火有关者有桐油，亚麻仁油，菜子油等。干性油之反应过程可用下式表示：

动植物油在燃烧时烟少，燃烧速度慢，辐射热小，有很多特异点。c.由吸附热起燃之物活性碳于制造后粒子表面之活性大，在空气中吸附各种成分而发热，此时吸附之氧气继续促进氧化，由吸附热及氧化热形成蓄热条件，散热不良时温度则上升。d.由聚合热起燃之物工业界常用醋酸乙烯CH2=CH(OCOCH3)，丙烯晴CH2=CH－CN，液态氢化氰H－CN，苯乙烯C6H5－CH=CH2等单体合成多种聚合物。在合成过程中聚合热失控时会引起火灾或爆炸。

准自然发火性物在空气中发火点低或与空气接触时能自燃之物，因大部分与水接触时能发火，有时亦称为禁水性物。如锂Li，钠Na，钾K，钙Ca，镁Mg等金属外尚有40余种(参考消防化学II)

混合发火性物两种以上之物质经混合或接触后由化学反应发热而起燃之组合，依反应状态可分为：(1)混合后立刻燃烧或爆炸。(2)混合后立刻产生可燃性气体或毒气。(3)混合后经过一段时间才开始反应。需注意某些化合物单独存在时为非燃性或稳定性高之物，当混合后则成为混合发火性物。通常一方系氧化性物而另一方属于可燃性物。如第(3)项往往在无防备下发生。混合发火性物之组合众多。可参考NFPAHazardousMaterials49,491M，表2为其中之一小部分。其它与化学火灾有关物质之起火原因及氧化性物与还原性物之组合能起燃或爆炸之部分可参考表3及表4

表2混合后能发火或爆炸之组合物质名称避免混合之物质卤素(Cl、Br、I)氨气、氢气、红磷、碱金属、铜、锌、铝等金属强酸类及酸无水物氨气、不饱和油脂、可燃性有机物过氧化物(如Na2O2)铝或镁粉、碳化钙、乙醚、硫黄，可燃性有机物氯酸盐硫黄、金属粉、氨气、强酸过氯酸盐硝酸银、氯化锡漂白粉硝酸、乙炔

表3与化学火灾有关物质及起火原因由氧化而易起燃之物黄磷活性碳赛璐珞涂料渣聚丙烯纤维聚乙烯氯聚合体环氧树脂在空气中受氧化而发热由吸附热而发热,长时间在空气中分解而发热制造后尚有余热而氧化反应制造中之异常反应而起火制造中之异常反应而起火由湿气或加水时起燃之物金属钠金属粉硫化钠磷化铝磷化钙高浓度漂白粉碱土类金属过氧化物与水分接触时起火与水分接触时起火与水分接触时发热与水分接触时发热与水分接触时发热与水分接触或加其它药品时发热与水分接触或加其它药品时发热含油物质油渣(含干性油)油布(含干性油)含油活性白土由油脂之氧化热而起燃由油脂之氧化热而起燃由油脂之氧化热而起燃气体氧气乙炔泄漏或反复压缩时起燃曳漏或反复压缩时起燃具有氧化性之物质硫酸、硝酸过氧化氢硝酸钠、氯酸钠亚氯酸钠过氧化苯甲醯甲乙基酮过氧化物过氧化钠高锰酸钾溴酸钾叠氮化合物红磷加有机物或药品时起燃加有机物或药品时起燃加有机物或药品时起燃由高温或重击时起燃重击下易爆炸加金属类强碱，氧化物时易爆炸与药品接触或加水时起燃加有机物或药品时起燃加有机物或药品时起燃由余热而起燃由摩擦，重击而起燃

表4由氧化性物与还原性物之组合能起燃或爆炸之组合氧化性物还原性物备注氯酸盐、过氯酸盐高锰酸盐、硝酸盐重铬酸盐及过氧化物硫黄、木碳、金属类、磷、硫化锑、有机物由摩擦、重击、加热时易发生危险过氧化氢(高浓度)水溶液金属类、粉尘、金属氧化物、有机物急速加入时放出大量氧气浓硝酸磷化氢、硫化氢、或其它有机物苦味酸有机物无水铬酸苯胺、辛那、丙酮、无水醋酸、乙醇、黄油起火或爆炸液态空气氢气、甲烷、乙炔、钠金属、金属类爆炸液态氧氢气、甲烷、乙炔、钠金属、金属类爆炸氯气黄磷、乙炔、氨气起燃溴金属类起燃六、理论空气量维持继续燃烧需不断地供应空气，但空气量过多时燃烧瓦斯之温度降低热效率则变低，当空气量过少则成为不完全燃烧。为保持完全燃烧所需最少空气量称为理论空气量。(1)燃料之理论空气量对碳为主之燃料而言，燃烧时有下列反应C O2→CO2当12g碳与22.4L氧反应时生成22.4L二氧化碳，易燃物在空气中燃烧时倘需计算理论空气量时依下列方法则可。空气中氧与氮之比例为21:79，为燃烧lkg纯碳时

依上式为燃烧1kg纯炭时则需8.9m3空气。再以甲烷及丙烷在燃烧时所需空气以下式而得。

七、燃烧界限可燃性蒸气或瓦斯在空气中(氧气中)其浓度在该物质特有之范围内存在时始能起燃。浓度过低时因易燃性瓦斯之不足而无法燃烧，能点燃易燃性瓦斯所需最低浓度称为燃烧下限(Lowerlimit)，但超出某一浓度时因氧气之不足无法起燃，能被点燃之最高浓度称为燃烧上限(UpperLimit)，燃烧下限与燃烧上限之间只要供应适当能量时则可起燃(或爆炸)，上下限之间称为燃烧(或爆炸)范围(F1ammab1eLimitorExplosionLimit)。燃烧上下限依各危险物品而异。以氢气为例其燃烧下限为4%上限为75%。其它化合物之上下限则示于表5

氢气之爆炸界限注：燃烧范围燃烧界限通常对可燃性瓦斯或蒸气之混合瓦斯之容量(%)表示，燃烧下限浓度L(Vol.%)与燃烧热Q(Kcal/mol)之间有下式之关系L．Q=Const．(Burgess-Wheeler式)L与Q有反比之关系，碳氢化合物时其平均值为L．Q=ll,000(Kcal/mol)八、混合瓦斯之燃烧界限计算例二种以上之可燃性瓦斯或蒸气混合物之燃烧界限可用路．谢多列法则计算而得。依此法则可燃性瓦斯或蒸气之种类为a、b、c…，单独存在时之瓦斯燃烧界限各为La、Lb、Lc(%)时混合瓦斯之燃烧界限Ln(%)为Ln(%)=100…………………(1)(Pa/La) (Pb/Lb) (Pc/Lc)

Pa、Pb、Pc=a、b、c..........混合瓦斯之容量(%)Pa Pb Pc‧‧‧=100

设有H230%，CO15%，CH455%之混合物以计算燃烧界限时H2、CO、CH4之燃烧上限各为75%，74%及15%，下限各为4.0%，12.5%及5%，所以上限=100=23.4(%)…………………(2)(30/75) (15/74) (55/15)

下限=100=5.2(%)…………………(3)(30/4.0) (15/12.5) (55/5.3)

当可燃性混合瓦斯加入非燃性瓦斯如CO2时可依下列方式计算燃烧范围。

可燃性混合气体当加入不活性气体如CO2时燃烧范围可自(1)式计算例：设有H230%，N230%，CO230%，CO10%之混合气其燃烧范围1/N230%及H215%之混合气为aCO230%及H215%之混合气为bCO10%之气体为c此时a及b得a：上限75%，下限13%，b：上限67%下限13%。因CO之上限为74%。下限12.5%，混合瓦斯之燃烧界限为上限=100=71(%)(45/75) (45/67) (10/74)

下限=100=13(%)(45/13) (45/13) (10/12.5)

通常可燃性瓦斯在一定浓度下压力上升时燃烧范围变宽，理由为温度上升反应速度变大，产生热则大；一方面散热速度小，下限变低，上限升高．燃烧范围变宽。可燃性瓦斯加入N2、H2O(水蒸气)、CO2等非燃性瓦斯时原有燃烧范围变狭，再提高比例时，成为加入比热大之不活性瓦斯愈能显示混合气之燃烧范围变狭之效果。表5易燃物品之燃烧上下限注：*部分系政府有关部门所特别强调其危险性之化合物中文名称英文名称化学式下限LELVol.上限UELVol.比重水=1T.H.V.分子量二乙氧基乙烷AcetalCH3CH(OC2H5)21.610.40.8118.17乙醛acetaldehydeCH3CHO4.0600.8200PPM44.05*丙酮AcetoneCH3COCH32.612.80.81000PPM56.08乙炔acetyleneCH≡CH2.5310.61826.02*丙烯醛AcroleinCH2chchO2.8310.840.1PPM56.06丙烯睛AcrylonitrileCH2=CHCN3.0170.8020PPM53.06丙烯醇AllylalcoholCH2=CHCH2OH2.5180.852PPM58.083-丙烯胺AllylamineCH2=CHCH2NH22.2220.857.093-溴丙烯AllylbromideCH2=CHCH2Br4.47.30.4120.99*3-氯丙烯AllylchlorideCH2=CHCH2Cl2.911.10.91PPM76.53氨AmmoniaNH316250.7750PPM17.03戌醇AmylalcoholCH3(CH2)3CH2OH1.210.00.8100PPM38.15戌胺AmylamineC5H13N2.2220.887.16氯戌烷AmylchlorideCH3(CH2)3CH2Cl1.68.60.9106.6*苯BenzeneC6H61.37.10.910PPM78.11氯甲苯BenzylChlorideC6H5CH2Cl1.1126.59二环己烷Bicylohexyl(CH2(CH2)4CH)20.75.10.9166.10苯基苯Biphenyl(Diphenyl)(Phenylbenzene)C6H5C6H50.65.31.2154.20*丁二烯ButadieneCH2=CHCH=CH21000PPM54.09丁烷butaneCH3CH2CH2CH31.98.50.6(液态)58.12乙酸丁酯(醋酸丁酯)ButylacetateCH3COOC4H91.77.60.9150PPM116.16丁醇Butylalcohol(1-Butanol)(Propylcarbinol)(Propylmethanol)CH3(CH2)2CH2OH1.411.20.874.12丁胺Butylamine(1-AminoButane)C4H9NH21.79.30.3150PPM73.14丁基苯ButylbenzeneC6H5C4H90.85.80.9134.21氧化丁烯Butyleneoxide(CH3)2COCH21.518.30.8372.02丁醛Butyraldehyde(Bytaldehyde)CH3(CH2)2CHO2.512.50.872.10二硫化碳CarbondisulphideCS21.350.01.320PPM76.14一氧化碳CarbonmonoxideCO12.57450PPM28.01CarbonOxysulfide(CarbonylSulfide)COS12292.160.0氯苯Chlorobenzene(Chlorobenzol)(Monochlorobenzene)(Phenylchloride)C6H5Cl1.37.11.175PPM112.562－氯丁二烯2-Chloro-1,3Butadiene(Chloobutadiene)(Chloroprene)CH2=CCl－CH=CH24.020.01.088.49氯ChlorineCl21PPM70.922－氯丙烯2-Chloropropylene(2-Chloropropene)CH3CCl=CH24.5160.9376.45三氟氯乙烯Chlorotrifluoro-ethyleneFCCL=CF28.438.7116.40环己烷Cyclohexane(Hexahydrobenzene)(Hexamethylene)C6H121.380.8300PPM84.16环己醇Cyclohexanol(Hexalin)(Hydralin)C6H11OH1.050PPM100.16环己酮Cyclohexanone(PimelicKetone)C6H10O1.18.10.950PPM98.15环丙烷Cyclopropane(Trimethylene)(CH2)32.410.40.7242.08

邻二氯苯0-Dichlorbenzene(0-Dichlorobenzol)C6H4Cl22.29.21.350PPM147.011.2二氯乙烷1,2-DichloroethaneCH3CHCl250PPM98.921.2二氯乙烯1,2-DichloroethyleneClCH=CHCl9.712.81.3200PPM96.92二乙胺Diethylanine(C2H5)2NH1.810.10.725PPM73.14二氟氯乙烷Difluoro-ChlororethaneCF2ClCH36.217.91.12100.47二甲胺Dimethylamine(CH3)2NH2.814.40.6810PPM45.08*二甲基甲醯胺DinethylFormamideD.M.PHCON(CH3)22.215.20.910PPM73.09偏二甲胼1,1-Dimethyl-hydrazine(CH3)2NNH22950.81mg/m360.10二甲基硫DimethylSulfide(CH3)2S2.219.70.866.15二甲亚硫DimethylSulfoxide(CH3)2SO2.628.51.193.1二聚戊烯DipenteneC10H160.76.10.9136.23环氧-(1,2)-氨-(3)-丙烷EpichlorohydrinCH2CHOCH2Cl3.821.01.25PPM92.53乙烷EthaneC2H63.012.50.4530.07*乙醇胺EthanolamineNH2CH2CH2OH1.013PPM61.08*乙酸乙酯EthylacetateCH3COOC2H52.211.00.9400PPM38.10*丙烯酸乙酯EthylAcrylateCH2=CHCOOC2H51.30.925PPM100.11乙醇EthylAlcohol(Ethanol)C2H5OH3.3190.81000PPM46.07乙胺EthylamineC2H5NH23.514.00.845.08乙苯EthylbenzeneC2H5C6H51.06.70.9100PPM106.16溴乙烷EthylBromideC2H5Br6.711.31.4200PPM108.98乙基氯EthylChlorideC2H5Cl3.815.40.91000PPM64.52环乙基戊烷EthylcyclopentaneC2H5C5H91.16.70.898.07乙烯EthyleneH2C=CH22.736.00.5728.05二氯乙烷Ethylene-DichlorideEthuleneGlycolMonoacetateEthyleneGlycolMonoethylEtherCH2ClCH2Cl

CH2OHCH2OOCCH3

HOCH2CH2OC2H56.2

1.816

14.01.3

1.1

0.9

200PPM98.96

104.10

90.12*己烷HexaneCH3(CH2)4CH31.17.50.7500PPM86.17甲丁酮3-HexanoneC2H5COC3H71.180.82100.16*醯胼HydrazineH2NNH22.9981.01PPM32.05

氢气HydrogenH24.0752.016氰化氢HydrogenCyanideHCN5.640.00.710PPM27.03硫化氢HydrogenSulfideH2S4.044.01.18520PPM34.08羟胺HydroxylamineNH2OH1.233.03*乙酸异戌醇IsoamylAcetateCH3COOCH2CH2CH(CH3)21.07.50.9100PPM130.19*异戌醇异丁烷IsoamylAlcoholIsobutane(CH3)2CHCH2OH(CH3)3CH1.21.89.08.40.8100PPM88.1558.04*乙酸异丁醇IsobutylAcetateCH3COOCH2CH(CH3)22.410.40.9150PPM116.16*异丁醇异丁苯IsobutylAlcoholIsobutylbenzene(CH3)2CHCH2OH(CH3)2CHCH2C6H51.20.8210.96.00.80.910PPM72.14134.21异丁基氨异丁基甲酸IsobutylChlorideIsobutylFormate(CH3)2CHCH2ClHCOOCH2CH(CH3)22.01.78.880.90.8892.53102.13*乙二酸甲醚环氧乙烯EthyleneGlycol

EthyleneOxideCH3OCH2CH2OHCH2OCH22.53.614.01001.00.925PPM50PPM76.0944.05乙醚乙基甲酸EthylEtherEthylFormateC2H5OC2H5HCO2C2H51.92.836.016.00.70.9400PPM100PPM74.1274.08乙硫醇EthylMercaptanC2H5SH2.818.00.80.5PPM62.03硝酸乙酯EthylNitrateCH3CH2ONO24.01.191.07亚硝酸乙酯EthylNitriteC2H5ONO3.0500.975.07丙酸乙酯EthylPropionateC2H5COOC2H51.9110.9102.13乙丙基醚EthylPropylEtherC2H5OC3H71.79.00.883.05*甲醛FormaldehydeHCHO7.0730.8155PPM30.03燃料油(煤油)Fueloilno.10.751-汽油GasolineC5H12到C9H201.36.00.3500PPM-庚烷HeptaneCH3(CH2)CH31.056.70.7500PPM100.20异丁醛异庚烷异己烷IsobutyraldehudeIsoheptaneIsohexane(CH3)2CHCHO(CH3)2CHC4H9(CH3)2CHC3H71.61.01.010.66.07.00.80.70.772.10异戌烷Isopentane(CH3)2CHCH2CH31.47.50.672.30*乙酸异丙酯IsopropylAcetate(CH3)2CHOOCCH35.880.9250PPM102.13*异丙醇IsopropylAlcohol(CH3)2CHOH2.0120.8400PPM60.09异氯丙烷IsopropylChloride(CH3)2CHCl2.810.70.578.54异丙醚IsopropylEther(CH3)2CHOCH(CH3)21.47.90.7102.17喷射燃料JetFuelJP-41.38.0-甲烷MethaneCH45.015.016.04*甲醇(木精)Methanol(MethylAlcohol)CH3OH6.7360.8200PPM32.04*乙酸甲酯MethylAcetateCH3COOCH33.1160.9200PPM116.12丙烯酸甲酯MethylAcrylateCH2=CHCOOCH32.8251.010PPM86.09甲胺MethylamineCH3NH24.920.731.06溴甲烷MethylBromide2-Methyl-2-Butane3-Methyl-1-ButeneCH3Br(CH3)2CHCH2CH3

(CH3)2CHCH3CH31.2

1.59.0

9.10.8

0.694.95*甲丁酮MethylButylKetoneClI3COC4H91.280.8100PPM100.16氯甲烷MethylChlorideCH3Cl10.717.40.9250.49二氯甲烷MethyleneChlorideCH2CL215.5661.3500PPM84.9二甲醚MethylEther(CH3)2O3.4270.6619PPM46.07苯乙烯StyreneC6H5．CH：CH21.28.9100PPM104.14四氯乙烯四氢化呋喃TetrachloroethyleneTetrahydrofuran(DiethyleneOxide)C2Cl4C4H8O211.80.9100PPM200PPM165.8572.10四氢化呋喃甲醇TetrahydrofurfurylAlcoholC4H7OCH2OH1.59.71.1102.13四氢荼TerahydronaphthaleneC6H2(CH3)2C2H40.85.01.0132.20甲苯TolueneC6H5CH31.17.10.9100PPM92.13

2,4二异氰酸Toluene-2,4-DiisocyanateCH3C6H3(NCO)20.99.51.20.02PPM174.15三氯乙烯TrichloroethyleneClHC：CCl212.5901.5100PPM131.40三乙胺三乙烯醇三氟氯乙烯TriethylamineTriethyleneGlycolTrifluorochloroethylene(C2H5)3NHOCH2(CH2OCH2)2CH2OHCF2：CFCl1.20.9

24.08.09.2

40.30.71.1

1.3125PPM

101.19150.17

116.47醋酸乙烯VinylAcetateCH2：CHOOCCH32.613.40.936.09醋酸乙炔VinylAcetyleneCH2：CHC：CH211000.6952.04甲乙醚MethylEthylEtherCH3OC2H52.010.10.761.07*丁酮MethylEthylKetoneC2H5COCH31.8100.8200PPM72.12甲酸甲酯MethylformateCH3OOCH5.0231.0100PPM50.05甲胼MethylhydrazineCH3HNNH24.00.90.2PPM46.07*甲基异丁酮MethylIsobutylKetoneCH3COCH2CH(CH3)21.47.50.8100PPM100.16乳酸甲酯MethyLactateCH3CHOHCOOCH32.21.1104.10甲硫醇MethylMercaptanCH3SH3.921.80.90.5PPM48.102-甲基丙烷2-MethylpropaneMethylpropionateCH3CH2COOCH31.02.09.61.30.988.10戌酮MethylpropylKetoneCH3COC3H71.58.20.8200PPM86.13*石脑油Napahtha0.96.0200PPM-*硝基苯NitrobenzeneC6H5NO21.24.3123.11戌烷PentaneCH3(CH2)3CH31.57.80.61000PPM72.15戌醇3-PentanolCH3CH2CH(OH)CH2CH31.29.00.898.15顺戌烯1-Pentene-cisCH3(CH2)2CH：CH21.58.70.770.13石油醚PetroleumEther-1.15.30.6-丙醛Propanal(Propionaldehyde)CH3CH2CHO2.917.00.858.08丙烷PropaneCH3CH2CH32.29.50.581000PPM44.09*乙酸丙酯PropylAcetateC3H7OOCCH32.080.9102.13丙醇PopylAlcoholCH3CH2CH2OH2.113.50.8200PPM60.09丙胺PropylamineCH3(CH2)2NH22.010.40.759.11丙苯PropylbenzeneC3H7C6H50.86.40.9120.19氯丙烷丙烯1,2二氯丙烷PropylChloridePropylenePropyleneDichlorideC3H7ClCH2CHCH3CH3CHClCH2Cl2.62.03.411.111.114.50.90.511.278.4842.08113.931,2丙二醇PropyleneGlycolCH3CHOHCH2OH2.612.51.076.091,2环氧丙烷PropyleneOxideOCH2CHCH32.837.00.9100PPM58.08丙炔Propyne(Allylene)CH3C：CH1.740.03氯化乙烯VinylChlorideCH3CHCl3.6330.9500PPM62.50*丙烯睛及其它丙烯睛类化合物VinylCyanide(Acrylonitrite)VinylEthylAlcloholVinylEthylEtherVinylideneChlorideVinylideneFluorideCH2：CHCNCH2：CH(CH2)2OHCH2：CHOC2H5CH2：CCl2CH2：CF23.0

4.7

1.77.35.5

17

34

281621.3

0.8

0.84

0.81.3

20PPM

25PPM

53.06

72.02

72.0496.9564.02

*二甲苯XyleneC6H4(CH3)21.17.00.9100PPM106.16

九、蒸气密度与引火性之难易自然界中大多数之蒸气密度大于空气。于是易沉降蓄积在低洼处。蒸气较空气轻者穿透空气向上漂浮，相反者往下沉。以低分子之碳氢化合物为例，天然气以甲烷(CH4)为主成分，漏泄时在天花板附近之浓度最高，接近于地上之浓度最低，其中间带成为爆炸范围。再以液化石油气(C3H8及C4H10)为例，漏泄时其蒸气密度比空气重，所以其蒸气往下沉，倘有排水沟而能流出场外。此时上面之蒸气密度稀薄而下面浓度高，中间带则成为燃烧范围。事前能预知易燃性瓦斯究竟比空气重或轻则可利用为防灾及爆炸后之鉴析参考。化合物以蒸气或瓦斯状态存在时其相关密度可自产生蒸气之化合物之分子量与相关空气之分子量(约为29)依下式求出：瓦斯之蒸气密度=瓦斯之分子量空气之分子量以CH4为例，CH4之V.D.(VaporDensity)=16/29=0.55(注：C=12，H=1.0)再以C3H8为例，C3H8之V.D.=44/29=1.52由此案例。天然气漏泄时其V.D.为0.55所以往上漂，液化石油气系丙烷、丁烷等之混合物。丙烷本身之V.D.为1.52因此往下沉。爆炸案件发生时倘有此种基本常识或对爆炸之前因后果之判断有所帮助。至于能挥发之易燃液体可产生多少量之蒸气则参考消防化学(II)。

十、热化学方程式化学方程式中除了表示反应产物外尚有反应热者称为热化学方程式，而发热以 ，吸热以－表示。H2(gas) 1/2O2(gas)→H2O(gas) 57.6Kca1H2(gas) 1/2O2(gas)→H20(1iq) 68.4Kca1在上式中68.4－57.6=10.8KCal属1mol水之蒸发潜热。含氢燃料于燃烧后产生水蒸气，所以发热量有二，通常采水蒸气变为水时之较大数值(高发热量)为多。例：1g原子之碳与1mol氧生成1molCO2时C O2→CO2 97.0Kcal在高温下部分CO2会转为CO，此时则属吸热反应C O2→2CO－38.2Kca1实用上与反应有关之物质，气体时用m3，固体时用kg表示。H2 1/2O2→H2O(液体) 3050Kca1/m3H2C O2→CO2 8080Kca1/kg上式各表示1m3氢燃烧时得3050Kcal之热及1kg碳燃烧时得8080Kcal之意。

第二节物质之化学反应一、反应热(Heatofreaction)反应热指发生化学反应时产生或吸收之热量而言，化学反应约可分为数项:A B→AB………………化合AB→A B………………分解AB C→AC B…………置换AB CD→AC BE………复分解A×n→An…………………聚合设物质A，B………各有n1，n2…………莫耳反应时n1A n2B ……n1'C n2'D … Q(cal)Q为反应热，以纯碳为例在空气中燃烧时C(s) O2(g)→CO2(g) 94,400cal上式表示纯碳12克与1莫耳氧反应产生1莫耳二氧化碳22.4公升及94,400cal热量。二、生成热(Heatofformation)某物质由构成元素直接产生时其反应热则为生成热。化学反应之反应热系生成物质之生成热之和减去反应物质生成热之和，以CO为例：CO(g) H2O(g)→CO2(g) H2(g)此时之生成热为QCO2=94,380，QCO=26,700，QH2O=57,900所以反应热为94,380－57,900－26,700=9,780cal生成热也能自燃烧热计算，生成物之生成热之和减去化合物之燃烧热则可。以乙醛为例：CH3CHO O2→2CO2(g) 2H2O(l)因为生成热为：CO2=94.38Kcal，H2O=68.38Kcal而CH3CHO之燃烧为279.0Kcal。∴2×(94.38) 2×(68.38)－279.0=46.52Kcal/mol对乙炔而言C2H2 5×1/2O2→2CO2 H2O∴2×(94.38) 68.38－312=-54.86Kcal/mol碳氢化合物之生成热来自C及H之生成热加H2O之生成热再减去碳氢化合物之燃烧热：QF=94.38×(n) 68.38(m/2)－QC注：碳氢化合物(CnHm)，QC：碳氢化合物之燃烧热(cal/mole)三、燃烧热物质由氧气完全燃烧时产生之热，通常以1莫耳之热量表示。燃烧热有定容燃烧热与定压燃烧热之分，使用热量计(calorimeter)测定时属于定容燃烧热Qv，至于Qp由下式而得：Qp=Qv－nrt物质之生成热可自燃烧热计算，有机物中难以直接计算生成热者用燃烧热计算。以苯为例其生成热为：C6H6(l) 15/2O2=6CO2 3H2O(l) 782,700C6H6(l)=C6H6(g)－7,5006C(石墨) 3H2(g)=C6H6(g) QpQp=6×(94,300) 3×(68,300)－(782,700 7,500)=-19,500实用上1公斤物质之燃烧热称为发热量而以Kcal/kg表示。

表6物质之生成热(kcal/mol)(3,7,11)名称生成热名称生成热名称生成热CH417.7C8H105.9HCl(dil)39.46C2H620.2C7H8-2.9HNO3(dil)49.80C3H824.8C6H6-11.8HO2(l)63.38C4H1029.7C2H4-12.5SO2(g)69.30C5H1234.9C2H2-54.7CO2(g)94.38C6H1237.2H2SO4(dil)207.5

表7物质之燃侥热(kcal/mol)(2,12)名称燃烧热名称燃烧热名称燃烧热CO68.1CH4212.8C3H8530.5H268.3CS2265.6C4H10687.9S69.3C2N2271.4C6H6789.0NH375.7PH3277.5C6H5CH3943C(石墨)94.0C2H2312.4C6H141,003H2S132.9C2H5OH336.7C6H4(CF3)21,088CH3OH182.5C2H4337.2C10H81,220CH3COOH202.0C2H6372.8C14H101,685

瓦斯之燃烧热应在一定温度及一定压力下在干燥状态以Kcal/m3表示，欲换算在前后不同温度、压力、湿度之燃烧瓦斯之燃烧热时将旧条件下之燃烧热除以新条件下之容积则可：H1/H2=V1/V2Hi：旧瓦斯之燃烧热，Vi：新条件下之瓦斯容积四、连锁反应(Chainreaction)燃烧则属于连锁反应之一，多种化学反应并非单一种反应而是连续性之化学反应，在连续反应过程中反应生成物不断地产生而成为下一反应之反应物，因此一旦反应开始则成一连串之连锁反应。氯气与氢气之反应为例H2 Cl2→2HCl属于连锁反应，此反应在黑暗中无法进行，但在日光下易起反应，Cl原子与H2分子反应生成HCl，同时产生活化氢原子并与氯分子反应产生HCl及Cl原子。火灾时有复杂且有连续性之化学反应，因反应物之种类多，在极为复杂之反应过程中速度有快慢之别。连锁反应(Chainreaction)为续发反应之一种，反应生成物依次成为下一段反应并无限继续。如H2与Cl2反应时依下列方式进行：H2 Cl2→2HClCl2→2ClCl H2→HCl HH Cl2→HCl Cl只要有足够反应物之存在反应则可继续进行。在上列反应中活化状态之H与Cl以连锁反应之煤介方式存在面称为Carrier(担体)。此反应在黑暗中殆不起作用，惟最初之担体可由照光产生。Cl原子与H2分子反应产生HCl，同时生成活化H与Cl2分子反应成为HCl与Cl原子，HCl与Cl虽然被活化，但有不活性分子如HCl或H与Cl互相碰撞时则失去活性，当担体减少时等于反应之结束。连锁反应中产生不只一个连锁担体，生成二个担体时反应速度增加，生成更多则接近爆炸现象。此现象称为chainbranching(连锁分支)。对氢氧混合瓦斯而言Freeradical(自由基)为OH及游离原子之O、H。此反应可藉点火步骤可产生最初之OHOH H2→H2O HH O2→OH OO H2→OH H上式中第一段为连锁反应之开始，第二及第三段属于分支反应，被消耗一个担体时如上式所示比原来多出一个担体，所以反应仍可急速进行。2100433B