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苯的爆炸威力有多強 苯爆炸極限范圍是多少

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苯的爆炸威力有多強 苯爆炸極限范圍是多少


摘要：鹽城化工廠苯的爆炸牽動各方人心，目前已造成了無可挽回的巨大損失 。本文從苯的物理性質(zhì)開始，介紹爆炸的成因及其壓力估算，嘗試給出苯爆炸威力的一個衡量 。從分析結(jié)果中，探討降低爆炸損失，甚至防止爆炸 。
關(guān)鍵詞：苯、爆炸、力學(xué)，科學(xué)，鹽城，響水天嘉宜，化工廠
1、引言3月21日，鹽城的一聲巨響揪動全國人民的心 。響水天嘉宜化工廠的大爆炸，已經(jīng)導(dǎo)致了多人死亡和失蹤，劇毒物質(zhì)對周邊環(huán)境也造成了不可彌補的影響 。
鹽城化工廠的爆炸
據(jù)新聞消息，發(fā)生爆炸的是廠內(nèi)的一個生產(chǎn)裝置，內(nèi)含劇毒物質(zhì)苯 。苯是一種六邊形的化合物，如下圖 。
苯的結(jié)構(gòu)
據(jù)說，自1825年麥可·法拉第發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)苯開始，人們對其結(jié)構(gòu)不是十分清楚 。后來，弗里德里希·凱庫勒在一次夢中夢到一條蛇頭要尾巴，于是收到啟發(fā)提出了六邊形的構(gòu)型 。
苯的環(huán)形結(jié)構(gòu)提出者——弗里德里希·凱庫勒
2、苯的性質(zhì)為了分析苯的爆炸威力，苯的一些物理性質(zhì)必須要了解 。通過查閱資料，苯的與爆炸有關(guān)的性質(zhì)如下：苯的沸點為80.1℃，熔點為5.5℃ 。其最低爆炸極限為1.2%（空氣體積百分比），最高爆炸極限為7.8%，閃點-11℃，最小點燃能量0.2mJ（4.7%），自然溫度560℃ 。
所謂最低、最高爆炸極限是指物質(zhì)在空氣中的百分比 。低于最低爆炸極限，說明物質(zhì)含量少空氣多，無法提供足夠的燃料 。高于最高爆炸極限，說明物質(zhì)含量多空氣少，無法提供足夠的氧氣 。閃點指的是揮發(fā)的氣體與氧氣接觸產(chǎn)生火花的最低溫度 。最小點燃能量是指點燃物質(zhì)需要的能量，這個值與空氣體積百分比有關(guān) 。
苯的燃燒化學(xué)式
苯與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳和水 。1mol的苯，其焓值降低約3260.4KJ，全部轉(zhuǎn)化為熱量放出到環(huán)境中 。
3、苯的爆炸3.1 1mol苯發(fā)生爆炸容器的體積
根據(jù)苯的爆炸極限，當(dāng)空氣體積百分比介于1.2%到7.8%之間時，就會發(fā)生爆炸 。這就說明爆炸發(fā)生的一個前提是苯處于一個密閉的容器中 。實際上，絕大多數(shù)爆炸都是處于密閉的容器中 。
因此，爆炸的威力除了苯燃燒放出的熱量，還與容器的結(jié)構(gòu)和材料有關(guān) 。容器足夠結(jié)實到可以承受爆炸的沖擊波，那么就不會有那么大的爆炸危害 。反之，容器碎片隨爆炸沖擊波四散發(fā)射，傷亡面積擴大 。
假設(shè)在一個球形容器內(nèi)，有1mol的苯發(fā)生了燃燒爆炸，放出了3260.4KJ的熱量 。熱量的增加提高了容器內(nèi)的溫度，同時高溫也汽化了苯、水等液體，從而大大提高了容器內(nèi)的壓強 。
我們以空氣體積分?jǐn)?shù)4%為例，苯有1mol，則總體積約0.56m^3，則球形容器半徑約為0.51m 。
3.2 1mol苯發(fā)生爆炸的壓強
實際的爆炸過程非常復(fù)雜，壓強的精確值不太好計算 。本文假設(shè)混合氣體為理想氣體，在容器沒有發(fā)生破裂之前，氣體作等容過程 。
等容過程
假設(shè)初始為室溫25℃，爆炸后容器內(nèi)幾乎還是空氣，其比熱容0.718kJ/(kg·K)，體積0.56m^3的空氣質(zhì)量約0.724kg 。爆炸放出的熱量，全部被吸收后，溫度變?yōu)?297℃ 。這是理想情況，實際熱量無法全部被吸收，也來不及被全部吸收 。以此來估算壓強顯然偏大了不少 。
根據(jù)壓縮氣體爆破能量模型，有如下計算式，由此可計算處爆炸壓強約1.6MPa 。承受這個數(shù)值的容器，壓力容器大概歸為中低壓容器 。苯在常溫下是液體，其容器屬于低壓容器 。所以當(dāng)發(fā)生爆炸的時候，產(chǎn)生的壓強容易超出了容器的承受極限 。
壓縮氣體爆破能量模型

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