安全生产相关常见气体的物理性质

安全生产相关常见气体的物理性质

一.空气

 

正常的空气成分:按体积分数计算是:氮(N2)占78.08%,氧(O2)占20.95%,氩(Ar)占0.93%,二氧化碳(C02)占0.03%,还有微量的惰性气体,如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等。臭氧(O3)、氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2) 。简单讲就是:氮气78%,氧气21%,稀有气体0.94%,CO2 0.03%,排放到空气中的气体污染物较多的是二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳。

空气的密度:是指在一个标准大气压下,每立方米空气所具有的质量(千克),它的大小与气温、海拔等因素有关,海拔越高密度越低,我们一般采用的空气密度是指在0摄氏度、绝对标准指标下,密度为1.293kg/m3 ,通常情况下,即20摄氏度时,取1.205kg/m3。

空气密度表

绝对压力 空气温度 空气密度 绝对压力 空气温度 空气密度
Mpa 摄氏度 Kg/m3 Mpa 摄氏度 Kg/m3
0.1 25 1.1691 1.4 25 16.367
0.2 25 2.3381 1.5 25 17.537
0.3 25 3.5073 1.6 25 18.706
0.4 25 4.6764 1.7 25 19.875
0.5 25 5.8455 1.8 25 21.044
0.6 25 7.0146 1.9 25 22.213
0.7 25 8.1837 2.0 25 23.382
0.8 25 9.3528 2.1 25 24.551
0.9 25 10.522 2.2 25 25.720
1.0 25 11.691 2.3 25 26.889
1.1 25 12.860 2.4 25 28.058
1.2 25 14.029 2.5 25 29.228
1.3 25 15.198

 

二.氮气

 

(一)物理性质:氮气是空气的主要成份,在常况下是一种无色无味无臭的气体,且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%(体积分数),在标准情况下的气体密度是1.25g/L,氮气在水中溶解度很小,在常温常压下,1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。常温下为气体,氮气是难液化的气体,在标准大气压下,冷却至-195.8℃时,变成没有颜色的液体,冷却至-209.86℃时,液态氮变成雪状的固体。

(二)化学性质:对成键有贡献的是三对电子,即形成两个π键和一个σ键。由于N2分子中存在叁键N≡N,所以N2分子具有很大的稳定性,将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最稳定的,氮气的相对分子质量是28。氮气的化学性质很稳定,常温下很难跟其他物质发生反应,但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化,用来制取对人类有用的新物质。在工业生产中,通常采用黑色钢瓶盛放氮气。

 

(三)安全注意事项

1.健康危害:空气中氮气含量过高,使吸入气氧分压下降,引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时,患者最初感胸闷、气短、疲软无力;继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳,称之为“氮酩酊”,可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。

潜水员深潜时,可发生氮的麻醉作用;若从高压环境下过快转入常压环境,体内会形成氮气气泡,压迫神经、血管或造成徽血管阻塞,发生“减压病”。

2.防护

1、 呼吸系统防护:一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时,必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。

2、 眼睛防护:戴安全防护面罩。

3、 其它防护:避免高浓度吸入密闭操作,提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。防止气体泄漏到工作场所空气中。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。

3.应急泄漏处理迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,不要直接接触泄漏物,尽可能切断泄漏源,防止气体在低凹处积聚。用排风机将漏出气送至空旷处;漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。

氮气不燃,用雾状水保持火场中容器冷却,可用雾状水喷淋加速液氮蒸发,但不可使用水枪射至液氮。

4.急救措施:迅速脱离现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅;如呼吸困难,给输氧;如呼吸心跳停止,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术,并送医院治疗。

5.消

危险特性:若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。

灭火方法:本品不燃,尽可能将容器从火场移至空旷处,喷水保持火场容器冷却,直至灭火结束。

7.操作注意事项:密闭操作,提供良好的自然通风条件;操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程,防止气体泄漏到工作场所空气中;搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损,配备泄漏应急处理设备。

8.储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房;远离火种、热源,库温不宜超过30℃;储区应备有泄漏应急处理设备。

 

三.氧气

 

氧气是空气的组分之一,无色、无臭、无味。氧气比空气重,在标准状况(0℃和大气压强101325帕)下,密度为1.429克/升。氧气能溶于水,但溶解度很小。在压强为101kPa时,氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体,在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。

 (一).物理性质:

①色、味,态:无色无味气体(标准状况)

②熔点:-218.4℃ 沸点:-182.9℃

③密度:1.429克/升(气),1.419克/厘米3(液),1.426克/厘米3(固)

④水溶性:不易溶于水

⑤贮存:天蓝色钢瓶

(二)使用注意事项

1.过度吸氧的负作用

早在19世纪中叶,英国科学家保尔伯特首先发现,动物呼吸纯氧会引起中毒,人类也同样。人如果在大于0.05 MPa(半个大气压)的纯氧环境中,氧对所有的细胞都有毒害作用,吸入时间过长,就可能发生“氧中毒”,其机理是肺部毛细管屏障被破坏,导致肺水肿、肺淤血和出血,严重影响呼吸功能,进而使各胀器缺氧而发生损害。

在0.1 MPa(1个大气压)的纯氧环境中,人只能存活24小时,就会发生肺炎,最终导致呼吸衰竭、窒息而死。人在0.2 MPa(2个大气压)高压纯氧环境中,最多可停留1.5小时 —2小时,超过了会引起脑中毒,生命节奏紊乱,精神错乱,记忆丧失。如加入0.3 MPa(3个大气压)甚至更高的氧,人会在数分钟内发生脑细胞变性坏死,抽搐昏迷,导致死亡。

此外,过量吸氧还会促进生命衰老,原因是进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生反应,可生成过氧化氢,进而变成脂褐素。这种脂褐素是加速细胞衰老的有害物质,它堆积在心肌,使心肌细胞老化,心功能减退;堆积在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆积在肝脏,削弱肝功能;堆积在大脑,引起智力下降,记忆力衰退,人变得痴呆;堆积在皮肤上,形成老年斑。

 

四.水蒸气

 

水蒸气简称水汽,是水(H2O)的气体形式,当水达到沸点时,水就变成水蒸气。在海平面一标准大气压下,水的沸点为100°C或212°F或373.15°K。当水在沸点以下时,水也可以缓慢地蒸发成水蒸气。而在极低压环境下(小于0.006大气压),冰会直接升华变水蒸气。

工业生产中的水蒸气:指一定的物理条件下、特定空间的水全部以气相形态的形式存在。

自然条件下的水蒸汽,指特定空间的水存在形态是气-液二相,其中液相可以是“雾”状分散形式存在,也可以是大量液滴聚集形式存在。

大量水蒸气在空气中凝结时,常呈现一团“白气”状,“白气”常被误认为水蒸气,“白气”不是水蒸气,而是水蒸气凝结成的小水滴飘浮在空气中。

水蒸气可能会造成温室效应,是一种温室气体。

 

五.氢气H2

纯净的氢气是无色、无气味的气体,是密度最小的一种气体。

物理性质 :氢气是无色并且密度比空气小的气体(在各种气体中,氢气的密度最小。标准状况下,1升氢气的质量是0.0899克,比空气轻得多)。因为氢气难溶于水,所以可以用排水集气法收集氢气。另外,在101千帕压强下,温度-252.87℃时,氢气可转变成无色的液体;-259.1℃时,变成雪状固体。常温下,氢气的性质很稳定,不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时(如点燃、加热、使用催化剂等),情况就不同了。
总结为:
分子式:H2
沸点:-252.77℃(20.38K)
密度:0.09kg/m3
相对分子质量:2.016
生产方法:电解、裂解、煤制气等

六.二氧化碳

 

()物理性质

 

二氧化碳(carbon dioxide)俗名碳酸气,在空气中通常含量为0.03%(体积),是空气中含量占第4位的气体,分子式CO2,分子量44.01,常温下是一种无色无味气体,浓度高时略有酸味;密度为 1.997g/l(气),比空气重,是空气的1.5倍;能溶于水,会有部分生成碳酸,一体积水能溶解一体积的二氧化碳(101千帕,25℃时),20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳;二氧化碳的溶点-56.6℃( 5.2大气压),沸点-78.5℃(升华)。在20℃时,将二氧化碳加压到5.73×106 Pa即可变成无色液体,常压缩在钢瓶中存,在-56.6℃、5.27×105 Pa时变为固体。液态二氧化碳表面张力:约3.0dyn/cm ,粘度:0.082mm2/s(12℃) (比四氯乙烯粘度O.88mm2/s(20℃)低得多,所以液体二氧化碳更能穿透纤维); 液态二氧化碳减压迅速蒸发时,一部分气化吸热,二另一部分骤冷变成雪状固体,将雪状固体压缩,成为冰状固体,即俗你“干冰”, 也可将液体二氧化碳在常温下加压,冷凝成“干冰”, 干冰是一种低温致冷剂;“干冰”在1.013×105 Pa、-78.5℃时可直接升华变成气体。液体的二氧化碳,其密度为 1.101g/cm3,”干冰”,密度为1.56g/cm3。二氧化碳分子结构很稳定,化学性质不活泼,不会与织物发生化学反应,同时液体二氧化碳通过减压变成气体很容易和织物分离,完全省去了用传统溶剂带来的复杂后处理过程。液体CO₂和超临界CO₂均可作为溶剂,尽管超临界CO₂具有比液体CO₂更高的溶解性(具有与液体相近的密度和高溶解性,并兼备气体的低粘度和高渗透力)。但它对设备的要求比液体CO₂高。综合考虑机器成本与作CO₂为溶剂,温度控制在15℃左右,压力在5MPa左右。

二氧化碳无毒,但不能供给动物呼吸,是一种窒息性气体;二氧化碳在人类呼气中的含量为4%左右,当其浓度高达5%肘,即可刺激呼吸中枢并会使呼吸量增加二倍。在呼吸中枢发生抑制时,可用二氧化碳(5一7%)和氧(93-95%)的混合气体吸入,以作为兴奋剂。若含量达到10%时,就会使人呼吸逐渐停止,最后窒息死亡)枯井、地窖、地洞底部一般二氧化碳的浓度较高,所以在进入之前,应先用灯火试验,如灯火熄灭或燃烧减弱,就不能贸然进入,以免发生危险。

绿色植物在二氧化碳和水在光合作用下,可以合成有机物,二氧化碳也是大气中的可变成分之一,在近地表大气中的体积百分比为0.0001—0.001,平均为0.00033( 1976年)。现代人类由于大量使用石化燃料和大量砍伐森林,致使大气中二氧化碳的浓度不断增加。科学家认为它是造成温室效应的主要来源,它将对全球气候产生巨大影响,正在引起人们的关注。

(二)化学性质

二氧化碳化学性质稳定,一般情况不会分解放出氧气,没有可燃性,不支持燃烧,但活泼金属却可在二氧化碳中燃烧,如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。CO2能与水反应生成碳酸,而使紫色石蕊试液变成红色:

二氧化碳是酸性氧化物,可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件