分子模拟方法在爆炸反应机理方面的应用进展

针对爆炸过程反应机理异常复杂,实验检测手段对其认识匮乏的现状,综述了量子化学、反应分子动力学等分子模拟方法的特点及研究进展,分析了分子模拟技术在燃爆机理研究中的应用进展,包括量子化学方法对于燃料热解/燃烧、瓦斯等可燃体系爆炸过程的微观基元反应步骤、反应能垒及热力学参数的计算,以及反应分子动力学(ReaxFF MD)在含能材料、可燃混合气等复杂爆炸体系获取可能的反应路径及中间自由基变化的应用。对分子模拟方法在爆炸领域研究的应用提出了建议及展望,指出ReaxFF MD和密度泛函理论(DFT)相结合是一种研究复杂爆炸体系微观反应机理极具潜力的方法,借助先进的分析检测手段对模拟方法的验证及修正,能获取更准确、全面的微观反应动力学模型。     

氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响

为探究不同氮气浓度对扰动条件下甲烷爆炸特性的影响，采用20 L球形爆炸试验装置开展了不同浓度(体积分数)甲烷爆炸的抑制试验，试验的扰动条件由空气射流产生，扰动强度通过粉尘仓的初始压力控制，并采用CHEMKIN软件对甲烷爆炸的反应机理进行了敏感性分析。结果表明：无论是均匀静置状态还是扰动条件下，甲烷的爆炸强度均随氮气浓度的增加逐渐减弱，且氮气对高浓度甲烷爆炸的抑制作用更显著，在11.2%甲烷浓度和1.5 MPa扰动强度下甲烷的最大爆炸压力下降值最大，其值为0.663 5 MPa;相比均匀静置状态，扰动条件在一定程度上削弱了氮气对甲烷爆炸的抑制作用，增加了甲烷的爆炸强度，导致甲烷的爆炸压力峰值时刻延长，且不同扰动强度之间甲烷的最大爆炸压力值均相近；氮气不会直接参与甲烷爆炸过程中的基元反应，而是通过稀释反应系统中的氧气浓度来影响基元反应的进行。该研究结果可为有效防治瓦斯爆炸提供理论参考。     

圆柱体障碍物对密闭管道内瓦斯爆炸特性影响的数值模拟

针对障碍物对密闭管道内瓦斯爆炸特性的影响问题,基于FLACS模拟软件建立了有、无障碍物时3种阻塞比情况下的数值模型,对比分析了圆柱体障碍物对密闭管道内瓦斯爆炸压力、最大爆炸压力、爆炸温度、最大压力上升和下降速率、流场正反向最大速度5个瓦斯爆炸特性参数的影响。结果表明:障碍物的存在会加剧密闭管道内瓦斯的爆炸反应程度,缩短爆炸反应时间,且阻塞比为0.3较0.5情况下的促进作用略大;障碍物的存在会造成障碍物结尾附近和管道末端较其他位置出现更加显著的瓦斯爆炸压力变化,同时障碍物会引起瓦斯流场在反向传播时较早出现流场反向最大速度下降趋势。     

石灰石脱硫反应动力学研究

用热重分析法（TGA）研究了石灰石脱硫反应特性,得出了影响氧化钙转化率的各种因素,包括反应温度、石灰石粒径、SO₂浓度和反应时间等。对反应机理进行分析并建立了反应动力学模型。     

城市生活垃圾典型组分的热解动力学模型研究

对城市生活垃圾中的典型组分进行热重特性试验，根据热失重曲线得出了反应力学参数及反应速率控制方程，进而提出了一个通用的反应速率函数式，提出热解指数这个指标来表征垃圾的热解特性。结果表明：１．垃圾组分中，塑料、橡胶、植物类厨余热解符合三段模型，其余组分符合二段热解模型，在不同的温度范围内，热解的反应机理是不同的，且反应动力学参数也不相同。２．同一种组分，影响其反应速率的主要因素是反应动力学常数，升温速     

毛木耳对Cd~(2+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)生物吸附的动力学和吸附平衡研究

以毛木耳(Auriculariapol ytricha)子实体为生物吸附材料,研究起始pH值、反应时间、重金属浓度这3个因素对毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的影响及其吸附特性.结果表明,pH是影响毛木耳子实体吸附重金属离子的主要因素,最适起始pH值为5;在10mg·L-1重金属浓度下,毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附率分别为94.12%、96.22%、99.94%、99.19%;准二阶动力学模型比准一阶动力学模型能更好地描述毛木耳子实体对4种重金属的吸附过程;Langmuir等温模型能较好地拟合毛木耳子实体对4种重金属的等温吸附过程;毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附量分别为10.09、8.36、23.57和3.64mg.g-1;毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Zn2+的化学反应机理可能为离子交换反应.     

煤炭工业可持续发展的综合治理研究

煤炭工业是我国国家经济中的支柱产业,地位举足轻重.但因为煤矿事故和死亡人数一直居高不下,成为严重制约我国煤炭工业可持续发展的桎梏.在所有的煤矿事故中,瓦斯爆炸引起的事故最多,成为影响煤矿生产安全的“头号杀手”.本文在讲述了瓦斯在煤层中存在现状进行剖析的基础上,分析了产生瓦斯为什么会产生爆炸,怎样减少瓦斯爆炸的几率,对瓦斯进行综合治理有效措施.     

水解污泥对淀粉水解反应的动力学研究

考察了淀粉水溶液在兼性水解污泥中的水解吸附动力学过程。具体分析了淀粉水解过程包含的水解污泥吸附、胞外酶水解和水解产物降解3个阶段。并运用SPSS和MATLAB等数学统计软件对3个阶段的实验结果进行分析,使用多种拟合方法建立水解酸化过程中的动力学模型,通过数学模型尽可能解释和表征水解反应机理。分析结果表明:(1)水解污泥经驯化具有良好的吸附和水解性能。(2)对吸附平衡过程中的动力学方程拟合Lagergren的一级吸附速率方程和二级吸附速率方程都可以拟合淀粉吸附平衡过程,而二级吸附速率方程优于一级吸附速率方程。二级吸附速率方程可以计算出平衡吸附量,具有一定的优势。(3)对水解过程的实验数据进行多项式拟合可以得到四阶多项式方程。(4)淀粉水解产物降解反应为1级反应。反应速率常数为0.000 569/m in,反应动力学方程式St=826.628-e 0.000 569 t。     

铁屑置换沉淀海绵铜动力学研究

从动力学角度研究了铁屑置换沉淀海绵铜的化学反应机理,探讨了溶液pH,Cu2+初始浓度,振荡强度和温度等因素对铜置换率的影响及动力学模型。通过测定不同温度条件下的表观反应速率常数(k);求得置换反应活化能为16.21kJ/mol。试验结果表明,置换反应的所有动力学数据服从一级反应速率规律,置换过程符合扩散控制机理。     

水解污泥对淀粉水解反应的动力学研究

考察了淀粉水溶液在兼性水解污泥中的水解吸附动力学过程。具体分析了淀粉水解过程包含的水解污泥吸附、胞外酶水解和水解产物降解3个阶段。并运用SPSS和MATLAB等数学统计软件对3个阶段的实验结果进行分析,使用多种拟合方法建立水解酸化过程中的动力学模型,通过数学模型尽可能解释和表征水解反应机理。分析结果表明：（1）水解污泥经驯化具有良好的吸附和水解性能。（2）对吸附平衡过程中的动力学方程拟合Lagergren的一级吸附速率方程和二级吸附速率方程都可以拟合淀粉吸附平衡过程,而二级吸附速率方程优于一级吸附速率方程。二级吸附速率方程可以计算出平衡吸附量,具有一定的优势。（3）对水解过程的实验数据进行多项式拟合可以得到四阶多项式方程。（4）淀粉水解产物降解反应为1级反应。反应速率常数为0．000569／min,反应动力学方程式St=826．628e^-0.000569。     

Catalytic oxidation of calcium sulfite in solution/aqueous slurry

Forced oxidation of calcium sulfite aqueous slurry is a key step for the calcium-based flue gas desulfudzation(FGD) residue.Experiments were conducted in a semi-batch system and a continuous flow system on lab scales. The main reactor in semi-batch system is a 1000 ml volume flask. It has five necks for continuous feeding of gas and a batch of calcium sulfite solution/aqueous slurry. In continuous flow system, the main part is a jacketed Pyrex glass reactor in which gas and solution/aqueous slurry are fed continuously.Calcium sulfite oxidation is a series of complex free-radical reactions. According to experimental results and literature data, the reactions are influenced significantly by manganese as catalyst. At low concentration of manganese and calcium sulfite, the reaction rate is dependent on 1.5 order of sulfite concentration, 0.5 order of manganese concentration, and zero order of oxygen concentration in which the oxidation is controlled by chemical kinetics. With concentrations of calcium sulfite and manganese increasing, the reactions are independent gradually on the constituents in solution but are impacted by oxygen concentration. Manganese can accelerate the free-radical reactions, and then enhances the mass transfer of oxygen from gas to liquid. The critical concentration of calcium sulfite is 0.007 mol/L,manganese is 10^-4 mol/L, and oxygen is of 0.2-0.4 atm.     

反应过程典型事故共性分析及安全防控对策研究

为了充分挖掘事故教训,提高化工装置反应过程的安全性水平,收集了5起典型的化工装置反应过程事故,包括:光化釜爆炸事故、聚氯乙烯聚合釜爆炸事故、硝化装置爆炸事故、重氮盐生产过程爆炸事故及磺化反应釜爆炸事故。剖析了事故发生的多方面原因,包括:反应危害认识不足、工艺危险性分析不充分、安全条件没确定、过度依赖操作者及控制系统设计有缺陷等。针对每种原因进行了深入的分析,并借鉴事故的教训、已有的标准及优秀的做法,提出了科学系统的反应过程安全防控建议。     

氧含量对甲烷及丙烯爆炸特性的影响

为了进一步研究烷烃类气体在与氧气接触时的爆炸特性规律,对烃类气体爆炸理论、爆炸特性参数做了理论分析和计算,并以甲烷和丙烯为例,通过对其爆炸极限、爆炸压力、爆炸压力上升速率、爆炸指数的测试,探讨了氧含量对烃类气体爆炸特性的影响。测试结果表明:氧含量的增加能提升其最大爆炸压力,当氧含量达到一定值时,理论计算值已不适用;提高甲烷爆炸极限的宽度,对其爆炸上限影响十分显著,但对爆炸下限的影响并不明显;对爆炸压力上升速率也有巨大的促进作用,当氧含量提高时,爆炸压力上升速率可能提升数十倍;并测得了丙烯在80℃,表压0.14MPa条件下的极限氧含量值(LOC)。总之,氧含量的增加对烃类气体爆炸特性的促进作用是十分显著的。     

高温煤气中氯化氢脱除反应动力学研究

在此对自制脱氯剂GH1与高温煤气中的氯化氢反应等温动力学与高温脱氯过程反应动力学进行了研究。等温动力学得出反应的反应级数为1,表观活化能为10.9kJmol。基于固定床反应器恒定模式行为,采用化学反应控制、产物层扩散控制及两种混合控制对脱氯过程的研究结果表明:自制脱氯剂GH1与高温煤气中的氯化氢气体的反应主要受化学反应控制,同时产物层的扩散控制是不容忽视的。     

液相络合-铁粉还原酸吸收回收法脱除烟气中NOx的机理研究

提出了“Fe^2 螯合剂吸收．铁粉还原．酸吸收”回收法脱除烟气中NOx的新工艺．通过对脱氮后气、液相组成的分析，重点研究了脱氮的反应机理．结果表明，处理后气体中没有产生N2O，脱氮液中也没有NO2^-和NO3^-形成，脱氮过程中NO全部被铁粉还原成了氨；在无氧的条件下，脱氮量与铁粉消耗量的比值(摩尔比)为2／1，在有氧的条件下，脱氮量与铁粉消耗量的比值为1／2，在此基础上提出了脱氮的化学反应．同时还确定了本实验的在反应条件下脱氮液中氨的平衡浓度。     

氨法脱硫反应特性的化学动力学分析

对采用氨法脱除烟气中SO2过程的反应特性进行了热力学和动力学分析．结果显示,氨法脱硫反应活化能较低,只要温度控制适当,氨法脱硫具有很高的平衡常数(或转化率)和良好的动力学特性．同时,根据实验结果拟合整理出了实验温度范围内氨法脱硫反应的Arrhenius方程,分析了温度对氨法脱硫反应速率的具体影响．     

利用炼钢炉尘制备氧化铁脱硫剂的研究

研究以炼钢废弃炉尘经过助溶酸浸法浸出铁成分,然后利用浸出物制备焦炉煤气脱硫用氧化铁脱硫剂的工艺,探讨了硫酸浓度、反应时间、反应温度、盐酸用量和助溶剂用量等因素对铁浸出率的影响。理化性能评价结果显示制得的脱硫剂能够满足焦炉煤气干法脱硫的工业应用要求。     

煤矿乏风低浓度甲烷催化氧化数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT,通过导入CHEMKIN格式详细化学反应机理对煤矿乏风低浓度甲烷气体在壁面涂有Pt催化剂的蜂窝陶瓷通道表面的催化氧化过程进行数值研究,计算分析了有、无催化剂情况下乏风低浓度甲烷在通道内的反应情况,同时进一步分析了乏风甲烷浓度、入口进气速度、通道壁面温度及通道直径对甲烷氧化率的影响。结果表明:在蜂窝陶瓷通道内壁负载Pt金属催化剂不仅可以降低乏风中低浓度甲烷氧化所需的温度,而且可以大大提高甲烷的氧化率;甲烷氧化率随着乏风甲烷浓度和通道壁面温度的升高而增大,随着入口进气速度和通道直径的增大而下降。     

甲醇蒸汽在CaO颗粒脱硫反应中的作用机理实验研究

通过在模拟烟气中添加微量的甲醇蒸汽产生自由基从而发生链式反应的方法提高循环流化床干法脱硫反应速率。该实验结果和理论分析表明 :甲醇蒸汽在 90 0℃以下不可能通过热均裂产生自由基 ,而甲醇蒸汽的不完全燃烧过程可以产生自由基 ,引发快速的链式脱硫反应 ,脱硫反应的合理温度为 80 0℃