二叔丁基过氧化物的热失控动力学研究

为研究二叔丁基过氧化物(DTBP)热失控危险性,利用C600微量量热仪对DTBP热分解动力学进行试验研究,测定DTBP在不同升温速率下的起始放热温度和分解热,分别用非等转化率法和等转化率法得到DTBP热分解反应的动力学参数。用非等转化率法确定反应的最佳反应级数为1,相应的活化能分别为137.75、132.60、128.61和122.93 kJ/mol,指前因子分别为8.82×1012、6.69×1012、2.06×1012和3.89×10111/s。用等转化率法确定的活化能范围为102～138 kJ/mol,并拟合出活化能与转化率的关系曲线。结合计算出的动力学参数,通过对DTBP分解机理的分析,可以推断其具有热失控危险性。     

硫酸羟胺的热分解动力学研究

通过差示扫描量热(DSC)法研究了硫酸羟胺(HAS)的热稳定性能及其在不同温升速率(4℃/min、7℃/min、10℃/min)下的热分解动力学;由同步热分析仪(STA)测试得到的DSC热流数据,运用AKTS高级热动力学分析软件计算得到硫酸羟胺的活化能、指前因子和反应焓等热动力学参数.结果表明:硫酸羟胺在空气气氛中发生自分解放热反应,反应热为118.8±2.1kJ/mol;根据Ozawa法得到的活化能为82.45kJ/mol,并由Friedman法得到了不同转化率下的活化能E及指前因子A的关系,计算得到的反应热为116.2±1.lkJ/mol.最后,结合硫酸羟胺的生产工艺条件,对硫酸羟胺的安全生产工艺进行了分析讨论.在储存、运输过程中,应防止因温度变化而引发硫酸羟胺的自分解放热爆炸事故,实验研究结果对实际的工业生产过程具有一定的参考意义和指导价值.     

BIPB的热分解动力学和失控反应模拟

为了评估双(叔丁过氧基)二异丙苯(BIPB)的热危害,对其热分解过程进行多速率的动态扫描C80热分析,用几种简单的热危害评估方法分析其热危害。然后应用模式法、无模式法(Friedman微分等转化率法)分别对试验结果进行处理,得到分解动力学数据,并用ASTM E 698法得到活化能数据,同时用C80、ARC和DSC的试验数据验证分解动力学数据的可靠性。最后利用无模式法的分解动力学数据进行BIPB绝热条件下和非绝热的2m3球形容器中的失控反应模拟,得到类似工艺条件下BIPB的安全控制温度。     

等转化率法在硫化亚铁热动力学研究中的应用

FeS的氧化放热是引起石油储罐火灾与爆炸事故的主要原因.采用同步热分析仪对FeS的氧化倾向性及其热动力学规律进行研究,主要分析粒径为0.062～0.074mm的FeS在常温至900℃范围内的DSC/TG试验曲线,运用FWO、Kissinger、Friedman等多种等转化率法计算FeS的活化能和指前因子.其中FWO和Kissinger法的计算结果较为接近,可靠度较高.结合Malek法提出的y(α)-α标准曲线,推断出最概然机理函数为f(α)=(1-α)2.这说明FeS的氧化自燃反应符合二级普通化学反应机理.     

面向固体热解单一活化能计算的等转化率动力学分析方法研究

基于改进的Vyazovkin方法,提出了一种新的求解固态反应活化能的等转化率方法。这种方法不仅避开了对反应机理的选择,而且突破了当前等转化率方法不能像拟合法一样求解出明确的活化能的局限。通过对模拟数据及挤塑聚苯乙烯热解实验数据的验证,证实了这种方法对实验噪音具有良好的容许度,并且能够对热重数据的一阶导数据有明显的多峰多歩反应求解出比拟合法更可信的活化能的值。     

双丙胶乳生产工艺及其产物的热危险性试验研究

为探究双丙胶乳生产工艺热危险性及其产物的热分解特性,开展双丙胶乳合成工艺试验,采用全自动反应量热仪(RC1e),测定反应过程中的放热特性;采用同步热重(TG)分析仪,测试反应产物在空气和氮气气氛中的热解性能;评估反应过程的热危险性,分析反应生成的双丙胶乳的热分解过程,并运用等转化率动力学方法(Starink法和Friedman法)计算产物热分解过程中的表观活化能(Ea)。结果表明:双丙胶乳生产工艺的反应热危险性等级为1级,相对安全;在空气气氛下,双丙胶乳的热分解过程包括4个阶段,且几乎无残余,而在氮气气氛下,双丙胶乳的热分解过程分为3个阶段,残炭率约为9. 22%;通过Starink法和Friedman法计算得到的Ea范围分别为32. 65～113. 45 kJ/mol和29. 70～175. 90 kJ/mol。     

环氧乙烷热稳定性及杂质对其影响研究

为研究环氧乙烷热稳定性及杂质对其影响,利用C600微量量热仪对环氧乙烷进行热分解试验研究,获得了环氧乙烷分解活化能和绝热条件下到达最大反应速率所需时间(TMRad)等动力学参数.研究了氢氧化钾固体、45％氢氧化钾溶液、三氧化二铁和六水三氯化铁对环氧乙烷热分解特性的影响.结果表明:随温升速率的增加,环氧乙烷热分解起始放热温度逐渐增大;分解活化能E在55～ 90 kJ/mol;环氧乙烷在常温下不易发生热失控;但氢氧化钾固体、45％氢氧化钾溶液、三氧化二铁和六水三氯化铁均对环氧乙烷的热分解有一定程度的影响,使其起始放热温度和最大放热温度都有不同程度的降低,且氢氧化钾溶液和氢氧化钾固体的影响最为明显.     

硝酸异辛酯的热安全性研究

为了研究十六烷值改进剂—硝酸异辛酯(EHN)的热稳定性与热危险性,采用C600微型量热仪测试硝酸异辛酯的热分解特性.利用热分析技术考察温升速率对EHN热分解特性的影响,并利用活化能、TMRad(在绝热条件下最大反应速率到达时间)和自加速分解速率(SADT)方法评价此改进剂的危险性.结果表明,EHN发生分解反应的起始放热温度和最大放热温度均随着温升速率的增加而增大,且四种温升速率的反应机理是一致的.计算得到EHN热分解活化能在143.6-213.6kJ/mol之间.通过绝热条件下TMRad评价得出EHN在常温常压条件下不易发生危险失控,EHN自加速分解温度为98℃＞75℃,即在常温条件下储运是安全的,为储运硝酸异辛酯提供有力的数据支持.     

过氧化二异丙苯的热稳定性及安全性研究

为了分析过氧化二异丙苯(Dicumyl Peroxide,DCP)的热稳定性和热安全性,利用C80微量量热仪对DCP在空气中的热分解及稳定性能进行试验研究,得到了升温速率对DCP热分解的影响规律,运用AKTS高级热动力学软件计算得到DCP热分解的活化能及指前因子、绝热条件下最大反应速率到达时间TMRad和不同包装下的自加速分解温度。结果表明:随升温速率增加,DCP的起始放热温度和最大放热温度升高;并由Friedman法得到不同转化率下活化能E和指前因子A的关系,计算得到DCP热分解的活化能范围为50~130 kJ/mol;TMRad为1 h、8 h、24 h、50 h和100 h时对应的起始温度分别为105.33℃、84.38℃、74.38℃、68℃和62℃;DCP的储罐内径越大,其对应的自加速分解温度越低。在生产、制造、储存、运输等过程中,应防止因温度变化而引发DCP的自分解放热爆炸事故。     

基于DSC试验的DCP自加速分解温度的推算

采用差示扫描量热仪(DSC)对小尺度过氧化二异丙苯(DCP)的热分解过程进行试验研究,利用基于等转化率Friedman微分法对热分析试验所得数据进行动力学分析,得出DCP的反应活化能的均值为160.82 kJ· mol-1.最后运用热爆炸理论对25 kg标准包装条件下的自加速分解温度(SADT)进行推算.结果表明,利用等转化率Friedman 微分法计算所得的动力学参数在整个反应进程中并不是常数,表明DCP的热分解反应是一个固态的复杂反应过程.多重扫描速率下计算所得的动力学参数较单个扫描速率法可信度更高,推算所得DCP的SADT值与美式全尺寸试验值基本一致.     

偶氮二异丁酸二甲酯热危险性研究

为规避偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)的潜在热危险,使用差示扫描量热仪(DSC)研究其热分解过程,并利用Kissinger法初步计算活化能;通过热安全软件(TSS)进行数据拟合,得到AIBME的活化能及相关动力学参数,与Kissinger法所得活化能进行比较;利用所得动力学参数建立热动力学模型,推算AIBME的自加速分解温度(SADT)和最大反应速率到达时间(TMRad)。研究结果表明:TSS进行分步式热分解分析所得AIBME的活化能比Kissinger法所得活化能更准确,所得第一阶段分解所需活化能为88.44 k J/mol,第二阶段为113.87 k J/mol;AIBME的SADT为30℃,在常温下可分解,故在生产、运输和储存过程中应加强温度的监控。     

过氧化氢热爆炸研究进展

过氧化氢作为绿色环保的氧化剂,广泛应用于工业的各个领域,同时也因其热分解爆炸危险性导致了一系列严重的火灾爆炸事故。过氧化氢在高温或与一些不兼容化学物质作用下,将会激发其热危险性,进而引发热失控反应,最终导致爆炸事故的发生。结合近年来国内发生的过氧化氢热爆炸事故,简要概述了其热爆炸事故历程,并从理论研究和实验研究两个方面综述了过氧化氢热爆炸的研究进展。理论研究方面,主要介绍了化学反应失控模型和基于热动力学的研究方法,尤其对基于热失控模型的热风险评估进行了详细的阐述。实验研究方面,分析了高温条件下与杂质催化作用下过氧化氢的热危险性,包括无机杂质和有机杂质。最后就过氧化氢热爆炸的研究提出了进一步的研究方向。     

过氧化二异丙苯的热稳定性研究

用TG-DTG-DTA(热重-微分热重-差热)联用技术研究了过氧化二异丙苯在动态氮气气氛中的热分解过程.过氧化二异丙苯DTA曲线呈现一个吸热熔化峰和一个放热分解峰.在不同升温速率的TG曲线上,过氧化二异丙苯失重开始温度大致相同.采用无模式方法的Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Starink法对热分解的数据进行非等温动力学分析处理,求出了热分解反应的表观活化能.Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算得的活化能的值为112.39 kJ/mol,Starink法计算得的活化能的值为111.23 kJ/mol.     

磷酸活性炭自燃过程反应动力学研究

为研究磷酸活性炭的自燃危险性,以自制的磷酸活性炭(活化温度为300,500和700℃)为考察对象,利用同步热分析仪(STA)对活性炭氧化放热动力学进行试验研究。根据在2,5,10和20℃/min等4种不同升温速率下得到的活性炭DSC/TG曲线,结合Friedman-Reich-Levi动力学方法对反应过程中可能存在的反应机理进行初步判断。研究表明,随着活化温度的升高,活性炭的起始放热温度和最大放热温度随之升高;活性炭整个氧化反应过程中,活化能随着转化率的改变呈现一定规律性变化;碳氧化学反应和气体扩散共同影响活性炭氧化过程,且在不同阶段对氧化的贡献不同。     

2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺氧化合成热危险性研究

为研究2-氨基-23,-二甲基丁酰胺氧化合成的热危险性,采用差示扫描量热仪(DSC)测试2-氨基-2,3-二甲基丁腈和2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的热分解情况,采用反应量热仪(RC1)研究反应温度、双氧水滴加速度和氢氧化钠用量对反应的影响。研究结果显示,2-氨基-2,3-二甲基丁腈吸热热分解温度为149.5℃2,-氨基-2,3-二甲基丁酰胺表现为吸热和放热2段分解过程,吸热和放热分解温度分别为234.4℃和456℃。反应放热速率主要为加料控制,但是,存在一定的热累积。热失控体系最高温度(MTSR)低于2-氨基-23,-二甲基丁腈和2-氨基-23,-二甲基丁酰胺的分解温度,高于体系沸腾温度,在热失控的条件下,反应体系容易导致冲料危险;在优惠的工艺条件范围内,提高反应温度,延长滴加时间,可降低反应的MTSR,提高热转化率和反应安全性。     

间氯过氧化苯甲酸热分解动力学及危险性

为研究固态间氯过氧化苯甲酸(m-CPBA)在非等温和绝热条件下的热分解过程及其危险性,分别采用差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC)试验研究m-CPBA的热分解特征。通过热重分析仪(TG)测量m-CPBA的初始分解温度,用Kissinger法、Ozawa法和速率常数法计算活化能、指前因子和反应级数等热分解反应动力学参数,并根据绝热试验结果推算最大反应速率到达时间(TMR_(ad))。结果表明:m-CPBA的初始分解温度为94℃,且在熔融相变的同时发生热分解放热反应;其绝热温升为41.69℃,TMRad在8和24 h所对应的绝热温度分别为54.7℃和50.9℃;因此,m-CPBA在贮存、运输和使用过程中需要严格控制温度。     

3-甲基吡啶-N-氧化物热稳定性分析

为了评估反应体系发生热失控时引发3-甲基吡啶-N-氧化物分解的可能性,采用差示扫描量热仪(DSC Q20)对3-甲基吡啶-N-氧化物在不同升温速率下的催化分解过程进行了试验研究。采用Kissinger法和Starink法计算热分解反应的活化能和指前因子。根据得到的活化能,计算3-甲基吡啶-N-氧化物在不同温度下到达最大反应速率所需要的时间(TMRad),结合可能性评估判据进行评估。结果表明:3-甲基吡啶-N-氧化物的分解由两部分组成;两种方法计算得到的活化能较为接近;当冷却失效,反应体系热失控温度达到448 K时,3-甲基吡啶-N-氧化物发生分解的可能性为高级,当温度为433~443 K时,可能性为中级,而当温度低于428 K时,可能性为低级。     

环己酮半间歇过氧化反应过程热失控研究

采用反应量热仪(RC1e)、差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC)对环己酮过氧化反应过程的热失控危险性进行了研究,利用冷却失效情形法对该工艺进行危险性分级。结果表明:温度的升高使环己酮过氧化反应速率加快,体系比热容增加,温度升高也使产物各种中间体及副反应活跃程度增加,提高搅拌速度也能促进环己酮氧化,而延长加料时间可以将反应热量较好地移出,但同时降低反应速率,使过氧化环己酮得率降低。依据风险评价指数矩阵法和失控情景分析法,得到环己酮半间歇过氧化反应的热失控危险程度级别为5级,而降低环己酮的加入量,危险程度等级为2级。     

BPO在等温条件下的热稳定性研究

借助差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)对过氧化苯甲酰(Benzoyl Peroxide,BPO)的热分解过程进行研究。动态DSC结果表明,BPO的吸热峰和分解峰重叠,因而无法通过基于放热曲线的转化率计算其动力学参数。这也表明了该物质的高度危险性。等温DSC结果表明,BPO在固态时就会发生分解,具有自催化性质,易发生热分解反应失控;该物质的熔点在90~92℃。基于等温DSC数据,利用Friedman法计算了BPO的热分解动力学参数,推导出等温诱导期与温度的函数关系,计算得到等温诱导期为7 d时的环境温度(约为75℃)。使用有限元分析方法(Finite ElementAnalysis,FEA)模拟得到50 kg BPO的自加速分解温度(Self-Accelerating Decomposition Temperature,SADT)约为79℃。     

自反应性化学物质热危险性综合评估

自反应性化学物质热危险性评估的关键在于表征参数的选择和量化,单一的评估参数往往仅表征其热危险性的某一方面。综合考虑自反应性物质发生热分解反应的难易程度及其造成后果的严重程度两个方面,分别选取放热反应初始温度(To)和反应热(-ΔH)作为相应的表征参数,通过半正态分布函数对这两个指标进行标准化处理。在此基础上根据风险的定义提出了一种新的自反应性化学物质的热危险性综合评估指数(THI指数),并建立相应的热危险性分级标准,对自反应性化学物质的热危险性进行综合评估与分级。结果表明,建立的THI指数所确定的热危险性分级结果与基于活化能和最大绝热温度的RHI指数的反应危险性等级基本一致,该指数能够对自反应性化学物质的热危险性进行定量评估。