水稻和玉米的热氧化分解特性及几种动力学方法结果的比较

利用热重分析仪在空气气氛、不同的升温速率下对带壳稻谷粉和玉米粒粉进行了热重测试,依据热重实验数据,采用多种热解动力学分析方法计算了水稻和玉米的活化能数值并进行比较,结果表明水稻和玉米的热氧化反应活化能随着转化率出现先增加后降低的趋势,并在转化率为70%左右达到了极大值。     

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。     

连二亚硫酸钠热分解特性动力学及危险性评价

为了研究连二亚硫酸钠热分解动力学及热失控危险性,利用同步热分析法(TG-DSC)测定了不同升温速率下连二亚硫酸钠热分解特性。采用非等转化率法和等转化率法探究其动力学参数,分析其反应机理,推断连二亚硫酸钠热危险性。结果表明,连二亚硫酸钠分解方式有两种,反应活化能在140~240 kJ/mol。利用活化能比较、失控反应可能性、严重度评价及SADT等方法均发现,连二亚硫酸钠在生产、存储中存在危险性失控可能性。因此,要严格执行连二亚硫酸钠安全储运国家标准,避免事故发生。     

多点法测定可燃物质自燃特性的可靠性研究

多点法是一种新提出的自热反应动力学分析方法。采用实验研究和理论分析相结合的方式对多点法的操作过程以及实验结果的可靠性展开研究。通过构建一维导热系统、采用不同形式的热电偶布设方式,对烟叶粉末的自燃临界环境温度、活化能以及反应热与指前因子的乘积等参数进行了测定。研究表明:所构建的一维系统能较好地模拟一维导热;热电偶的分布方式对测量结果有较大影响,对称分布状况下,温度结果与经典的F-K对称模型一致;多点法相比于传统方法省时省力,测定结果有较好的线性拟合相关度,求解的动力学参数较为可靠。     

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.     

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。     

利用遗传算法进行软件可靠性增长模型参数估计

为解决利用传统数值方法估计软件可靠性增长模型参数值时存在的问题 ,笔者讨论了利用遗传算法进行求解的相关策略 ;提出了一种新的编码方式及变异算子 ;通过涉及多个模型的实验 ;采用实际数据 ,对所提出算法的效果与传统数值方法进行了对比。实验与对比分析结果显示 :该算法针对这些模型表现出了良好的普适性。     

以活化能的观点研究煤炭自燃机理

笔者对煤体的性质和结构进行了分析 ,简要地介绍了关于煤炭自燃机理的各种学说。目前有许多学者用不同的方法来研究煤炭的自燃机理 ,笔者从煤活化能的角度来研究煤炭的自燃。由氧化反应方程提出了活化能 ,根据活化分子运动理论解释了活化能的基本概念 ;并建立了相应的煤氧化反应的活化能方程 ,该方程直线部分的斜率 (E/R)可求出氧化反应的活化能。在煤炭自燃进程中 ,随着煤体温度的升高 ,活化能降低 ,氧化反应加速 ,大量的热量产生 ,如此循环 ,最终导致了煤的燃烧。     

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.     

基于活化能指标的煤自燃最佳含水率研究

为研究水分对煤热分析特性的影响,以葫芦素2-1煤为研究对象,应用同步热分析仪研究了煤的热行为,获得了不同含水率煤样的TG-DSC曲线,根据特征温度将煤自燃过程分为5个不同反应阶段。采用Coats-Redfern积分法,基于9种不同动力学机制模式函数分别对不同反应阶段的数据就ln[g(a)/T2]对1/T进行相关性分析,求解了不同含水率煤样的动力学参数。结果表明:水分对煤自燃过程的影响是双重的;依据相关系数最大原则,确定不同含水率煤样在吸氧增重阶段是1级反应,其活化能表征了煤的氧化能力;将煤样在水浸前后吸氧增重阶段的活化能差值与原煤样活化能的百分比定义为抑制率,提出用抑制率来评价水分对煤自燃的影响程度;根据抑制率最小准则,确定了葫芦素2-1煤自燃的最佳含水率约为12.01%。     

A new prediction method for dust explosion venting at high static activation pressures

Venting is an effective way to prevent harmful dust explosions, but the existing prediction methods are imprecise and are suitable only for applications with low activation pressures. A new method is proposed for predicting pressures based on an analysis of energy losses at high activation pressures and verified by aluminum dust explosion experiments. Compared with the experimental results, the results of the new model are relatively stable under working conditions with different activation pressures and venting areas. Based on the analysis of energy losses, the changes in the energy loss rate, temperature, and venting velocity during venting are found to be asynchronous. The thermal energy loss, which accounts for over 80 percent of the total, is expected to be larger than the kinetic energy loss. The thermal energy loss rate changes rapidly during venting, while the kinetic energy loss rate remains relatively stable. The new model is more accurate than the NFPA68 standard, which fails to consider the thermal energy loss. Neglecting the thermal energy loss may result in an underestimation of the pressure reduction; this error increases with decreasing activation pressure.     

Evaluation of thermal reaction for two azo compounds by using 20-L apparatus and calorimetry

Azo compounds are widely involved in the industrial processes of dyes, pigments, initiators, and blowing agents. Unfortunately, these compounds have a bivalent unstable –NN– composition, which can be readily broken when the ambient temperature is elevated. Self-accelerating decomposition might cause a runaway reaction and lead to a fire, explosion, or leakage when the cooling system fails or other events occur. This study investigated the explosion properties, thermal stability parameters, and thermal hazard and mechanism of 2,2′–azobisisobutyronitrile (AIBN) and 2,2′–azobis–2–methylbutyronitrile (AMBN). We used a 20-L apparatus, vent sizing package 2, synchronous thermal analysis, and differential scanning calorimetry under explosive, adiabatic, and dynamic conditions to acquire the explosive curves, thermal curves, and thermodynamic parameters of the substances. Moreover, the differential isoconversional method (Friedman method) and ASTM E698 equation were employed to obtain the apparent activation energy E_a. All the experimental results revealed that AIBN is more dangerous than AMBN. The E_a of AIBN was lower than that of AMBN. The results can be used to construct an azo compound thermal hazard database for use for searches and reference examples by industry and related research areas.     

设备加速试验可靠寿命的小样本评估方法

针对高可靠长寿命设备加速寿命试验,在试验样本量很少的情况下,用传统评估方法对其可靠寿命的评估存在精度不足问题。笔者在分析比较单侧容限系数和二维单侧容限系数方法后,提出设备寿命基于正态分布的加速试验可靠寿命小样本评估方法。该方法可以把设备研制过程中以往积累的试验数据和同类型的实验数据综合利用起来,以增大评估设备可靠寿命的数据量。工程应用表明,该方法与传统大样本评估方法相比,在试验设备数量一定的情况下,可靠寿命的评估精度提高至少一倍。     

膨胀聚苯乙烯热分解动力学分析和寿命预测

针对既有聚苯乙烯泡沫类外墙外保温系统的防火问题,在空气和氮气气氛下对非阻燃和阻燃型膨胀聚苯乙烯泡沫进行了热重分析。样品由10℃/min、20℃/min、40℃/min和50℃/min四个升温速率从室温加热至800℃。热分解动力学参数由Flynn-Wall-Ozawa(FWO)等转化率方法和多参数非线性回归方法(multivariate non-linear re-gression method)计算,结果表明六溴环十二烷(HBCD)阻燃剂可一定程度上提高EPS的热稳定性。EPS在空气和氮气气氛下热解可认为是单步反应。非阻燃聚苯乙烯泡沫在空气和氮气气氛下的热解过程可由自催化n阶反应机理描述。阻燃EPS在空气气氛下的热解机理为自催化n阶反应,在氮气气氛下则为n阶反应机理。基于动力学参数和反应机理,对聚苯乙烯泡沫在不同温度下的寿命进行了预测。     

不同去除浊度方法对水中总磷测定影响的比较

本文研究了去除浊度方法的不同是否会导致各监测单位测定结果可比性差异。首先,通过在线自动监测仪器法和实验室钼酸铵分光光度法测定水中总磷浓度的比对实验所得出的监测数据结果发现,两者的结果误差较小,说明自动监测仪器分析结果与常规实验室手工法测定结果基本一致,未发现可比性差异,同样稳定可靠。同时,通过实验系统研究了手工法中应用浊度-色度补偿法、过滤法及离心法等去除浊度干扰的前处理方法,实验结果表明:三种分析方法测定结果基本一致,精密度和加标回收率均符合质量控制要求,测定结果无显著差异。     

基于不同指标无量纲化方法的岩爆预测模型优选

为研究不同指标无量纲化方法对岩爆等级预测模型精度的影响,提高岩爆预测准确率,选取应力系数、脆性系数和弹性能量指数作为预测指标。基于104组岩爆实例大样本数据,采用统一极差处理法、差异化极差处理法、平均化处理法和归一化处理法4种指标无量钢化方法,对预测指标的原始数据进行处理,建立不同的岩爆预测距离判别模型并进行工程实例应用。研究结果表明:基于平均化处理法的岩爆预测模型的回判准确率高达97.1%;对不同矿山、隧道和水电站的6个工程实例的预测结果符合实际情况,说明其是一种准确率高、方便实用的岩爆预测模型。     

煤矿砂岩动态力学性能试验与分析方法研究*

为研究动载荷作用下煤岩体测试与分析方法,基于直径50 mm分离式Hopkinson试验装置,采用半导体应变片和电阻应变片2种方法采集透射波,开展淮北矿区典型砂岩动态冲击压缩试验,采用二波法和三波法分别计算得到砂岩试件的应变率、应力和应变峰值等动态力学参数以及能量耗散特征,分析不同应变片种类和计算分析方法的差异性。结果表明:不同计算分析方法得到的应力应变曲线形态基本一致,2种应变片采集的数据可以组合使用;与电阻应变片相比,半导体应变片灵敏系数高,由其采集数据计算得到的应力值高、峰值应变小、应力应变曲线光滑,三波法处理数据具有更高的可靠性;根据2种应变片测试数据计算得到试件应变率、动态强度及峰值应变均随冲击速度的增加而增加,试件吸收能量变化也具有一致性,能量耗散率误差在10%以内。研究结果可为煤矿软岩动态力学性能测试与分析提供参考。     

A generalized differential method to calculate lumped kinetic triplet of the nth order model for the global one-step heterogeneous reaction using TG data

Computing kinetic triplet is of importance for the process safety of combustion/gasification industries to establish the chemical reaction scheme and to assess the hazardous risk. Few approaches have been capable of calculating lumped kinetic triplet at one time efficiently, which might be attributed to the fact that the analytical solution for the nonlinear ordinary differential equation (NNODE) for the n^th order reaction model has not been found yet. This paper presents an analytical solution of NNODE to compute kinetic triplet. Results showed that the proposed method (mass fraction curve-fitting error ϕ = 1.49%–2.07%) is more efficient to compute kinetic triplet of the n^th order reaction model, comparing to genetic algorithm (GA) optimization (ϕ = 1.43%–1.81%), Coats-Redfern (ϕ = 2.36%–3.16%), peak-shape, and isoconversional methods. A compensation effect between lnA and E_a is observed due to heating rates. Effects of exported data quality and smooth processing on computation of kinetic triplet are discussed. It is the first time that an analytical solution of NNODE (n^th order model) for global one-step heterogeneous reaction is derived for computing kinetic triplet. This work may help to search for analytical solutions of power-law and Avrami-Erofeev models in the future to efficiently calculate kinetic triplet for accelerating and sigmoidal reaction systems.