双氧水绝热分解特性的安全泄放研究

反应热失控是引起设备超压的重要因素之一,可靠的安全泄放装置是防止设备发生超压破坏的最有效方法。为了对双氧水储罐的泄放面积进行设计,利用泄放口尺寸测试装置VSP2(Vent Sizing Package 2)对封闭环境下质量分数为20%的H_2O_2进行测试,得到反应失控过程中的热力学参数,并依此推算出不同泄放压力下的安全泄放面积A。结果表明,在绝热条件下,20%H_2O_2的起始分解温度为70℃,比反应热为435.49 k J/kg,最大压力为6.26 MPa。双氧水反应体系的泄放类型为缓和混合体系,采用DIERS设计方法和OMEGA方法计算不同泄放压力下的泄放面积。安全泄放面积随泄放压力增加而增大。VSP2具有很低的热惯量,可为失控反应安全泄放设计提供基础数据,以提高设计的可靠性。     

丁二烯聚合放热危险特性和安全泄放面积计算

为探讨丁二烯的聚合放热危险特性,并为某化工厂丁二烯储罐安全泄放设计提供依据,利用新型绝热量热仪VSP2,对丁二烯的聚合放热过程及加有阻聚剂对叔丁基邻苯二酚(TBC)的丁二烯的聚合放热过程进行试验研究,得到温度、压力随时间变化的数据。用Leung法和平衡速率模型(ERM),分别计算得到该厂丁二烯储罐的安全泄放流量和泄放能力,并最终确定其安全泄放面积。结果表明:丁二烯聚合反应的起始放热温度为70.26℃,反应失控后体系的最高温度和最高压力分别达到194.07℃和1.06 MPa,具有较大的危险性;阻聚剂TBC能有效阻止丁二烯的聚合;丁二烯聚合反应的泄放类型为蒸气型泄放,计算得到该化工厂丁二烯储罐的安全泄放面积为0.06 m2。     

Fe3+掺杂对双氧水热稳定性的影响

为了定量考察Fe3+掺杂对双氧水热稳定性的影响,利用泄放尺寸实验仪(VSP2)研究了无Fe3+及Fe3+质量分数为0.003%、0.01%、0.02%时的27.5%双氧水(质量分数)热分解特性,得到了这4种样品绝热自分解过程的温度及压力数据,计算得到初始温度为40 ℃时不同Fe3+质量分数的双氧水在绝热条件下到达最大反应速率所需时间(TMRad).结果表明,为保证双氧水在一般环境条件下安全稳定存储,需要控制双氧水中Fe3+的质量分数低于9.2×10-6.     

反应失控条件下过氧化二叔丁基-甲苯体系的安全泄放研究

安全泄放是在失控条件下降低反应体系风险最为经济有效的技术措施。为了研究泄放口的设计,利用高性能绝热量热仪PhiTEC II对质量分数20%的过氧化二叔丁基(DTBP)-甲苯(C7H8)体系进行了测试,得到热惯量1.06条件下温升速率、压升速率随温度变化的数据。结果表明:该DTBP体系的起始分解温度为148℃,其反应体系属蒸汽和气体共同作用的混合体系;采用Leung方法和OMEGA方法对该体系的安全泄放量和泄放装置的泄放能力进行了计算,求得当泄放压力为0.25 MPa时的泄放面积为0.001 4 m2;低热惯量的绝热量热仪Phi-TEC II可以为失控反应的压力泄放设计提供基础数据,有利于提高安全泄放设计的可靠性。     

基于VSP2的引发剂质量分数对醋酸乙烯聚合反应失控特性及安全泄放设计影响研究

为了解决醋酸乙烯聚合反应失控所引起的超压问题,通过VSP2绝热量热仪研究了醋酸乙烯聚合反应的失控特性,并通过Leung's法对某醋酸乙烯聚合反应器的安全泄放面积进行了计算;然后,在其他条件不变的情况下,研究引发剂质量分数对失控特性和泄放面积的影响,结果表明,引发剂质量分数对反应总放热量的影响不大,体系绝热温升为105~115℃;但引发剂质量分数越大,失控反应的最大温升速率和最大压升速率越大。这是因为引发剂质量分数越大,在相同泄放压力和最大累积压力下,单位质量反应物的放热速率就越大,也就需要更大的泄放面积;最后,引入无量纲数W~*、G~*和A~*,拟合出它们与引发剂质量分数X*的关系式,结果表明,在研究范围内所需安全泄放面积随引发剂质量分数线性增大。     

金属离子对双氧水热稳定性的影响研究

为了研究金属离子对双氧水在绝热条件下分解特性的影响,利用泄放尺寸设计装置VSP2模拟双氧水及分别掺杂0.01%质量分数Fe~(2+)、Fe~(3+)、Gu~(2+)的双氧水在绝热条件下的反应失控过程,得到绝热分解过程的热力学和动力学参数,依此推算出该4种试样25 kg包装下的自加速分解温度SADT,以及绝热条件下到达最大反应速率的时间TMRad。结果表明,Fe~(2+)、Fe~(3+)、Gu~(2+)使双氧水的起始分解温度T0、SADT、TMRad均降低,提高了双氧水的热危险性。在Fe~(3+)的作用下,双氧水在常温下就发生缓慢分解,发生失控的可能性最大;掺杂了Gu~(2+)的双氧水分解反应最剧烈,热失控严重度最高。     

过氧丙酸分解反应的失控泄放特性研究

为研究过氧丙酸分解反应的失控泄放特性,利用泄放模式实验装置对过氧丙酸在不同泄放口径和泄放压力下的顶部和底部的泄放过程进行了试验模拟,得到了过氧丙酸的失控特性参数和不同条件下的泄放特征。结果表明:过氧丙酸失控反应泄放易出现二次峰值现象,初次峰值为气相泄放,二次峰值为气液两相泄放;二次峰值的出现取决于泄放口径及泄放时的物料温度,与泄放压力无关;恒压泄放容易出现非平衡泄放,导致较高最大累积压力和较高的釜内物料温度;底部泄放能够使釜内物料快速排空。     

基于小尺寸试验的过氧化氢储运过程热风险评估

近年来过氧化氢储运过程中的爆炸事故频发,因此对其进行热风险评估意义重大.利用自制小尺寸试验装置模拟200 mL质量分数30％ H2O2溶液在10 mL0.1 mol/L Fe2(SO4)3杂质催化作用下的热分解反应,并全程记录反应历程中的温度和压力等参数.基于热失控模型,采用绝热温升△Tad和到达最大温升速率时间TMRad分别作为事故严重度和事故可能性评估指标.结合小尺寸试验所测数据对过氧化氢储罐进行风险评估.结果表明,TMRad随初始温度T0增大而减小,其值均小于试验值,且其二者差值随T0增大而增大.此外,在T0为18℃时,过氧化氢分解未发生失控反应,这表明当T0低于一定值时,将不会发生失控反应.绝热平衡法从最坏情景进行评估,其值相对实测值较保守,但从安全的角度是可行的.如初始温度为39.9℃时,评估值TMRad为108 s,略小于非绝热条件下到达最大温升速率时间的试验值118 s.这表明该法可用于过氧化氢储罐的热风险评估,但该评估方法的精确性有待提高.     

反应性液体紧急泄放面积设计进展

为防止反应失控造成爆炸事故,减少事故损失,在介绍模拟反应失控的实验装置ARC、VSP以及RSST等的基础上,针对不同的紧急泄放类型,如气相系统、蒸气系统和混合系统的紧急泄放研究进展,进行了分析论述,旨在发现解决反应失控紧急泄放问题的更好方法,从而为进一步研究反应失控的紧急泄放问题打下基础.     

异丙醇与丙酸酐酯化反应的安全控制条件

针对异丙醇与丙酸酐酯化合成丙酸异丙酯工艺的反应失控危险性,利用泄放尺寸实验仪(VSP2)研究了其反应的放热特性,选择自催化模式模拟得到了反应动力学参数,并与实验数据进行了对比验证;利用得到动力学模型,模拟了该工艺在半间歇模式、反应温度为70℃时,中试规模(＞ 100L)条件下的反应特点,分析了反应失控的危险性,并针对加料程序进行了优化设计,得到最佳控制方法.