空气和氮气气氛下的钛粉反应特性研究

为确定空气中氮气对钛粉发生粉尘爆炸时的惰化抑制作用和反应机理,利用热重分析仪分别研究了5,10,15,20℃/min 4种升温速率下微米钛粉在空气和纯氮气氛下的化学反应过程。研究结果表明:两种反应条件下钛粉的热重曲线具有相似性,均包含吸气脱附和吸气增重两个阶段,但纯氮气氛下钛粉的着火温度比空气条件下高7℃,反应放热量比空气条件下低375 J/g,氮气对钛粉着火爆炸具有抑制作用。利用KAS法计算纯氮气氛下钛粉反应的表观活化能为202.2 kJ/mol。由于微米钛粉在空气中氧化生成稳定的二氧化钛前存在多种不稳定的氧化物,KAS法仅能获得高转化率下的表观活化能为285 kJ/mol。Coats-Redfern法计算结果表明:钛粉的氧化和氮化过程均为非均相的表面反应,反应模式为Jander。     

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。     

煤燃烧特性热重试验研究及动力学分析

为了研究煤样挥发分、氧化程度及燃烧时氧气浓度对煤样燃烧难易程度的影响,设计并完成有关相应影响因素的3组热重分析(TGA)试验。采用等转化率法和特征温度分析法进行数据分析。结果表明:特征温度法显示煤燃烧时高挥发分煤样的特征温度较其他煤样低;等转化率法显示高挥发分煤样的各转化率下活化能也均低于其他煤样。2种方法的分析结果一致,都显示挥发分含量高的煤样较其他煤样易于燃烧。分析不同氧化程度下的煤样燃烧热重曲线和不同燃烧时氧浓度情况下的热重曲线得出,氧化程度越高,燃烧时氧浓度越高,煤越早开始燃烧,燃烧速度也越快。     

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。     

基于活化能指标的煤自燃倾向性及发火期研究

在煤的自燃及热分析动力学的基础上,结合对神东矿区3种煤样进行了热重实验,运用热重分析手段对煤从常温到燃点之间的氧化热解过程进行了研究。运用不同动力学机制模型函数分别对热重分析数据进行了处理和相关性分析,结果表明煤炭氧化热解过程符合一级化学反应动力学机制,据此求出活化能等动力学参数。对基于活化能指标的煤的自燃倾向性及自然发火期进行了初步研究。经过研究发现,该方法是科学的、客观的。     

煤自燃的热重分析研究

利用实验模拟煤的自然发火过程,运用了非定温热重分析和微分热重分析手段,对4种煤样做了低温氧化实验研究,探讨了煤炭自然发火机理.运用Arrhenius典型方程分析出不同的热重数据,求出了煤样的动力参数,并讨论了煤低温氧化阶段的活化能和煤的自燃倾向性之间的关系.活化能可以作为划分煤自燃倾向性的参考指标.     

基于活化能指标的硫铁矿石自燃倾向性研究

在硫铁矿石自燃及热分析动力学基础上,结合永鑫黄铁矿3种矿样,运用热重分析手段对矿石从常温到燃点之间的氧化过程进行研究,用不同动力学模型对热重数据进行相关性分析.结果表明,硫铁矿石氧化热解过程符合一级反应动力学机制.运用热分析动力学方法求出矿样在不同升温速率下的活化能,发现随着升温速率的增加,矿样的活化能逐渐增大,自燃倾向性减小;但随着含硫量的增加,矿样的活化能逐渐减小,自燃倾向性增大.     

煤自燃的热重分析研究

利用实验模拟煤的自然发火过程，运用了非定温热重分析和微分热重分析手段，对4种煤样做了低温氧化实验研究，探讨了煤炭自然发火机理。运用Arrhenius典型方程分析出不同的热重数据，求出了煤样的动力参数，并讨论了煤低温氧化阶段的活化能和煤的自燃倾向性之间的关系。活化能可以作为划分煤自燃倾向性的参考指标。     

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.     

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。     

基于AHP的模糊法在面粉厂安全评价中的应用

随着经济的发展,面粉厂规模也逐渐扩大.近几年面粉厂发生爆炸的事故时有发生,对面粉厂进行安全评价,建立相应的预防措施显得非常必要.面粉厂安全性评价是综合运用安全系统工程的方法对系统的安全性进行度量和预测.本文确定了面粉厂安全性评价的指标体系,提出了应用AHP模糊法评价面粉厂安全性的方法和步骤,以及面粉厂安全性的等级划分,并应用AHP模糊法对面粉厂进行了实际评价.根据评价结果和存在的问题提出了一些可行的对策措施.评价结果对于面粉厂的安全生产有一定的指导作用.     

圆柱型燃烧器内甲烷燃烧转化率数值研究

甲烷燃烧具有环境污染小、放热量大等优点,但甲烷燃烧转化率受很多因素影响,因此,研究甲烷燃烧过程的转化率就显得尤为重要。基于计算流体力学中的涡耗散模型,运用有限容积法建立甲烷和空气非预混燃烧与扩散数学模型。针对具有3个小挡板,一个喷嘴的圆柱型燃烧器进行数值研究。结论:随着不同入口空气速度的逐渐增加,甲烷-空气非预混燃烧反应不充分,在轴向距离2 m处,反应生成的水和二氧化碳的含量逐渐减少,然而氧气增多,甲烷燃烧的转化率变低;随着不同入口甲烷速度的逐渐增加,甲烷-空气非预混燃烧反应充分,转化率变高;随着不同入口甲烷温度的增加,氧气浓度增加,甲烷-空气非预混燃烧反应不充分,转化率降低。     

数值分析方法在一起高危工艺分析中的应用

以二级放热反应为研究对象,在反应体系温度、浓度均匀分布的假设基础上,根据反应速率方程和热平衡方程,建立高危工艺反应的温度和转化率随时间变化的数学模型。采用数值计算技术,以一阶差分代替微分,并结合工艺中的恒温过程、绝热过程和飞温过程,编写计算程序求得其转化率、温度在不同时间点的数值解,揭示爆炸事故的发展过程,定量分析操作参数的影响和转化率、温度随时间分布的规律。同时通过对绝热反应时间、冷凝器的冷却能力的分析,结合冷凝器的移热能力和反应放热对反应体系热积累的影响,讨论防止反应失控发生的可能性。最后探讨冷凝器热负荷余量、反应物投料浓度比等因素对控制反应失控的影响。     

冻融循环作用下岩桥变形破裂及能量转化特征研究*

为研究寒区锁固型岩质边坡的破坏机制,对岩桥试件开展冻融循环试验和单轴压缩试验。以数字图像相关方法为观测手段获得加载过程中的全局应变场,分析冻融循环作用对岩桥变形破裂演化特征的影响。引入能量特征指标,探究冻融岩桥加载过程中的能量耗散和释放规律。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件抗压强度和弹性模量逐渐劣化;冻融循环作用未改变最终破坏模式,均表现为剪切裂纹贯穿中部岩桥造成的失稳破坏。冻融循环作用促进应变集中带的出现和扩展,加剧裂隙周边的应变集中程度。随着冻融循环次数的增加,试件储能极限和应变能峰后转化率逐渐降低,说明冻融循环作用减缓能量耗散和释放;试件最终破坏与能量转化密切相关,储能极限和应变能峰后转化率越大,试件脆性破坏越显著。     

Steam cavity and explosion intensity of molten copper column interaction with water

The steam explosion is one of the most serious accidents in the metallurgical industry. In this paper, an experimental study on the interaction of molten copper column with cooling water was carried out using high-speed camera and transient pressure measurement system. The effects of temperature, falling height, diameter and mass of molten copper column on the interaction were investigated. The steam cavity phenomenon was observed in the interaction and the percentage of steam cavity volume affects the probability of fragmentation of molten copper column. The maximum percentage of steam cavity volume increases firstly and then decreases with the increase of temperature and falling height. It increases with the increase of diameter of molten copper column, but the mass has a weak effect. The pressure wave generated by the interaction of molten copper column with cooling water gradually increases with an increase in the temperature of molten copper column. The energy conversion rate in the interaction of molten copper column with cooling water was calculated. The rate of energy conversion from the thermal energy of molten copper column to the energy of pressure wave is low because most of the thermal energy is dissipated into the cooling water by heat transfer.     

基于本质安全的微反应器中苯乙烯聚合的数值模拟

重大化工事故往往是由多米诺效应引发的一连串故障而导致的。为实现苯乙烯聚合反应的本质安全,采用本质安全设计原则,设计了T型微反应器以替换传统釜式反应器。先通过计算流体力学(CFD)方法建立了三维稳态模型,再通过UDF(User Defined Functions)添加组分输运方程源项和能量方程源项,对苯乙烯自由基聚合反应进行了数值模拟,研究在微尺度条件下,反应温度、混合反应管道长度及形状对反应结果的影响。结果表明:由于微反应器可提高传热传质效率,在一定范围内反应温度可以控制在3 K以内;反应管道由0.15 m增长至1.5 m后,转化率可提高2倍左右;0.15 m直管形状改进为螺旋状后,转化率可至少提升4%。     

Optimization of Innovative Ethanol Production from Wheat by Response Surface Methodology

A soft wheat variety has been tested as the raw material for fuel ethanol production via a novel processing route. The bran stream produced by the break section of a Buhler mill was used as the sole nutrient source in solid-state fermentation for the production of hydrolytic enzymes by two fungal strains, Aspergillus awamori and Aspergillus oryzae. Co-fermentation of the two fungi was largely problematic because of a significant difference between their growth rates. A mixture of the two enzyme solutions produced by separate cultivation of the two strains was effective for simultaneous starch and protein hydrolyses. Response surface methodology was used to design ethanol production trials using the flour hydrolysate as the only nutrient source by Saccharomyces cerevisiae. In a medium containing 150 g l⁻¹ glucose and 310 mg l⁻¹ free amino nitrogen, ethanol yield on glucose reached 50.7%, i.e., 99.2% of the theoretical conversion ratio, in 72 h. The yield of CO₂ from glucose was approximated as slightly higher than its theoretical yield due possibly to the availability of O₂ in the early fermentation stage. The overall production of 2-methyl-1-butanol, 1-propanol, 2-methyl-1-propanol and 3-methyl-butanol in all trials of yeast fermentation remained below 1000 ppm. Mass balance calculation concluded conversion ratios of 29.61% (w/w) ethanol and 23.74% (w/w) CO₂ from the wheat.     

基于正交实验的面粉爆炸特性研究

为探究面粉爆炸实验中粉尘质量浓度、点火能量、点火延迟时间对面粉爆炸的影响,采用正交实验法并利用20 L球形爆炸测试装置比较研究了粉尘质量浓度、点火延迟时间以及点火能对面粉爆炸的影响程度。结果表明:对最大爆炸压力影响最为显著的因素是点火延迟时间,对最大爆炸指数影响最为显著的因素是粉尘质量浓度;在实验浓度范围内,存在最佳实验条件。当粉尘质量浓度500 g/m3、点火延迟时间100 ms时,面粉爆炸最剧烈。     

Minimum Ignition Temperature of layer and cloud dust mixtures

The prevention of dust explosions is still a challenge for the process industry. Ignition, in particular, is a phenomenon that is still not completely understood. As a consequence, safety conditions pertaining to ignition suppression are rarely identified to an adequate level. It is well known that, in general, the ignition attitude of a dust depends on several factors, such as the nature of the chemical, the particle size, moisture content, etc., but there is still a lack of knowledge on the effect of the single variables.This paper has the aim of providing data on the Minimum Ignition Temperatures of dust mixtures obtained from a mixing of a combustible dust (flour, lactose, sucrose, sulphur) and an inert dust (limestone, extinguishing powders) as well as from the mixing of two different combustible dusts. Various mixtures with different weight ratios have been tested in a Godbert Greenwald (GG) furnace and on a hot plate in order to measure the effect of mixture composition on the Minimum Ignition Temperature (MIT_L) of the layer and on the Minimum Ignition Temperature (MIT_C) of the cloud. In order to further verify the effects of inert dust particle size, inerts sieved to different size ranges have been tested separately. Generally, both MIT_L and MIT_C increase as the inert content is increased. MIT_C is poorly affected by inert particle size when limestone is used. The MIT_L of pure flour is higher than the MIT_L of mixtures containing up to 40% of 32–75 μm of limestone. This was probably due to the behaviour of pure flour during the test, which demonstrated strong tendency to produce char, cracks in the layer and detachment from the hot plate.     

消防脉冲水枪喷嘴结构优化研究

为了进一步提高脉冲水枪的灭火效率，采用CFD技术对维多辛斯基曲线结构、锥直结构和锥角结构3种喷嘴结构进行选型优化。CFD数值模型采用RNG k-ε方法模拟湍流，利用VOF模型追踪管道内部及外部流场的气液界面，研究了不同喷嘴结构对气液分布、能量转化、速度分布的影响，并结合水室中水的体积分数和出口速度曲线图对喷射周期进行分析。研究结果表明:维多辛斯基曲线结构射流周期T=14.8 ms、锥直结构T=15.4 ms、锥角结构T=17 ms；维多辛斯基曲线结构和锥直结构的出口速度衰减较缓慢，喷嘴前端的圆柱结构能提高射流速度的稳定性；维多辛斯基曲线结构喷嘴的出口速度更稳定、集束性更好、能量转化率更高，且产生的射流水柱呈锥式逐渐扩散，动能集中分布在轴线附近，能有效增大喷射距离，提高脉冲水枪的灭火效率。