化学反应动力学应用于约束爆炸的研究

<正>化学反应动力学在约束爆炸中的应用主要是把化学反应反应中产生的动力因素和动力具体参数耦合到约束爆炸中,计算出具体的约束爆炸在封闭环环境中因高温而产生的具体压力数值以及爆炸所释放出的热量数值,从而为以后更好的控制约束爆炸反应提供更出准确的热应变和产生的力学效应数据。本文就着重对国内外较为著名的该项研究事例进行实验技术、试验方法的具体分析,比较详细的阐述出在约束性爆炸反应中引入化学反应动力学     

化学品活性反应危险性表征方法研究

通过对国内外典型活性化学反应事故的研究,在传统和通用的化学反应危险性评价表征方法的基础上,提出使用化学反应的最大功密度表征化学反应热危险性的新方法。该方法将化学反应的热力学参数和动力学参数相结合,全面表征了反应过程的热危险性。采用加速量热仪模拟硝酸铵、过氧化氢,以及多种有机过氧化物的绝热反应放热情况,并运用测得的参数,计算得到其最大功密度,并与传统动力学计算方法得到的结果进行比较。根据对实验和计算结果的分析证明:利用最大功密度的方法评价化学反应的危险性更符合化学反应的实际情况,该方法为化学品安全生产提供可靠的技术支持。     

简单放热化学反应体系热安全性研究判据

许多危险化学物质在发生热化学反应的同时通常会放出热量,如果能量不能有效释放就可能引起火灾和爆炸事故,考虑到化学物质对热的响应方式非常复杂,从分析绝热条件下化学物质的热化学反应动力学入手,利用化学物质的物理化学特性参数计算化学反应体系在绝热条件下发生热化学反应的温升速率dT/dt,进而获得有关的动力学因子A,E等。结果表明,尽管在近似绝热条件下化学反应体系的热化学反应与其本身的特性和反应容器有关,但温升速率dT/dt只与物质的物理化学特性参数有关。含氯酸钾的几种简单放热反应体系的ARC实验结果进一步验证了这一结论。因此,同一种化学物质与不同物质构成的多元混合反应体系在相同近似绝热条件下的热化学反应特征参数,可以作为判据用来比较并评价体系的相对安全性,该判据对表征热化学反应的难易程度以及物质的相对安全性起到一定的指导意义。     

卤代海因的危险特性实验研究

为评价卤代海因的危险特性,通过克南实验、时间压力实验以及固体氧化性实验分别对二氯海因、溴氯海因以及二溴海因的爆炸性和氧化性进行了测试,通过家兔皮肤刺激性/腐蚀性实验对三种卤代海因的刺激性进行了研究,并分别对三种卤代海因的危险性进行了对比分析。结果表明：二氯海因、溴氯海因以及二溴海因都具有氧化性、对家兔皮肤具有严重刺激性、在正常商业包件中可能达到的压力下点火会导致具有爆炸猛烈性的爆燃;溴氯海因以及二溴海因克南实验极限直径均小于1.0mm,在封闭条件下加热不显示效应,二氯海因的克南实验极限直径为2.0mm,在封闭空间加热显示某种效应。三种卤代海因的氧化性和对家兔皮肤的刺激性没有显著区别,但二氯海因较溴氯海因以及二溴海因在封闭空间加热显示的效应更强。     

未来清洁动力车:燃料电池汽车

目前,一种很有市场前景的清洁动力汽车——燃料电池汽车,成为国际汽车巨头竞争的一个热点。燃料电池汽车利用氢与氧进行化学反应产生电,然后再以电能驱动;通过氢和氧化学反应生成水蒸气,不排放碳化氢、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物质,是21世纪最有前途的环保型汽车。     

林南仓矿煤低温氧化动力学实验研究

为了研究林南仓矿煤的低温氧化的动力学特性,选取来自不同煤层和采区的3个煤样为实验煤样。通过工业分析和元素分析确定了煤的种类为中高挥发分烟煤,自燃等级为Ⅱ类自燃。分析热重实验结果将低温氧化过程分为失重阶段和增重阶段,确定两阶段为一级化学反应,随着反应深入氧化所需的能量增加。升温氧化实验过程中气体的质量浓度和种类随温度升高而增加,利用电子自旋共振波谱仪研究不同氧化温度下煤中自由基的数量,结果显示自由基浓度出现先减小后增加的趋势。从宏观和微观两个角度提出随着反应程度的加深反应所需能量以及气体产物和自由基数量之间的关系,进一步揭示煤自燃的发展进程。     

乙醇及自由基引导对甲烷预混火焰结构影响的数值模拟

本文使用了详细化学反应动力学机理计算模拟了混合有乙醇及典型自由基引导的甲烷预混火焰结构.该反应机理由Marinov研究组研究发表,包含有56个组分以及372个反应.本文的计算使用了CHEMKIN-3以及预混火焰代码,热力学及输运部分的计算基于Sandia国家实验室和Marinov研究室发布的数据库.火焰结构中主要产物的变化,关键中间产物和次要组分的计算结果显示加入乙醇和自由基都可以减少着火延迟.本文计算了三种不同条件下的火焰结构,分别为预混CH4/O2/N2火焰;预混甲烷/乙醇火焰;和加入引导自由基在甲烷/乙醇混合燃料中.此外还有含有自由基的甲烷火焰和加入乙醇的甲烷火焰比较.     

煤矿瓦斯爆炸阻隔爆技术现状及展望

煤矿主要采用隔爆水棚或岩粉棚来抑制瓦斯爆炸火焰传播,但此类技术仅针对一次性瓦斯爆炸,而缺乏对多次及连续瓦斯爆炸的有效阻隔爆手段。仅注重对燃烧波的淬熄作用,对造成很大破坏的冲击波的衰减效果不足。多孔介质的淬熄火焰和衰减冲击波的效能已得到国内外专家的重视,实验研究了多层丝网和多孔材料如泡沫铝和泡沫陶瓷的阻隔爆效果。泡沫陶瓷作为一种多孔介质,具有开孔率大、耐高温、抗冲击力强的优点。理论分析和实验研究表明,由于壁面的多次撞击效应,多孔介质可以有效地销毁瓦斯燃烧化学反应产生的自由基数量,抑制化学反应的放热,使化学反应不能自持进行,进而淬熄燃烧火焰传播;可以大幅衰减瓦斯爆炸的冲击波强度,起到同时淬熄燃烧火焰和衰减冲击波的作用。多孔介质有望成为煤矿井下一种新型的瓦斯爆炸阻隔爆材料和方法。     

芳香类有机物的氯化反应特性研究

选取几种受污染水中有代表性的芳香类有机物进行氯化试验,研究芳香类有机物在饮用水消毒过程中的氯化反应特性,分析芳香类有机物的化学结构对生成消毒副产物三卤甲烷和卤乙酸的影响.1)各受试物质消毒副产物(三卤甲烷和卤乙酸之和)的生成量和生成速率从大到小依次为2,4-二氯酚、2,6-二氯酚、2,3-二氯酚、对苯二酚、苯酚、苯乙酮和苯甲醛.2)芳香类有机物氯化生成消毒副产物的特性取决于苯环上官能团的性质、数量和位置等.苯环上的供电子基有利于消毒副产物的生成,吸电子基则相反;苯环上羟基的数量越多,越容易生成消毒副产物;间位官能团结构的芳香类有机物容易生成三卤甲烷,邻位和对位官能团结构的芳香类有机物则容易生成卤乙酸.3)对苯二酚的氯化反应可分为快速反应和慢速反应两个阶段.     

孔隙结构对焦碳燃烧影响的数值研究

煤粒在热解过程中,由于不同的加热速度和不同的热解最终温度所产生的孔隙结构也不同,本文建立了多组分并存的情况下,综合考虑化学反应,内外传递过程及颗粒孔结构变化在内的单颗粒焦碳着火燃烧模型,计算出３种不同孔隙结构焦碳的转化率,氧化反应率及比面积的变化,比较了它们之间的差异。     

脉冲放电导致的等离子化学反应——PPCP和SPCP及其应用

在等离子化学反应中,离子几乎无助于化学活性物生成,而电子却能将活性转移给分子。为了发生等离子化学反应,过去主要采用以下方法:提高温度,使原子和分子的热运动加剧,改变碰撞过程外层电子的状态;提高压力,使平均自由行程缩短,从而提高碰撞的可能性;使原子和分子附着于催化剂上,在其活性中心的特殊电子轨道(杂质能级和间隙能级)内夺取外层电子,降低反应活化能。一、等离子化学和非平衡等离子     

添加H2对生物质气层流燃烧特性的影响

为研究H₂对生物质气层流燃烧特性的影响，在内径和长度均为200 mm,点火位置为正中央的圆柱形定容燃烧弹内进行当量比为0.6～1.4、H₂体积分数为7.15%～33.15%的掺氢生物质气/空气燃烧试验。利用高速摄像仪采集火焰传播图片，并通过计算分析软件Chemkin-Pro进行化学反应路径分析。研究结果表明：添加H₂对生物质气/空气的层流燃烧速度起促进作用，在贫燃侧增长效应平稳而在富燃侧增长效应显著，使火焰的不稳定性增强；火焰结构中主要自由基浓度的增大是引起层流燃烧速度增大的主要化学动力学原因；H₂主要通过参与HCO基团氧化加快反应速率，富燃侧层流燃烧速度显著增大的原因是H₂作用的路径多为有O₂参与的反应。     

生物质燃烧过程颗粒模型现状分析

生物质颗粒燃烧过程计算是生物质能利用、火灾过程分析及城市固体垃圾焚烧技术开发的基础。其计算结果的准确度取决于对所研究物理问题的数学模型是否正确。总结了生物质颗粒燃烧涉及的模型。对比了反应区域模型中面反应模型和体积反应模型,指出面反应模型适合计算传输控制过程,而体积反应模型适合计算动力控制或动力传输共同控制的过程。总结了干燥、热解、炭氧化等物理化学变化以及动量、热量和质量传递主要方程及方程中涉及的参数。结果表明,这些方程和参数差异显著,仍需实验研究辅助模型选取。     

污水厂污泥在不同氧气浓度下的热分析动力学特性研究

为了解在不同氧气浓度下污泥的热解燃烧行为和动力学机理,利用热重差热分析仪,在不同氧气浓度下,对经过不同干燥温度干燥的污泥样品进行热重差热实验.通过分析氧气浓度和干燥温度对样品热分析曲线的影响发现,干燥温度对污泥样品热分析的影响很小,但氧气浓度对其有明显的影响;随着氧气浓度的增加,热分析曲线有规律的向左偏移.在此基础上,提出污泥在不同氧气浓度条件下3种物质独立反应的热化学反应动力学模型.在该模型中,3个阶段分别对应3种不同的物质独立反应.在各种氧气浓度条件下,这3种物质的反应过程均符合一级反应模型.随着氧气浓度的上升,3个阶段对应的活化能和频率因子呈现上升趋势.     

石棉表面改性对石棉诱导人胚肺细胞产生羟基自由基的影响

为了研究用柠檬酸铝、混合稀土或亚硒酸钠预处理温石棉对石棉诱导人胚肺(HEL)细胞产生羟基自由基(·OH)的影响,笔者用不同浓度的柠檬酸铝、混合稀土或亚硒酸钠溶液浸泡温石棉1小时后,再将其与人胚肺细胞共同孵育,利用电子自旋捕获法测定反应体系中羟基自由基信号。结果显示,石棉可诱导人胚肺细胞产生羟基自由基,并且所产生的自由基信号(峰高)随石棉浓度升高而增强,呈一定的剂量依赖性。经3种化合物预处理的温石棉组人胚肺细胞所产生的自由基信号(峰高)均明显低于未处理温石棉组。上述结果表明,温石棉可诱导人胚肺细胞产生羟基自由基,但用3种化合物预处理温石棉,均可抑制温石棉诱导人胚肺细胞产生羟基自由基。     

不同磁性金属丝对丙烷爆炸反应抑制机理研究

为探究不同材质金属丝自身磁性差异对抑制气体爆炸的影响,在密闭圆形管道中进行丙烷-空气爆炸实验,采取爆炸瞬态压力测试、产物组成色谱检测和数值模拟机理分析相结合的方法进行探究。结果表明:与填装非磁性铝丝组相比,铁磁性铁丝组爆炸压力峰值更低;产物中一氧化碳和二氧化碳含量减少,残余丙烷和生成烃类物质种类和含量均增多;模拟分析得到温度敏感性基元反应R96,R1,R334,R276,R396,R254促进温度升高,R104,R409,R19,R358抑制温度升高;铁磁性的铁丝可能由于自身的感应磁场效应使其抑制自由基反应较铝丝更为有效。研究方法将产物分析与数值模拟相结合,对分析爆炸特性和抑爆机理具有参考意义。     

芳香类有机物在饮用水消毒过程中的氯化反应活性研究

在试验水样中分别加入几种代表性的芳香类有机物进行氯化试验,研究芳香类有机物在饮用水消毒过程中的氯化反应活性,并使用气相色谱仪(ECD检测器)测定消毒副产物三卤甲烷和卤乙酸的生成量.结果表明: 1)各受试物质氯化生成消毒副产物的活性(生成量和生成速度)从大到小依次为间苯二酚、对苯二酚、邻苯二酚、苯酚、苯胺、苯甲酸、硝基苯;2)芳香类有机物氯化反应生成消毒副产物的活性取决于苯环上官能团的性质、数量和位置等;3)苯甲酸的氯化反应可分为快速反应和慢速反应两个阶段.     

Fenton试剂降解中年期垃圾渗滤液的条件及动力学研究

通过实验研究了Fenton体系中羟基自由基的生成规律,考察了H2O2浓度、FeSO4浓度、pH值3个因素对羟基自由基生成规律的影响,这3个因素对羟基自由基的生成均有较大的影响;采用“生成率”实验确定最佳操作条件,分析了Fenton试剂降解中年期垃圾渗滤液COD的动力学过程,将其分为2个近一级反应,反应速率常数分别为-538．5mg／（L&#183;h）和-30．3mg／（L&#183;h）。     

CO_2抑制甲烷-空气链式爆炸微观机理的仿真分析

为从分子角度研究CO2在甲烷爆炸过程中的作用以及抑制机理,应用Gaussian 09软件,运用密度泛函(DFT)理论的B3LYP/6-31G方法,对用相关基元反应作仿真定量分析和仿真热力学与动力学分析。通过假设和验证,初步揭示CO2在甲烷爆炸过程中的抑制机理。结果表明,CO2是以稳定的第三体存在,未参与原子交换反应,但CO2促进了甲烷爆炸链引发中的甲基自由基的结合反应,降低了关键自由基甲基的浓度,中断了甲烷爆炸链,同时乙烷的氧化反应不会强化甲烷的爆炸反应。     

烷烃类燃料/空气预混气着火过程数值预测

理论分析烷烃类燃料,空气混合物热着火过程,并对IPIC－CFDII软件进行修改,使之适全合资料零维着火计算,程序采用了美国SANDIA国家实验室,NASA和BERKELEY大学热力学数据库中的相关参数以及大型化学反应动力学软件包CHEMKIN中相关的模型和子程序,运用开发的源码,以庚烷／空气预混气为例,采用庚烷氧化的最新化学反应动力学机理（包含290个基元反应,涉及57种组分）,计算了其在不同点火温度,不同当量比和不同压力下的着火延迟时间,同时预测了火焰中反应物,主产物,自由基沈庆以及温度变化的时间进程,以具体说明该软件的应用效果。