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。     

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。     

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.     

过氧化苯甲酰合成工艺热危险性分析

采用RC1e反应量热仪对过氧化苯甲酰(BPO)合成工艺危险性进行研究,测试不同Na OH溶液初始浓度(1.96 mol/L、3.93 mol/L、7.14 mol/L)下反应的放热历程,获得BPO合成反应过程中的热危险性参数,并采用PHI-TECⅡ绝热加速量热仪对产物进行热稳定性分析,最后评估该反应热风险。结果表明,Na OH浓度为7.14 mol/L时,反应初期放热速率慢,热累积度大,后期反应剧烈,绝热温升(ΔTad)及热失控时工艺反应达到的最高温度(MTSR)最大。热稳定性试验表明,合成的粗产物BPO初始分解温度、活化能、指前因子、最大放热速率到达时间为24 h时的对应温度(TD24)均低于纯BPO。利用合成粗产物BPO的TD24对反应进行危险度评估,该工艺热危险性等级均为5级,工艺危险性大。     

过氧乙酸叔丁酯热解特性分析及相容性研究

为分析过氧乙酸叔丁酯(TBPA)的热解危险性,采用差示扫描量热仪(DSC)、绝热量热仪(Phi-TEC II)和气质联用仪(GC/MS),试验研究TBPA的热解特性以及酸碱与TBPA的相容性,分析TBPA热解产物,并推测可能的热解路径;根据Starink法和速率常数法确定热解反应动力学参数,推算绝热条件下最大反应速率到达时间(TMRad)为24 h时所对应的温度θ_(d24);结果显示,绝热条件下TBPA起始放热温度为83.0℃,绝热温升为214.5℃,θ_(d24)为63.46℃。研究表明:TBPA混合H_2SO_4溶液后,混合物热解起始放热温度降低,反应更为剧烈,而NaOH溶液对TBPA的热解危险程度影响不大,必须严格控制生产工艺温度及储运温度,并应在合成工艺中优先选择NaOH作为反应物,尤其需要注意酸性物质对TBPA热解的影响。     

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。     

混酸中甲苯半间歇硝化过程的危险性研究

为了解甲苯在混酸中硝化的危险性,用差示扫描量热法(DSC)测试甲苯、混酸及一硝基甲苯的热分解情况,用反应量热仪(RC1e)研究搅拌速度、温度及硝酸过用率3因素对目的反应的影响。结果表明,混酸分解温度最低,而当目的反应的3因素出现异常,以及反应过程中发生冷却失效时,均可导致硝化反应体系不稳定,此时若不停止加料,并采取措施,易引起混酸的分解,进一步可引起一硝基甲苯的分解,导致严重后果。     

乙酸对过氧化氢热稳定性的影响

为了研究氧化脱硫工艺中以乙酸作催化剂为代表的过氧化氢/羧酸氧化体系的热稳定性,利用快速筛选仪和绝热加速量热仪对过氧化氢/乙酸体系的放热分解过程进行试验研究,得到其初始放热温度、最大温升速率等参数.结果表明,30％过氧化氢和乙酸在等体积配比时具有的危险性最大;乙酸的加入使过氧化氢的活化能、初始放热温度降低,体系的热稳定性降低.通过绝热相容性分析计算可知,30％ H2O2和H2O2/CH3COOH的平均加速度分别为0.579 8和0.049 8,乙酸和过氧化氢的相容性较好,体系的危险性降低.     

间歇式反应器热失控情景研究:以酯化反应为例

为预防间歇式反应器热失控风险,以恒温间歇式丙酸异丙酯合成反应为原型,利用反应量热仪(RC1e)获得不同冷却温度下反应放热特性及热动力学参数,并对计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟结果进行试验验证。基于经验证的CFD耦合模型,对反应过程中搅拌和冷却失控情景进行模拟分析,分别从搅拌转速、冷却温度以及冷却流速失控3方面,研究失控情景对反应温升的影响。结果表明:反应温升对不同失控情景存在参数敏感性,其中冷却流速对反应温升影响较大,较低的入口冷却流速直接促使局部换热死区的形成,使失控时间相对标准工况提前近1/5,温度提高近22℃;以反应失控判据Chaos准则为警报标准,确定反应器最佳温度探测器应安装在反应液系内部远离冷却入口且靠近液面1/3处及以上的位置。     

偶氮二异丁腈热安全性分析与评估

为获得偶氮二异丁腈(AIBN)在各种热应力条件下的危险参数,通过简化的压力容器试验测试AIBN的热分解激烈性等级,采用差示扫描量热仪(DSC)和绝热量热仪(ARC)对AIBN的热分解过程进行研究,用动力学与热稳定性分析软件AKTS计算动力学参数在整个反应进程中的变化情况,并根据ARC测试结果推算自加速分解温度(TSADT)。结果表明:AIBN的热分解激烈性为Ⅱ类,易呈现爆炸特性;其初始分解温度和TSADT很低,分别约为78℃和61℃,且分解放热过程和熔融吸热过程同时发生。因此,在AIBN的生产、使用、贮存和运输等过程中应加强温度监控,并根据实际情况采取降温措施。     

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℃。     

贫氧条件煤自燃产热特性试验研究

为探究煤自燃规律,选取陕西彬长集团大佛寺煤矿40106工作面不同回采时期的2组煤样作为试验样品,开展贫氧条件下煤放热特性试验研究。采用计算机智能动态稳定配气装置,并利用差示扫描量热仪(DSC)测试煤样放热数据。试验数据分析表明:随着煤样温度的升高,煤样放热量受氧体积分数的影响程度逐渐增大;随着环境贫氧程度的增大,即氧体积分数从21%降至5%,煤自燃过程放热速率的分界点温度基本呈线性增高趋势,煤自燃加速氧化阶段被延迟;由分界点确定的缓慢放热阶段与加速放热阶段的活化能均随着氧体积分数的降低而呈线性缓慢升高,贫氧条件对煤样反应及热效应有饱和抑制作用。     

环氧乙烷水溶液失控反应特性研究

为了系统研究环氧乙烷水溶液失控反应热动力学参数的变化规律,采用等温扫描量热仪C600和绝热量热仪VSP-2分别对环氧乙烷水溶液进行了量热试验研究,得到了纯环氧乙烷的热稳定性数据,以及不同质量分数环氧乙烷水溶液的起始放热温度、最高放热温度和压力、放热量、绝热温升及失控反应过程的温度、压力变化等。结果表明,纯环氧乙烷发生失控反应的起始温度接近360℃,其放热量高达2 600 k J/kg。水加入环氧乙烷能够显著降低体系的起始放热温度至200℃以下。随环氧乙烷水溶液质量分数升高,失控反应致灾后果的严重程度明显提高。最高温度和压力、温升和压升速率、放热量及绝热温升随环氧乙烷质量分数升高而增大,而达到最大反应速率的时间减小。     

有机溶剂对过氧化环己酮热危险性的减敏效果评价

在纯过氧化环己酮(CYHPO)储运中常添加减敏剂,以降低其热危险性。为了对比评价减敏性能,采用绝热加速量热仪测试了纯CYHPO及加入等质量邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、正己酸(HAA)和环己醇(CCH)后的热危险参数,并计算了上述5种样品的反应动力学常数和绝热校正数据,建立了包括初始放热温度T0和绝热反应加速度SARC的减敏效果判据,对4种减敏剂的热危险性减敏效果进行了评价。结果表明,DOP对CYHPO热危险性的减敏效果最好。     

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。     

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。     

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。     

弱粘煤低温氧化活性基团与热效应的研究*

为研究煤氧化过程中活性基团的演变规律及热效应的变化特征,利用原位红外实验装置,实时测量煤升温过程中官能团的动态变化,数据处理得到弱粘煤红外波谱图,利用差减法对特征温度点下的红外光谱图进行处理,得到煤样的差示光谱,计算特征温度点下的红外结构参数;采用差示扫描量热仪,测量煤氧化过程中热流的变化,得到弱粘煤的热流曲线图,并对热流曲线进行阶段划分和氧化动力学计算。结果表明:弱粘煤中芳环数量比较少,环周围侧链较长,内部结构疏松,内部毛细管比较发达,内表面积较大,更容易发生自燃;整个氧化过程中羟基最为活跃,含氧官能团次之,其次是脂肪烃;红外参数计算结果HAL,I2整体呈减小趋势,I1,I3整体呈增大趋势;弱粘煤放热阶段的活化能值为25.12～61.26 kJ/mol,并随着升温速率的增大而减小,与此阶段放热量随升温速率的增大而增大相对应。     

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。     

无机酸对硝酸铵热稳定性影响的研究

为了研究硫酸、盐酸两种无机酸对含能材料硝酸铵热稳定性的影响,使用绝热加速量热仪ARC和微量量热仪C80,对纯硝酸铵及硝酸铵和硫酸、盐酸的混合物进行了热分析实验并研究各种样品在恒温以及升温条件下的吸、放热特性。根据化学反应动力学和热力学理论,确定了硝酸铵及其与无机酸的混合物发生放热分解反应的反应动力学参数和热力学参数。基于Semenov热爆炸模型,计算并比较了各样品标准包装的自加速分解反应温度。