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。     

双氧水热失控时的泄放面积评估

为了保证50％双氧水热失控时在储罐中的安全泄放,利用VSP2(Vent Sizing Package 2)模拟了50％双氧水在带放空测试池中绝热条件下的热失控过程,得到了过程的温度、压力、温升速率变化情况,利用DIERS通用方法计算了50％双氧水安全泄放所需的放空口面积,得到了放空口面积的计算公式.结果表明,储罐设置足够的放空口面积可保证双氧水的安全泄放,在充装系数为0.8时所需的放空面积为0.005 2 V/m.     

氯丙烯直接环氧化工艺反应物料危险性研究

为了保证利用双氧水氧化氯丙烯直接环氧化制备环氧氯丙烷新工艺的安全开发,针对此工艺涉及的混合危险物料,利用C80量热仪对混合物料热稳定性进行了测试,获得了混合物料热扫描曲线;利用AKTS软件处理得到了混合物料热特性参数和分解动力学数据,在此基础上结合HYSIS软件进行了预防气相燃爆方面的安全分析。结果表明:混合物料初始pH值为8左右,其pH值随放置时间延长而降低;混合物料TD24值为21.3℃,混合物料发生失控的可能性等级为高;混合物料中双氧水分解受温度影响较大,在30℃和60℃下,混合物料分别经过1.3 h和0.8 h就会分解释放出达到氧含量报警值的氧气。     

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.     

环氧乙烷热稳定性及杂质对其影响研究

为研究环氧乙烷热稳定性及杂质对其影响,利用C600微量量热仪对环氧乙烷进行热分解试验研究,获得了环氧乙烷分解活化能和绝热条件下到达最大反应速率所需时间(TMRad)等动力学参数.研究了氢氧化钾固体、45％氢氧化钾溶液、三氧化二铁和六水三氯化铁对环氧乙烷热分解特性的影响.结果表明:随温升速率的增加,环氧乙烷热分解起始放热温度逐渐增大;分解活化能E在55～ 90 kJ/mol;环氧乙烷在常温下不易发生热失控;但氢氧化钾固体、45％氢氧化钾溶液、三氧化二铁和六水三氯化铁均对环氧乙烷的热分解有一定程度的影响,使其起始放热温度和最大放热温度都有不同程度的降低,且氢氧化钾溶液和氢氧化钾固体的影响最为明显.     

醇对过氧化氢热危险性的影响研究

为了防止过氧化氢在生产、储存、运输和使用过程中因为混入杂质导致火灾爆炸事故,利用绝热加速量热仪对过氧化氢及其掺杂醇类物质后的放热分解过程进行了试验研究.结果表明,醇使过氧化氢的初始放热分解温度、活化能和SADT均降低,热危险性增加;正丙醇对过氧化氢热分解的促进作用大于无水甲醇和无水乙醇.     

低压环境对锂电池热失控释放温度影响

为研究锂电池在民航飞行低压特殊环境的安全性及发生热失控灾害后的高温危险性,通过可模拟飞行变动条件的动压变温实验舱开展系列实验,研究锂电池在不同低压环境下的（101,60,30 kPa）多节18650型锂离子电池热失控温度特性,采集电池池体温度及热失控喷射释放温度等参数。研究结果表明:随环境压力降低,圆柱锂电池间的热失控传播并不能被阻断,但锂电池热失控灾害所释放产生的高温区域减少,且高温持续时间变短,释放所产生温度的高温危险性随环境压力的降低而有所降低。     

硝基苯精馏过程爆炸事故的影响因素试验研究

为了对存在热失控危险的硝基苯精馏装置爆炸事故因素进行研究,利用RSD快速筛选量热仪,对硝基苯精馏塔中存在的主要危险物质(硝基苯、二硝基苯和二硝基酚钠盐)进行试验测试,筛选出最危险物质.在获得主要危险物反应质热失控的基础数据条件下,对二硝基酚钠与硝基苯间不同比例的复配物进行热分析测试.研究表明:在相同的操作条件下,二硝基酚钠盐有放热反应,纯物质硝基苯和二硝基苯在测试条件下较稳定,没有放热现象;当二硝基酚钠盐与硝基苯复配后在试验过程中有强放热反应,存在较大的热失控风险.     

包装性能对空运锂电池热失控影响的定量研究

包装是防止空运锂电池热失控后果扩大的关键,提出了一种基于试验的空运锂电池包装性能定量评价方法,利用自主设计的锂电池火灾试验平台对锂电池包装件开展热失控试验,结合试验结果分析选取初爆时间、初爆和燃爆时间间隔、热失控电池数量、峰值温度作为锂电池包装性能等级评价指标,引入物元可拓法构建包装性能熵权物元可拓模型,通过对不同包装形式和材料的锂电池包装件进行评价可知:现有瓦楞纸包装性能等级为Ⅲ(差),会严重威胁锂电池空运安全;采用玻璃纤维板包装,包装方式为玻璃纤维隔板加盖板时性能等级为I(优良),可显著提高空运安全性。     

基于热成像面积变化率的锂电池热失控研究

锂电池在生活中的使用越来越普及,但锂电池热失控造成的损失是不可估量的。使用红外热成像监测锂电池表面高温区域面积的扩散,从电池过充、内部隔膜刺穿和外部短路3个方面获取电池热成像的表面高温区域分布。通过MATLAB对电池升温过程中的热成像进行红外图像处理,使用最大类间方差法分割电池表面的高温区域。最后采用高斯逼近函数拟合高温区域面积的变化,分析出3种锂电池热失控的原因。     

过氧化氢热爆炸研究进展

过氧化氢作为绿色环保的氧化剂,广泛应用于工业的各个领域,同时也因其热分解爆炸危险性导致了一系列严重的火灾爆炸事故。过氧化氢在高温或与一些不兼容化学物质作用下,将会激发其热危险性,进而引发热失控反应,最终导致爆炸事故的发生。结合近年来国内发生的过氧化氢热爆炸事故,简要概述了其热爆炸事故历程,并从理论研究和实验研究两个方面综述了过氧化氢热爆炸的研究进展。理论研究方面,主要介绍了化学反应失控模型和基于热动力学的研究方法,尤其对基于热失控模型的热风险评估进行了详细的阐述。实验研究方面,分析了高温条件下与杂质催化作用下过氧化氢的热危险性,包括无机杂质和有机杂质。最后就过氧化氢热爆炸的研究提出了进一步的研究方向。     

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。     

不同外热部位下18650型锂离子电池热失控研究

为探究不同外热部位对18650型锂离子电池热失控特性的影响,通过自主设计的试验平台对电荷量为100%的18650型锂离子电池开展不同外热部位下热失控试验,探讨不同部位外热源对电池热失控行为过程、热失控响应时间、温度特性、电池破裂部位的影响。结果表明:在相同热源功率条件下,外热源位置对电池热失控过程中初爆与二次燃爆间的时间间隔存在影响,顶部加热时安全阀打开瞬间便发生二次燃爆,底部和中部加热工况下,时间间隔分别延迟至18 s和40 s;中部加热时池体温升速率最慢,为0.873℃/s,分别为顶部和底部加热时的77.5%和77.8%;中部加热时热失控响应时间最长达290 s,顶部和底部加热时分别缩短12.4%和30.0%;顶部和底部加热时,热失控破裂部位集中于顶部"褶皱处"和底部防爆阀,但在中部加热工况下,电池发生破裂部位的随机性增加,其外壳破坏程度也有增加。     

不溶性腐殖酸对重金属离子的吸附研究

讨论了不溶性腐殖酸(IHA)对水中重金属pb2 、Cd2 、Cu2 的吸附去除作用.将可溶性腐殖酸进行改性处理,制备了不溶性腐殖酸,并应用差热分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)等测试手段对其热性能及微观形貌进行了分析表征.研究了不溶性腐殖酸对水溶液中的Pb、Cd、Cu等重金属离子的吸附特征.吸附等温线分别以Linear,Frendlich和Langmuir方程进行拟合,结果显示吸附的最佳模型为Frendlich方程.利用该方程拟合的数据,由Clausius-Claperyon's方程计算出的pb2 、Cd2 、Cu2 吸附焓变值说明,重金属在不溶性腐殖酸上的吸附以物理吸附为主.同时考察了温度、酸度及吸附时间对吸附的影响.结果表明,随着温度的升高和pH值的增大,不溶性腐殖酸对pb2 、Cd2 、Cu2 的吸附量增加.随着pH的增加,在近中性条件下不溶性腐殖酸对重金属离子的吸附率高且稳定.当pH=7时,在实验浓度范围内pb2 、Cd2 、Cu2 在不溶性腐殖酸中的吸附率分别为98.73%,97.86%,99.25%.吸附进行12 h以后,吸附作用基本达到平衡.不溶性腐殖酸对重金属离子具有强烈的吸附作用且吸附率稳定,可以广泛用于去除污水中的重金属离子.     

复合乳化剂对乳化炸药热安全性影响研究

为了探究复合乳化剂对乳化炸药热分解特性的影响,使用C80微量热仪通过MC法研究了乳化剂A(SP80)和乳化剂B(T152)作为单一乳化剂和复合乳化剂(加入比例为1:1、1:2、2:1)制备的乳化炸药。以升温速率为0.5K/min时的C80热流速曲线为基础来求解5种炸药热分解反应的表观活化能(Ea)、指前因子(lnA)等热安全参数。结果表明,使用复合乳化剂制备的乳化炸药稳定性均高于使用单一乳化剂的乳化炸药。采用复合乳化剂可导致乳化剂分子间排斥作用降低,使分子排列更紧密,增加了界面膜的致密性。当加入的乳化剂比例为m(SP80):m(T152)=1:2时,由于两种乳化剂相互作用形成致密的复合界面膜,其稳定性最高。     

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.     

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。     

氯化钠和二氧化硅对过硫酸铵热稳定性的影响

采用绝热加速量热仪（ARC）对分析纯过硫酸铵、含10%氯化钠杂质的过硫酸铵以及含10%二氧化硅杂质的过硫酸铵进行热分析实验,得到了实验过程中温度、温升速率和压力等数据,计算了3组样品的反应动力学参数,引入热惰性因子对实验数据进行修正,得到了3组样品在严格绝热条件下的热危险性参数,分析了3组样品的反应过程和热危险性。通过Semenov理论计算了3组样品的自加速分解温度（SADT）。结果表明,过硫酸铵加入氯化钠或二氧化硅杂质后,热危险性增大,自加速分解温度降低,更容易发生反应且反应更剧烈。     

高温环境下18650型锂离子电池热失控过程的数值分析

采用ANSYS对高温条件下铜棒代替锂离子电池的空白试验进行数值模拟,获得拟合的陶瓷化纤棉毯的比热容;然后对18650型锂离子电池的热响应进行模拟,通过模拟结果与试验数据的比较分析,获得锂离子电池内部的反应放热量;最后应用得出的陶瓷化纤棉毯比热容和化学反应热对高温环境下18650型锂离子电池的热失控进行模拟,研究18650型锂离子电池热失控的变化规律.结果表明:20W加热条件下,锂离子电池的放热反应热为30 kJ;锂离子电池在加热1 287 s后发生热失控,热失控持续113 s后锂离子电池温度达最高,之后开始缓慢减小;锂离子电池热失控温度为500 K,热失控前温度几乎是线性增加,之后热失控导致温度迅速增加(呈指数倍增长);锂离子电池保温材料陶瓷化纤棉毯的温度变化是非线性的.