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。     

BIPB的热分解动力学和失控反应模拟

为了评估双(叔丁过氧基)二异丙苯(BIPB)的热危害,对其热分解过程进行多速率的动态扫描C80热分析,用几种简单的热危害评估方法分析其热危害。然后应用模式法、无模式法(Friedman微分等转化率法)分别对试验结果进行处理,得到分解动力学数据,并用ASTM E 698法得到活化能数据,同时用C80、ARC和DSC的试验数据验证分解动力学数据的可靠性。最后利用无模式法的分解动力学数据进行BIPB绝热条件下和非绝热的2m3球形容器中的失控反应模拟,得到类似工艺条件下BIPB的安全控制温度。     

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。     

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。     

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。     

苯和甲苯硝化及磺化反应热危险性分级研究

首先介绍了化工工艺热安全性的内涵,并从反应过程热危险性分析的方法学出发,介绍间隙、半间歇化学反应工艺热危险性分级研究的总体思路及方法。然后,围绕甲苯和苯的硝化、磺化反应,用全自动反应量热仪(RC1e)和加速度量热仪(ARC)测定其反应过程的绝热温升(△Tad)、目标反应所能达到的最高温度(TM)、分解反应最大速率到达时间(θD)等参数。运用风险评价指数矩阵法(方法1)和基于失控过程温度参数的热危险评估法(方法2)分别对其硝化和磺化反应过程的热危险性进行了分级评估。结果表明,这两种方法具有良好的一致性;给定工艺条件下甲苯和苯的一段硝化反应过程的热危险度等级较低;而磺化反应的热危险较高。尽管这两种方法还有一定的局限性,但对于间歇、半间歇合成工艺的本质安全化设计、工艺热危险性的评估具有重要的参考价值和实用意义。     

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。     

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℃。     

化学放热系统热爆炸潜在危险性评价

讨论化学放热系统的热稳定性和临界条件,用化学反应物无消耗的假设推导化学放热系统热失控(热爆炸)时的动力学参数临界值,得到热失控的判据、临界点火温度和熄火温度。提出用系统安全指数概念来评价放热反应系统发生热爆炸的潜在危险性,分析化学放热系统的平衡域。用硝酸甲酯分解爆炸实例,说明如何利用安全指数对具有热爆炸可能性的系统的潜在危险性进行定量评价,其预测结果与实验结果一致。     

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。     

Integrated relief design for gas-generating reactions: predicted vessel pressure course in dependence on the phase separation model

Pressure relief of a hydrogen peroxide decomposition in a top-vented vessel is simulated numerically using six phase separation models. The results lead to the conclusion that generally a parameter study will be required for relief design by simulation when a gas-generating reaction is considered. None of the phase separation models can be expected to be always conservative in contrast to the case of tempered systems.     

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。     

硝酸甲胺反应过程的安全性研究

用反应量热仪(RC1e)对硝酸溶液与一甲胺溶液在反应过程中的热安定性进行初步研究,分别测试不同反应温度、加料速度和初始硝酸浓度下反应的放热情况。实验结果表明:该中和过程反应迅速,在室温就能进行;与反应温度、加料速度相比,起始硝酸浓度对反应安全性影响最大,且硝酸浓度越高,反应的速度和反应的完全程度也越高。实验还表明:RC1e是研究反应过程中热安定性情况的有效工具,能通过反应过程的热量变化体现反应速率,所得结果对硝酸甲胺的工业化生产具有重要的参考价值。     

基于筛选测试的化工反应危害评估探讨

本文主要讨论了基于筛选测试方法的化工反应危害评价。该方法是利用DSC、TS“等差热分析仪对化学品和混合物进行热稳定性的筛选测试,根据起始温度和反应焓变对化合物危害程度分级进行分级,建立反应风险指数,从而在小试和中试阶段就将反应危害降低或消除,确保大规模生产时的安全性,为真正实现化工工艺本质安全。此外,还比较了DSC、TSU、AFFAC、RSST等热分析仪,认为TSU和RSST是目前较为合适的热筛选分析仪,为建立反应危害实验室相关仪器的选型提供了参考。     

Hazard evaluation for chlorination and amination reactions of fluorocytosine production process

Reaction thermal runaway is one of the most important reasons leading to chemical accidents. With the rapid development of the chemical industry in the world, especially the fine chemical industry, various safety accidents also occur frequently. Therefore, it is necessary to study the exothermic behavior of the reaction process. In this study, reaction calorimeter was used to study the exothermic phenomena during the chlorination reaction and amination reaction. Differential scanning calorimetry was performed on the reactants, and thermogravimetric experiments were performed on the products. In addition, adiabatic experiment was performed to study the thermal runaway behavior of amination products under adiabatic conditions. The results showed that the target reactions generated a large amount of heat in the initial stage. The maximum temperature of amination reaction is higher than the initial decomposition temperature of the amination product under adiabatic condition. The pyrolysis of amination product was divided into three stages. The product had a high apparent activation energy at the beginning of decomposition, and the apparent activation energy decreased as the decomposition progressed.     

纤维素热裂解的二次反应研究

在热重红外联用分析仪上开展了纤维素的热裂解失重研究,通过对纤维素热裂解的TG和DTG曲线以及热解产物的红外析出图谱的分析研究,探讨了纤维素热裂解的二次反应过程及机理,并在经典Broido—Shafizdeh模型的基础上．提出了改进的纤维素热裂解模型。     

煤低温氧化的实验研究及动力学分析

运用热分析的技术研究阳泉煤的氧化热解反应。将实验煤样进行连续加热氧化到一定温度再恒温和分别加热到一定温度然后恒温这两类实验,对比分析该煤样的低温氧化受热情况并进行动力学分析。得出:两类实验中的热重曲线位置的改变陡缓度不一样,试样量越大,气体的扩散阻力越大,相应的热重曲线位置的改变也越显著;煤低温氧化属于一级化学反应,煤低温氧化反应的活化能随着煤的反应过程的深入而增加,而且煤氧化反应过程是个分阶段的、多步反应以及相互联系促进的过程。     

粉尘爆炸反应工程学简要综述

１９９３年在波兰召开的第五届国际粉尘爆炸学术会议上，邓煦帆曾在论文中提议建立粉尘爆炸反应工程学，并提出学科的目的意义、性质、主要组成部分和研究方法。本文拟将国内外有关本学科范围内的贡献，加以简要综述，以期能逐渐形成本学科的自身体系和特点。     

A generalized differential method to calculate lumped kinetic triplet of the nth order model for the global one-step heterogeneous reaction using TG data

Computing kinetic triplet is of importance for the process safety of combustion/gasification industries to establish the chemical reaction scheme and to assess the hazardous risk. Few approaches have been capable of calculating lumped kinetic triplet at one time efficiently, which might be attributed to the fact that the analytical solution for the nonlinear ordinary differential equation (NNODE) for the n^th order reaction model has not been found yet. This paper presents an analytical solution of NNODE to compute kinetic triplet. Results showed that the proposed method (mass fraction curve-fitting error ϕ = 1.49%–2.07%) is more efficient to compute kinetic triplet of the n^th order reaction model, comparing to genetic algorithm (GA) optimization (ϕ = 1.43%–1.81%), Coats-Redfern (ϕ = 2.36%–3.16%), peak-shape, and isoconversional methods. A compensation effect between lnA and E_a is observed due to heating rates. Effects of exported data quality and smooth processing on computation of kinetic triplet are discussed. It is the first time that an analytical solution of NNODE (n^th order model) for global one-step heterogeneous reaction is derived for computing kinetic triplet. This work may help to search for analytical solutions of power-law and Avrami-Erofeev models in the future to efficiently calculate kinetic triplet for accelerating and sigmoidal reaction systems.     

以活化能的观点研究煤炭自燃机理

笔者对煤体的性质和结构进行了分析 ,简要地介绍了关于煤炭自燃机理的各种学说。目前有许多学者用不同的方法来研究煤炭的自燃机理 ,笔者从煤活化能的角度来研究煤炭的自燃。由氧化反应方程提出了活化能 ,根据活化分子运动理论解释了活化能的基本概念 ;并建立了相应的煤氧化反应的活化能方程 ,该方程直线部分的斜率 (E/R)可求出氧化反应的活化能。在煤炭自燃进程中 ,随着煤体温度的升高 ,活化能降低 ,氧化反应加速 ,大量的热量产生 ,如此循环 ,最终导致了煤的燃烧。