热环境非绝热条件H2O2分解反应失控及泄放特性
因化学反应放热失控引起的反应容器超压破坏在工业事故中占有很大比例。深入研究典型放热工艺的失控危险性，获得失控特性强度参数，是建立预防及控制技术的前提。在失控绝热量热数据测量上现有研究已经开展了较多工作。但是实际反应容器容易受到外部持续热环境诸如火灾、光照等影响，且多处于非绝热工况。相比绝热工况，热环境下非绝热反应失控危险性大小、失控判据以及失控泄放能否采用基于绝热研究得到的DIERS方法等一系列问题均未有研究。 基于此，本文以双氧水分解反应为研究对象，研究了非绝热条件下双氧水热分解失控特性及其泄放过程特性。主要研究内容及结论如下: (1)搭建了容积为5L的非绝热反应失控及泄放实验装置。设计了反应釜、泄放管线、收集罐等零部件结构。采用持续热输入的方式模拟了外部的热环境。确定采用双氧水分解反应作为研究对象。采用压力传感器、温度传感器实现了泄放参数的测量。设计及编制了数据采集程序。 (2)量化了本装置与绝热量热设备VSP2的绝热性能。对比研究了双氧水在不同工况下的失控特性。结果表明，相比绝热工况，热环境非绝热工况下失控压力、温度、压升速率几乎不变。但由于外部热量的存在大大缩小了反应失控的发生时间，导致危险性大大增加。 (3)实验研究了热环境下双氧水放热分解失控过程。结果表明pH值为13的强碱性环境一定会导致双氧水的失控。双氧水失控过程为非缓和混合型泄放系统，釜内超压是由分解生成的氧气与产生的蒸汽共同引起的，蒸汽压占总压的比例约为10％。 (4)开展了pH值、双氧水浓度、初始填充率对失控温度、压力影响的研究。结果表明，双氧水在强碱性环境时常温下就会发生较快分解，碱性越强，失控越快越剧烈;双氧水浓度越高，造成的超压越大，最大压升速率越高，失控越剧烈，危害性越大;随着填充率增大，最大压力、最大压升速率增大。同时分别以特性参数压力P和温度T作为失控的依据参数，建立了曲线一阶导数及二阶导数失控判据，并为开展泄放实验研究打下基础。 (5)研究了不同条件下双氧水失控泄放特性。结果表明双氧水失控过程泄放口打开后，会出现二次压升的现象。以泄放口径、泄放压力为变量时，可得到:泄放口径相同，泄放压力对二次压力峰值的大小影响不大;泄放压力一定时，泄放口径越大，二次压力峰值形成的越慢，峰值越低，当口径增大到一定程度，将不出现二次压力峰值。 (6)利用DIERS方法计算了热环境非绝热工况10％浓度和15％浓度双氧水失控所需的泄放面积，并与实验值比较。结果表明，此工况下DIERS设计方法偏保守，但仍可用于实际工况的设计。
化学反应失控;双氧水分解;过氧化氢;热环境;泄放特性
大连理工大学
硕士
化工过程机械
喻健良
2015
中文
TQ052
91
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）