化学反应放热失控特性及泄放技术研究

发布时间：2017-04-20 05:03

  本文关键词：化学反应放热失控特性及泄放技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：放热反应广泛存在于化工行业中。一旦发生热失控,产生的高温、高压将使反应容器发生爆炸性破坏。统计表明,因放热反应失控引起的化工事故占事故总数的24.1%。然而,目前无论是针对放热失控机理及特性,还是失控预防及控制技术,相关研究还不完善。尤其是广泛使用的超压泄放技术,在应用到反应失控超压场合时还存在一些诸如泄放起始点判定、两相物料泄放特性等未被明确的问题。 基于此,本文以双氧水放热反应、某过氧有机酸放热反应为研究对象,系统地研究放热反应失控特性及泄放特性。主要内容及结论如下： (1)实验研究了碱性环境下不同浓度双氧水分解反应失控过程中的液相温度和气相压力变化,分析了反应失控的条件和失控特性。实验发现,质量浓度10%的双氧水最高失控温度为90.0℃,最大失控压力为30.7bar,最大温升速率为10.7℃/min。浓度越高,进入失控过程的时间就越早,热危险性就越强。依据反应失控特性,提出了四种判定反应失控起始点的判据,即限定温度判据、限定温升速率判据、温度趋势判据和温升速率均值判据,并探讨了各判据的阈值及优缺点。 (2)通过改变泄放管路口径、泄放方式、泄放压力及收集罐状态,实验研究了气体泄放体系、混合泄放体系、液体泄放体系中双氧水失控反应的泄放特性。结果表明,气体泄放为非调和泄放过程,泄放过程不能对物料进行冷却；混合型泄放过程产生大量的蒸汽和两相流流动,压力呈现双峰值特性。当收集罐密闭或半密闭时,一次峰值出现在反应的稳定阶段,无蒸汽产生,泄放过程变为气体泄放；液体泄放分为两个阶段,均为单相泄放。 (3)通过改变泄放管路口径、泄放压力、泄放方式及收集罐的状态,实验研究了几种不同的泄放体系中双氧水失控反应发生时釜内介质的喷料特性。结果表明,双氧水泄放过程存在明显的喷料和液位上升；泄放口径较大时,液位上升和喷料发生在二次峰值之前；泄放口径较小时,液位上升和喷料发生在二次峰值之后；密闭或半密闭系统中,泄放过程中无喷料现象；在敞开系统中,大泄放口径能够引发两次喷料现象,小泄放口径仅有一次喷料现象。 (4)为验证该实验装置及实验结论应用于工业生产的可行性,实验研究了某石化企业的中间产品某过氧有机酸在不同泄放口径及泄放压力下的泄放特性,根据反应失控过程采用注水方式抑制的有效性。结果表明,密闭反应釜的泄放过程易出现二次峰值现象,初次峰值处为气体泄放,二次峰值处为气液两相泄放。恒压反应釜的泄放过程容易出现非平衡泄放。底部泄放能够使釜内物料排空,保证了反应釜安全。采取注水过程能有效的抑制该过氧有机酸的失控反应。注水速率越大,温降速度快,抑制效果越迅速越明显。 实验得到实际工况下该过氧有机酸的安全泄放口径为5.0mm。利用VSP2实验装置测定了该过氧有机酸失控过程的基础数据,并利用DIERS方法计算了实验工况下的泄放口径,发现DIERS计算结果与实验值相符。
【关键词】：化学反应失控 放热反应 安全泄放 失控判据 DIERS计算方法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ086;TQ031
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 文献综述11-29
• 1.1 化学反应失控11-16
• 1.1.1 化学反应失控的背景与意义11-15
• 1.1.2 化学反应失控研究进展15-16
• 1.2 超压泄放技术16-18
• 1.2.1 超压类型16-17
• 1.2.2 超压泄放基本原理17-18
• 1.3 物理超压泄放研究18-19
• 1.3.1 物理超压原因18
• 1.3.2 物理超压泄放标准18-19
• 1.4 化学反应失控超压泄放研究19-27
• 1.4.1 国内外研究现状19-23
• 1.4.2 泄放类型分类23-24
• 1.4.3 泄放物流动状态24-27
• 1.5 本文研究内容和技术路线27-29
• 1.5.1 研究内容27
• 1.5.2 技术路线27-29
• 2 实验装置建立29-39
• 2.1 实验装置流程29-31
• 2.2 实验装置结构31-34
• 2.2.1 进料系统31-32
• 2.2.2 反应系统32-33
• 2.2.3 泄放收集系统33-34
• 2.3 控制及数据采集系统34-37
• 2.3.1 温度测量35
• 2.3.2 压力测量35
• 2.3.3 液位测量35-36
• 2.3.4 称重测量36
• 2.3.5 控制采集软件36-37
• 2.4 实验装置特点及技术参数37
• 2.5 实验操作步骤37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 3 双氧水分解反应失控特性及失控判据建立39-55
• 3.1 研究方案39
• 3.2 不同浓度下双氧水分解反应失控特性39-48
• 3.2.1 氧水分解反应机理39-41
• 3.2.2 分解失控特性41-48
• 3.3 双氧水分解反应失控判据建立48-54
• 3.3.1 失控判据提出的思路48-49
• 3.3.2 限定温度判据49-50
• 3.3.3 限定温升速率判据50
• 3.3.4 温度趋势判据50-51
• 3.3.5 温升速率均值判据51-52
• 3.3.6 四种判据综合比较52-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 双氧水分解失控泄放特性55-76
• 4.1 实验方案55-56
• 4.1.1 实验方案的建立55-56
• 4.1.2 不同泄放体系的定义56
• 4.1.3 试验步骤56
• 4.2 气体泄放56-60
• 4.2.1 温压特性56-58
• 4.2.2 不同泄放压力-泄放特性58-60
• 4.3 混合泄放60-72
• 4.3.1 敞开系统混合泄放60-65
• 4.3.2 半密闭系统混合泄放65-69
• 4.3.3 密闭系统混合泄放69-72
• 4.4 液体泄放72-73
• 4.5 各种泄放状态特性比较73-74
• 4.6 本章小结74-76
• 5 双氧水失控泄放过程喷料特性76-91
• 5.1 实验方案76-77
• 5.2 喷料过程分析77-86
• 5.2.1 敞开系统混合泄放过程喷料77-83
• 5.2.2 半密闭系统混合泄放过程喷料83-84
• 5.2.3 密闭系统混合泄放过程喷料84-85
• 5.2.4 液体泄放卸料过程85-86
• 5.3 喷料机理分析86-89
• 5.4 本章小结89-91
• 6 某过氧有机酸失控泄放特性91-108
• 6.1 某过氧有机酸安全泄放计算91-96
• 6.1.1 剧烈混合型安全泄放面积计算91-94
• 6.1.2 蒸汽型泄放面积核算94-96
• 6.1.3 最终泄放面积的确定96
• 6.2 某过氧有机酸实验方案96-97
• 6.3 某过氧有机酸温度-压力特性97-98
• 6.4 某过氧有机酸密闭反应釜泄放98-102
• 6.4.1 顶部泄放98-101
• 6.4.2 底部泄放101-102
• 6.5 某过氧有机酸恒压反应釜泄放102-105
• 6.5.1 顶部泄放102-104
• 6.5.2 底部泄放104-105
• 6.6 某过氧有机酸失控抑制探究105-106
• 6.6.1 注水速率100%105
• 6.6.2 注水速率30%105-106
• 6.7 本章小结106-108
• 结论108-110
• 参考文献110-113
• 附录A DIERS设计工具图113-114
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况114-115
• 致谢115-116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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