杂质对苯骈三氮唑热安全性的影响研究

发布时间：2020-10-29 16:22

【摘要】：化学反应过程中往往需要重点关注热风险,因为有很多事故的发生是由于反应热失控导致的。此外,在一些化学物质(尤其是危化品)的混合、储存、加工,以及运输过程中,需要严格监控相关环境条件,因为其稳定性通常受到环境热效应的影响。2015年,中国江苏泰州市附近一家化工厂发生爆炸事故。据分析,事故原因是苯骈三氮唑(BTA)在非工况环境下受一些杂质影响发生了剧烈分解。因此,选取了事故中可能的3种杂质邻苯二胺(A)、亚硝酸钠(B)、硫酸钠(C),分别研究其对BTA热稳定性的影响,分析BTA分解的机理等。通过差式扫描量热仪(DSC)对BTA、3种杂质及BTA与3种杂质的混合物进行初步测试,获取相关的热数据,例如,放热量、起始分解温度、峰值温度等。结果发现,杂质亚硝酸钠(B)和邻苯二胺(A)对BTA的分解有促进作用,杂质A与BTA混合物的起始分解温度为259度,杂质B与BTA的混合物在DSC曲线中出现了两个峰,且前一个峰的起始分解温度为195度,两者都明显低于纯BTA的起始分解温度277度。而杂质硫酸钠(C)对BTA的分解在初步测试中没有影响。基于此,为了研究杂质含量对BTA分解的影响,分别对3种杂质含量为2%、6%和10%的BTA混合物进行DSC测试,结果表明,随着杂质A含量的增加,杂质A与BTA混合物的起始分解温度会降低,说明杂质A的含量越大BTA分解越容易;而随着杂质B含量增加,杂质B与BTA混合物的DSC结果变化不大,但是都会出现第二个峰,说明杂质B影响了 BTA的分解机理;杂质C的含量变化对BTA的分解几乎没有影响。此外,为了获取绝热条件下的BTA及其与3种杂质混合物分解过程的温度、压力变化情况,选用了快速筛选量热仪(RSC)和加速度量热仪(ARC)对这些样品进行测试,并获得了与DSC较为类似的结果。同时,根据测试的压力数据,计算出了 BTA及其与3种杂质混合物的产气量。最后,将DSC测得的数据结合AKTS软件进行动力学研究,获取了 BTA、BTA与3种杂质混合物分解过程的动力学,并预测了各个样品的相关参数TD8和TD24(达到温升速率最大需要时间为8或者24小时所对应的初始温度)。同时,对ARC数据进行处理,分别通过理论计算及模拟的方法获取了相应的TD8和TD24,通过理论计算的值与AKTS软件预测的结果较为接近,而模拟方法获取的结果较前两种偏大。通过对比BTA-A、BTA-B混合物和纯BTA的相关结果,发现混合物的TD8和TD24比产品要小很多,如AKTS中BTA-A的TD8和TD24分别为207度和173度,BTA-B的TD8和TD24分别为206度和194度,而纯BTA的TD8和TD24分别为216度和198度,说明两种混合物的稳定性比纯BTA要差,风险等级更高。将处理ARC数据获取的动力学结果与DSC结合AKTS获取的动力学相比较,也可以得出类似的结论。本研究可以为相关工艺设计、安全评估提供必要的参考与帮助。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O626
【文章目录】：
Abstract
摘要
1 Introduction
    1.1 Research Background
        1.1.1 Main Goal of the Research
        1.1.2 The Cause of the Accident
    1.2 Description of the BTA
        1.2.1 Applications of the BTA
        1.2.2 Literature review of the BTA thermal stability
    1.3 Thermal stability evaluation
    1.4 Research topic and strategy
2 Thermal Analysis
    2.1 Theoretical background of thermal analysis
        2.1.1 Concepts of thermal analysis and calorimetry
        2.1.2 Classification of the Calorimeters
    2.2 Differential Scanning Calorimeter （DSC）
        2.2.1 DSC principles
        2.2.2 The advantages of using DSC
    2.3 Accelerating Rate Calorimeter （ARC）
        2.3.1 ARC principles
        2.3.2 The advantages of using ARC
    2.4 Rapid Screening Calorimeter （RSC）
        2.4.1 RSC principles
        2.4.2 The advantages of using RSC
3 Thermal Behavior and Effect of Impurities
    3.1 DSC analysis of BTA and Mixture
        3.1.1 Experiments
        3.1.2 DSC results of the pure chemicals
        3.1.3 DSC results of BTA with mixture of impurities
        3.1.4 Conclusions from the DSC results
    3.2 RSC analysis of BTA and mixture
        3.2.1 Experiments
        3.2.2 RSC results of the BTA-pure
        3.2.3 RSC results of BTA with mixture of impurities
        3.2.4 Conclusions from the RSC results
    3.3 ARC analysis of BTA and mixture
        3.3.1 Experiments
        3.3.2 ARC results of the BTA-pure
        3.3.3 ARC results of BTA with mixture of impurities
        3.3.4 Gas production calculation
        3.3.5 Conclusions from the ARC results
    3.4 Chapter summary
4 Kinetic and thermal hazard parameters calculation
    4.1 Kinetic calculations of BTA and mixture
        4.1.1 Calculations by Kissenger method
        4.1.2 Calculations by Friedman method
    4.2 Thermal hazard parameter predictions of BTA and mixture
        4.2.1 Predictions of TMR by DSC
        4.2.2 Predictions of TMR by ARC
        4.2.3 Adiabatic thermokinetic analysis
    4.3 Chapter summary
5 Conclusion and outlook
    5.1 Conclusions
    5.2 Outlook
Appendix
Acknowledgement
References

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 龙德清,李德江,刘传银;1,2,4-三氮唑并[1,5-α]嘧啶类衍生物的研究进展[J];天津化工;2003年05期

2 沈礼忠;徐礼庆;;介绍苯骈三氮唑钝化铜件工艺[J];家用电器科技;1987年02期

3 方景礼;吴乃钧;;XPS和AES研究铜表面PMTA防变色膜[J];中国腐蚀与防护学报;1989年04期

4 成兰兴;师传兴;;1H-1,2,3-三氮唑合成新工艺[J];广东化工;2011年01期

5 王孟华;夏熠;曲凡歧;彭玲;;具有抗癌活性的新型三氮唑核苷类似物的研究进展[J];中国药物化学杂志;2010年05期

6 刘玮炜;唐丽娟;赵跃强;曾艳霞;;4-[1,2,4]三氮唑-1-基甲基苯腈的合成[J];华侨大学学报(自然科学版);2009年02期

7 杨翠平;;浅谈苯骈三氮唑生产工艺的危险性及对策措施[J];黑龙江科技信息;2009年28期

8 沈广志;王桂艳;何志鹏;;4-[(1H-1,2,4-三氮唑基)甲基]-苯腈的合成[J];牡丹江医学院学报;2009年06期

9 赵庆山;周惠良;毛菊林;胡奇林;;4-氨基-1,2,4-三氮唑并芳香醛类希夫碱的合成与表征[J];化学世界;2008年12期

10 李德江,孙碧海,李斌;5-取代-1H-1,2,4-三氮唑-3-羧酸的合成及结构表征[J];合成化学;2003年04期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 赵军军;c-Met特异性[1,2,4]三氮唑并[4,3-a]吡啶类衍生物的设计、合成及生物活性研究[D];东南大学;2017年

2 王伟国;中断的点击化学反应：多取代三氮唑衍生物的合成研究[D];山东大学;2018年

3 李中华;新型[1,2,3]三氮唑[4,5-d]嘧啶类LSD1抑制剂的设计、合成及抗肿瘤活性研究[D];郑州大学;2018年

4 陈铮凯;铜和碘促进的1,2,3-三氮唑合成研究[D];浙江大学;2015年

5 史野;新型手性1，2，3-三氮唑的合成及其在不对称催化反应中的应用[D];吉林大学;2015年

6 文逸宁;新型三氮唑类化合物的合成及生物活性研究[D];北京理工大学;2016年

7 段希焱;三氮唑埃博霉素类似物的合成[D];南开大学;2012年

8 赵磊;手性[2.2]环仿基三氮唑盐的合成及其应用于桐催化的不对称硼化反应[D];山东大学;2013年

9 杨金纬;微波辅助的功能糖复合物的合成；三氮唑糖配基水溶性荧光探针的合成与应用[D];华东理工大学;2012年

10 马正月;硫色满酮衍生物的合成及其生物活性研究[D];河北大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 SHIPULINA ALYONA;杂质对苯骈三氮唑热安全性的影响研究[D];南京理工大学;2018年

2 宋传祺;3,5-二（三氮唑基）吡啶配合物的合成及其性质研究[D];扬州大学;2018年

3 郭胜强;多取代-1,2,3-三氮唑化合物的合成方法研究[D];河南大学;2018年

4 王英男;三氮唑吡啶类分子及其金属配合物的合成[D];吉林大学;2018年

5 张福松;三氮唑类氮杂环卡宾在环化反应中的应用及手性三氮唑化合物催化靛红与吲哚的不对称反应的研究[D];吉林大学;2018年

6 刘成国;无金属催化条件下吡咯并喹啉的合成和1,2,3-三氮唑类衍生物的光电性能研究[D];苏州大学;2017年

7 吕秀秀;双（4-取代三氮唑）配合物的合成、结构及性质研究[D];苏州大学;2017年

8 韩春美;单取代-1,2,3-三氮唑的合成研究[D];昆明理工大学;2018年

9 孙倩倩;硝化过程对1H-1,2,4-三氮唑去除的强化作用探究[D];南京理工大学;2018年

10 郑婷;三氮唑吡啶盐的设计合成、表征及性质研究[D];大连理工大学;2018年

本文编号：2861152