化學反應放熱失控特性及泄放技術研究.pdf

1、放熱反應廣泛存在于化工行業(yè)中。一旦發(fā)生熱失控，產(chǎn)生的高溫、高壓將使反應容器發(fā)生爆炸性破壞。統(tǒng)計表明，因放熱反應失控引起的化工事故占事故總數(shù)的24.1％。然而，目前無論是針對放熱失控機理及特性，還是失控預防及控制技術，相關研究還不完善。尤其是廣泛使用的超壓泄放技術，在應用到反應失控超壓場合時還存在一些諸如泄放起始點判定、兩相物料泄放特性等未被明確的問題。
　　基于此，本文以雙氧水放熱反應、某過氧有機酸放熱反應為研究對象，系統(tǒng)地研究放

2、熱反應失控特性及泄放特性。主要內(nèi)容及結論如下:
　　(1)實驗研究了堿性環(huán)境下不同濃度雙氧水分解反應失控過程中的液相溫度和氣相壓力變化，分析了反應失控的條件和失控特性。實驗發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量濃度10％的雙氧水最高失控溫度為90.0℃，最大失控壓力為30.7bar，最大溫升速率為10.7℃/min。濃度越高，進入失控過程的時間就越早，熱危險性就越強。依據(jù)反應失控特性，提出了四種判定反應失控起始點的判據(jù)，即限定溫度判據(jù)、限定溫升速率判據(jù)、溫度

3、趨勢判據(jù)和溫升速率均值判據(jù)，并探討了各判據(jù)的閾值及優(yōu)缺點。
　　(2)通過改變泄放管路口徑、泄放方式、泄放壓力及收集罐狀態(tài)，實驗研究了氣體泄放體系、混合泄放體系、液體泄放體系中雙氧水失控反應的泄放特性。結果表明，氣體泄放為非調(diào)和泄放過程，泄放過程不能對物料進行冷卻;混合型泄放過程產(chǎn)生大量的蒸汽和兩相流流動，壓力呈現(xiàn)雙峰值特性。當收集罐密閉或半密閉時，一次峰值出現(xiàn)在反應的穩(wěn)定階段，無蒸汽產(chǎn)生，泄放過程變?yōu)闅怏w泄放;液體泄放分為兩個階

4、段，均為單相泄放。
　　(3)通過改變泄放管路口徑、泄放壓力、泄放方式及收集罐的狀態(tài)，實驗研究了幾種不同的泄放體系中雙氧水失控反應發(fā)生時釜內(nèi)介質(zhì)的噴料特性。結果表明，雙氧水泄放過程存在明顯的噴料和液位上升;泄放口徑較大時，液位上升和噴料發(fā)生在二次峰值之前;泄放口徑較小時，液位上升和噴料發(fā)生在二次峰值之后;密閉或半密閉系統(tǒng)中，泄放過程中無噴料現(xiàn)象;在敞開系統(tǒng)中，大泄放口徑能夠引發(fā)兩次噴料現(xiàn)象，小泄放口徑僅有一次噴料現(xiàn)象。
　　

5、(4)為驗證該實驗裝置及實驗結論應用于工業(yè)生產(chǎn)的可行性，實驗研究了某石化企業(yè)的中間產(chǎn)品某過氧有機酸在不同泄放口徑及泄放壓力下的泄放特性，根據(jù)反應失控過程采用注水方式抑制的有效性。結果表明，密閉反應釜的泄放過程易出現(xiàn)二次峰值現(xiàn)象，初次峰值處為氣體泄放，二次峰值處為氣液兩相泄放。恒壓反應釜的泄放過程容易出現(xiàn)非平衡泄放。底部泄放能夠使釜內(nèi)物料排空，保證了反應釜安全。采取注水過程能有效的抑制該過氧有機酸的失控反應。注水速率越大，溫降速度快，抑制