化學(xué)反應(yīng)放熱失控特性及泄放技術(shù)研究.pdf

1、放熱反應(yīng)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(yīng)容器發(fā)生爆炸性破壞。統(tǒng)計表明，因放熱反應(yīng)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(jī)理及特性，還是失控預(yù)防及控制技術(shù)，相關(guān)研究還不完善。尤其是廣泛使用的超壓泄放技術(shù)，在應(yīng)用到反應(yīng)失控超壓場合時還存在一些諸如泄放起始點(diǎn)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(yīng)、某過氧有機(jī)酸放熱反應(yīng)為研究對象，系統(tǒng)地研究放

2、熱反應(yīng)失控特性及泄放特性。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)實(shí)驗(yàn)研究了堿性環(huán)境下不同濃度雙氧水分解反應(yīng)失控過程中的液相溫度和氣相壓力變化，分析了反應(yīng)失控的條件和失控特性。實(shí)驗(yàn)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(jìn)入失控過程的時間就越早，熱危險性就越強(qiáng)。依據(jù)反應(yīng)失控特性，提出了四種判定反應(yīng)失控起始點(diǎn)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(diǎn)。
　　(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(shí)驗(yàn)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(yīng)的泄放特性。結(jié)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(jìn)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(dāng)收集罐密閉或半密閉時，一次峰值出現(xiàn)在反應(yīng)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(shí)驗(yàn)研究了幾種不同的泄放體系中雙氧水失控反應(yīng)發(fā)生時釜內(nèi)介質(zhì)的噴料特性。結(jié)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(yàn)證該實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的可行性，實(shí)驗(yàn)研究了某石化企業(yè)的中間產(chǎn)品某過氧有機(jī)酸在不同泄放口徑及泄放壓力下的泄放特性，根據(jù)反應(yīng)失控過程采用注水方式抑制的有效性。結(jié)果表明，密閉反應(yīng)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(yīng)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(yīng)釜安全。采取注水過程能有效的抑制該過氧有機(jī)酸的失控反應(yīng)。注水速率越大，溫降速度快，抑制