双氧水分解反应热危险性分析

摘要

双氧水是常见的化工原料之一，广泛应用于生产和生活领域，如过氧丙酸的制备、医用消毒剂以及漂白剂的生产。双氧水是一种热不稳定的物质，在较低的环境温度下就能发生分解，产生大量的热量并释放出相当量的氧气。双氧水的浓度和温度越高，其分解反应就愈剧烈。双氧水分解产生的氧气由于反应温度的升高而急速膨胀，产生的高温高压会导致容器破裂甚至爆炸事故。分解产生的氧气若与可燃气体或蒸汽混合，形成可燃性混合物，遇明火或高热，就可能发生燃烧或爆炸事故。因此，研究双氧水热分解反应对防止其发生危险事故意义重大。针对上述状况，本文开展的工作以及所得结论总结如下:
　　(1)基于C600的量热实验研究
　　利用C600量热仪，在室温至300℃的温度范围内，对4种浓度的纯双氧水进行多个升温速率的热扫描试验，最终得到热流曲线。分析热流曲线，得到评估双氧水热分解反应危险性的初步参数，如初始放热温度(T0)、最大放热温度(Tp)和分解反应热(ΔH)等。在上述结论的基础上，使用Advanced Kinetics and Technology Solution（简称AKTS）软件处理数据得:最大反应速率到达时间(TMRad)，绝热温升（ΔTad），自加速分解温度(SADT)等热危险性评价参数。动力学研究表明双氧水分解反应过程近似符合1级反应模型。使用C600量热仪分别研究了pH值和Fe3+的含量对双氧水分解反应的影响，结果表明:在酸性范围内，双氧水的稳定性随着pH值的增加先升后降，当pH为4附近时最佳，在碱性范围内，其稳定性先急速下降后微小上升，当pH为9附近时最差。无Fe3+的双氧水在一定温度下的TMRad近似等于含10ppm Fe3+的双氧水在低5℃条件下的TMRad，近似等于含30ppm铁离子的双氧水在低15℃条件下的TMRad。由此可得出一个结论:当双氧水中铁离子含量低于30ppm时，铁离子浓度每增加10 ppm，稳定性降低5℃。
　　(2)放大的量热实验研究
　　采用试验量放大的绝热量热装置VSP2（一般测试量为几十克）对中等浓度(40％、50％)的双氧水分解反应进行量热实验，同时，利用泄放小试实验模拟装置（一般测试量为千克级）对低浓度(10％、15％)双氧水分解反应进行研究。实验结果表明:50g的50％H2O2基于VSP2的初步危险性参数与0.3g左右70％H2O2基于C600的量热测试结果相似，与泄放小试实验模拟装置对2.8kg的15％H2O2的测试结果显示的危险性一致，相关热力学及动力学的参数都十分接近。
　　泄放小试实验装置对10％和15％双氧水的测试结果表明:试验量为2.8kg的低浓度双氧水，其初始放热温度都约41℃，分解反应过程中10％和15％H2O2的最大温升速率分别是11.7℃/min、81.6℃/min，最大压升速率分别为6.0MPa/min、12.97MPa/min。环境温度每升高10℃，泄放小试实验装置测得的TMRad比同等条件下C600和VSP2测得的数值降幅大。环境温度达40℃时，15％双氧水的TMRad仅为0.37h，其分解过程非常剧烈。因此，不可忽略低浓度双氧水在大量生产，存储，运输等环节中的危险性。

目录

摘要

说明

1 绪论

1．1 课题的研究背景、目的及其意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 理论分析

1．3．1 热失控的原因、条件及相关模型

1．3．2 实验测试方法

1．3．3 热分析动力学方法

1．3．4 热流曲线的动力学分析

1．4 危险性评估参数

1．4．1 TMRad

1．4．2 SADT

1．5 本论文的研究工作

2 实验装置

2．1 C600

2．1．1 C600简介

2．1．2 结构及测试原理

2．2 VSP2

2．2．1 VSP2简介

2．2．2 结构及工作原理

2．2．3 反应池类型及功能

2．3 泄放小试模拟实验装置

2．3．1 泄放小试模拟实验装置简介

2．3．2 组成及工作原理

2．3．3 反应池类型及功能

2．4 本章小结

3 双氧水分解过程热危险性研究

3．1 基于C600的热危险性分析

3．1．1 实验仪器及样品

3．1．2 实验步骤

3．1．3 温度对纯双氧水分解的影响

3．1．4 pH对双氧水分解影响

3．1．5 Fe3+对双氧水分解反应影响

3．2 基于VSP2的热分解特性研究

3．2．1 实验仪器及样品

3．2．2 实验步骤

3．2．3 浓度对双氧水分解危险性影响

3．2．4 pH对双氧水稳定性的影响结果与分析

3．3 基于泄放模拟实验装置的热分解特性研究

3．3．1 实验仪器及样品

3．3．2 实验步骤

3．3．3 实验结果与分析

3．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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