發(fā)布時間：2019-11-26 16:34

【摘要】：醋酸乙烯為有機合成的重要原料。其聚合反應(yīng)為強放熱反應(yīng),一旦反應(yīng)失控,會對人員及環(huán)境造成巨大災(zāi)害。為了控制反應(yīng)失控災(zāi)害,許多學(xué)者已經(jīng)進行了大量研究,主要從泄放和加抑制劑兩個方面來控制災(zāi)害。其中DIERS(美國緊急泄放設(shè)計協(xié)會)為泄放研究投入了大量的財力和人力,得出了一套相對比較完整的設(shè)計方法體系并設(shè)計了相應(yīng)的實驗裝置。在此基礎(chǔ)上,許多學(xué)者通過不同反應(yīng)對象對DIERS方法的可靠性進行了驗證。但是涉及的反應(yīng)失控的劇烈程度均較低。聚合類反應(yīng)失控劇烈程度一般較高,DIERS方法是否適用需要進一步研究。另外,加抑制劑控制災(zāi)害雖然已有研究,但是抑制劑的加入往往影響反應(yīng)物質(zhì)量。而稀釋劑是反應(yīng)中固有原料,不會污染反應(yīng)物。所以考慮研究中途加稀釋劑的方法控制反應(yīng)失控�；诖�,本文以醋酸乙烯聚合反應(yīng)為研究對象,系統(tǒng)研究醋酸乙烯聚合反應(yīng)放熱失控特性及災(zāi)害控制技術(shù)。主要內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)基于VSP2量熱裝置研究了醋酸乙烯聚合反應(yīng)的失控特性。發(fā)現(xiàn)反應(yīng)失控十分劇烈,甚至發(fā)生“爆聚”現(xiàn)象,體系最大溫升速率(dT/dt)max超過1000℃·min-1。深入分析醋酸乙烯聚合反應(yīng)機理,推導(dǎo)出絕熱條件下反應(yīng)失控后最大溫升∧T和最高壓力Pmax的計算公式,計算值與實驗值有較好的一致性。分析不同場景失控特性,發(fā)現(xiàn)熱環(huán)境非絕熱場景下失控最劇烈。引發(fā)劑濃度和稀釋劑濃度對反應(yīng)失控劇烈程度有較大影響,隨著引發(fā)劑濃度的增大,最大溫升速率(dT/dt)max和最大壓升速率(dP/dt)max均增大；隨著稀釋劑濃度的增大,(dT/dt)max和(dP/dt)max均減小。經(jīng)過熱慣性因子修正后,填充率對反應(yīng)失控劇烈程度基本沒有影響。建立了雙判據(jù)法,當(dāng)T≥75℃且dT/dt≥3℃·minq時認(rèn)為發(fā)生反應(yīng)失控。此失控臨界點距離最大溫升速率時間間隔約為120s�；赩B平臺編寫了反應(yīng)失控過程模擬軟件,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比,發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果具有一定準(zhǔn)確性。(2)改造了VSP2實驗裝置使其適合中途加入稀釋劑的需求。研究了不同稀釋劑加入量、不同加入溫度、反應(yīng)體系絕熱情況以及填充率等對失控抑制效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)失控初始階段加入稀釋劑會有兩種效果：延緩反應(yīng)失控發(fā)生和徹底抑制反應(yīng)失控。當(dāng)填充率達(dá)到75%時,僅僅通過加入稀釋劑的方法無法徹底抑制反應(yīng)失控。稀釋劑加入后如果體系處于絕熱狀態(tài),一段時間后反應(yīng)失控現(xiàn)象往往會再次發(fā)生。另外,在稀釋劑中摻入適量的阻聚劑后,會改善抑制效果,徹底抑制反應(yīng)失控�？偨Y(jié)二次失控發(fā)生的條件,認(rèn)為稀釋劑加入后,溫度越低,發(fā)生二次失控現(xiàn)象需要的時間越久,但是當(dāng)溫度低于某值時,二次失控將不再發(fā)生。(3)根據(jù)量熱實驗數(shù)據(jù),對醋酸乙烯聚合反應(yīng)失控超壓進行安全泄放設(shè)計。醋酸乙烯聚合反應(yīng)失控泄放屬于蒸汽型泄放,可以通過DIERS方法進行安全泄放設(shè)計。容積8m3、填充率40%、引發(fā)劑濃度0.1%、稀釋劑濃度5%情況下,所需泄放面積為0.04424m2。利用VSP2實驗裝置分別對0.4 MPa和0.2 MPa泄放壓力進行泄放實驗。發(fā)現(xiàn)0.4MPa泄放壓力情況下,出現(xiàn)了非平衡泄放情況,此時DIERS方法計算的泄放面積并不保守。泄放壓力增大會減弱泄放裝置的泄放能力,泄放壓力應(yīng)不超過0.4 MPa。引發(fā)劑濃度、反應(yīng)器填充率增大都會增大所需的泄放面積,而增大稀釋劑濃度會減小所需的泄放面積。其它條件不變,增大反應(yīng)器容積會同等比例增大所需泄放面積。最后分析了中途加稀釋劑對泄放的影響,發(fā)現(xiàn)加入稀釋劑后再次失控情況對所需泄放面積要求更小,不會對泄放安全性造成威脅。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O631.5

【參考文獻】

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本文編號：2566209