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双氧水分解反应热危险性分析

刘小琴  
【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(To)、最大放热温度(Tp)和分解反应热(△H)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(△Tad),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%H202基于VSP2的初步危险性参数与0.3g左右70%H202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%H202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%H202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.OMPa/min、12.97 MPa/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。


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