【摘要】：醋酸乙烯為有機合成的重要原料。其聚合反應為強放熱反應,一旦反應失控,會對人員及環(huán)境造成巨大災害。為了控制反應失控災害,許多學者已經(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害。其中DIERS(美國緊急泄放設計協(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計方法體系并設計了相應的實驗裝置。在此基礎上,許多學者通過不同反應對象對DIERS方法的可靠性進行了驗證。但是涉及的反應失控的劇烈程度均較低。聚合類反應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,加抑制劑控制災害雖然已有研究,但是抑制劑的加入往往影響反應物質(zhì)量。而稀釋劑是反應中固有原料,不會污染反應物。所以考慮研究中途加稀釋劑的方法控制反應失控。基于此,本文以醋酸乙烯聚合反應為研究對象,系統(tǒng)研究醋酸乙烯聚合反應放熱失控特性及災害控制技術。主要內(nèi)容及結論如下：(1)基于VSP2量熱裝置研究了醋酸乙烯聚合反應的失控特性。發(fā)現(xiàn)反應失控十分劇烈,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機理,推導出絕熱條件下反應失控后最大溫升∧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,填充率對反應失控劇烈程度基本沒有影響。建立了雙判據(jù)法,當T≥75℃且dT/dt≥3℃·minq時認為發(fā)生反應失控。此失控臨界點距離最大溫升速率時間間隔約為120s�；赩B平臺編寫了反應失控過程模擬軟件,模擬結果與實驗結果進行了對比,發(fā)現(xiàn)模擬結果具有一定準確性。(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)反應失控初始階段加入稀釋劑會有兩種效果：延緩反應失控發(fā)生和徹底抑制反應失控。當填充率達到75%時,僅僅通過加入稀釋劑的方法無法徹底抑制反應失控。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,徹底抑制反應失控�？偨Y二次失控發(fā)生的條件,認為稀釋劑加入后,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失控超壓進行安全泄放設計。醋酸乙烯聚合反應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,泄放壓力應不超過0.4 MPa。引發(fā)劑濃度、反應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。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O631.5

【參考文獻】

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1 喻健良;閆興清;孟庭宇;謝傳欣;;基于VSP2的放熱反應失控緊急泄放特性[J];化學工程;2013年07期

2 劉顯凡;孟庭宇;喻健良;謝傳欣;;基于VSP2進行熱失控反應泄放裝置安全可靠性分析與評估[J];高校化學工程學報;2010年06期

3 康麗娜;尚會建;胡國勝;鄭學明;;新型醋酸乙烯聚合引發(fā)劑的研究[J];河北工業(yè)科技;2010年05期

4 董純;徐文艷;王豪;;聚醋酸乙烯聚合度的在線檢測[J];控制工程;2009年S1期

5 劉秀玉;蔣軍成;王彥富;;間歇放熱反應系統(tǒng)熱失控參數(shù)敏感性研究[J];化學工程;2008年03期

6 劉秀玉;朱明新;蔣軍成;;間歇反應器的熱參數(shù)敏感性及其臨界判據(jù)(Ⅱ)[J];化學反應工程與工藝;2007年05期

7 劉秀玉;蔣軍成;;間歇反應器的熱參數(shù)敏感性及其臨界判據(jù)(Ⅰ)[J];化學反應工程與工藝;2007年01期

8 許東穎,廖正福,蘇濤;低聚合度、低醇解度聚乙烯醇的合成與性能研究——I.低聚合度聚醋酸乙烯酯的合成[J];合成纖維;2005年03期

9 王曦,曹柳林;醋酸乙烯聚合反應過程數(shù)學模型的建立[J];北京化工大學學報(自然科學版);2003年05期

10 李志義;;壓力容器的超壓及預防[J];鍋爐壓力容器安全技術;1989年06期

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1 于紅;熱環(huán)境非絕熱條件H_2O_2分解反應失控及泄放特性[D];大連理工大學;2015年

2 王培昕;化學反應放熱失控特性及泄放技術研究[D];大連理工大學;2014年

3 孫欣;化學反應失控條件下超壓安全泄放的研究[D];南京理工大學;2013年

4 劉顯凡;化學反應放熱失控安全泄放設計及評估技術研究[D];大連理工大學;2011年

5 周建東;化學反應失控緊急泄放研究[D];大連理工大學;2000年

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本文編號：2566209