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絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試

更新時間:2024-11-08  |  點(diǎn)擊率:275

絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試



南京工業(yè)大學(xué)倪磊教授團(tuán)隊(duì)在 Journal of Molecular Liquids 期刊發(fā)了表題為 Study on the reaction selectivity and hazard of m-xylene nitration catalyzed by SO3H-functionalized ionic liquids with different anions: Experimental and theoretical approaches論文,該成果由國家自然科學(xué)基金委員會(編號21927815、52334006、52274209)和江蘇省“333"項(xiàng)目支持。

Journal of Molecular Liquids是化學(xué)-物理領(lǐng)域的quanwei學(xué)術(shù)期刊,專注于原子、分子和化學(xué)物理方向的研究。該期刊以其高水平的學(xué)術(shù)成果、良好的可讀性和廣泛的國際影響力而著稱。

絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試

本研究項(xiàng)目深入探討了五種不同類型的磺酸基咪唑類離子液體(SFILs)在催化間二甲苯硝化反應(yīng)中的選擇性和熱危險(xiǎn)性。其中,仰儀科技的絕熱加速量熱儀TAC-500A被用于硝化產(chǎn)物的絕熱熱失控測試和熱動力學(xué)分析,為開發(fā)高效且安全的硝化工藝提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支撐。


硝化工藝簡述

硝化是化學(xué)工業(yè)中一種極為重要的親電取代反應(yīng),其產(chǎn)物在zhayao、染料和醫(yī)藥等領(lǐng)域具有不可替代的作用。然而,近年來,由于操作失誤和熱累積等問題,硝化事故頻發(fā)。據(jù)中國化學(xué)品安全協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示,硝化工藝在我國危險(xiǎn)化工工藝中的事故率和致死人數(shù)均位居前列。


絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試

(左)江蘇響水“3·21"特別重大事故與

(右)江蘇聚鑫生物“12·9"重大事故


為加強(qiáng)危險(xiǎn)化工工藝的風(fēng)險(xiǎn)評估,《GB/T 42300-2022 精細(xì)化工反應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估規(guī)范》(點(diǎn)擊查看標(biāo)準(zhǔn)解讀)對反應(yīng)安全風(fēng)險(xiǎn)評估提出了更為嚴(yán)格的要求,明確規(guī)定了包括自動反應(yīng)量熱儀、絕熱加速量熱儀、差示掃描量熱儀快速篩選量熱儀等在內(nèi)的關(guān)鍵評估儀器。

絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試



本研究中TAC-500A應(yīng)用:

1. 模擬潛在熱失控行為

TAC-500A絕熱加速量熱儀通過保持反應(yīng)體系與環(huán)境溫度相等,在絕熱條件下測定樣品的熱行為,從而模擬潛在的熱失控反應(yīng)。在本研究中,研究人員使用不銹鋼量熱彈裝載約1克樣品,并采用經(jīng)典H-W-S模式,在200-400℃范圍內(nèi),以5℃的臺階溫升搜索不同離子液體催化條件下間二甲苯硝化產(chǎn)物的自放熱行為。在每個目標(biāo)溫度下,程序持續(xù)30分鐘,并設(shè)定自分解檢測閾值為0.02℃/min,以精確確定樣品的自放熱分解特性。實(shí)驗(yàn)初步表明,含有較高比例的單硝基化產(chǎn)物樣品會引發(fā)更劇烈的熱解。此外,硝基甲苯產(chǎn)品在熱失控過程中具有較長的分解誘導(dǎo)期,因此,其在運(yùn)輸和儲存過程中需要采取有效的溫度監(jiān)控措施。


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2. 硝化產(chǎn)物的絕熱動力學(xué)分析


TAC-500A絕熱加速量熱儀集成了多種反應(yīng)動力學(xué)分析方法。在反應(yīng)機(jī)理模型不明確的情況下,為避免預(yù)設(shè)模型不匹配帶來的誤差,可選擇等轉(zhuǎn)化率法進(jìn)行參數(shù)擬合;而對于具有明確n級反應(yīng)動力學(xué)方程,則可直接采用速率常數(shù)法進(jìn)行擬合。本研究采用了速率常數(shù)法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,與單硝基化產(chǎn)物相比,雙硝基化產(chǎn)物的分解需要額外的能量來啟動。



絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試

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3. 反應(yīng)熱安全性評估

TAC-500A絕熱加速量熱儀在測試強(qiáng)放熱硝基化合物的熱危險(xiǎn)參數(shù)方面表現(xiàn)出色。它不僅能實(shí)時追蹤反應(yīng)溫度,還能迅速捕捉絕熱溫升變化,其檢測閾值低于0.01℃/min,在確保實(shí)驗(yàn)安全的同時實(shí)現(xiàn)了精確量熱。此外,其數(shù)據(jù)分析軟件還能計(jì)算二次分解反應(yīng)的熱危險(xiǎn)參數(shù),并生成風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告。


絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試

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在化工工藝熱風(fēng)險(xiǎn)評估中,絕熱條件下最大反應(yīng)速率到達(dá)時間(TMRad)的測定至關(guān)重要。本研究利用TAC-500A的測試能力,成功獲取了硝基化合物的反應(yīng)熱動力學(xué)參數(shù),并基于這些數(shù)據(jù)計(jì)算出了其在絕熱條件下的TMRad值。結(jié)果表明,硝化產(chǎn)品在貯存和運(yùn)輸過程中的可靠工作溫度應(yīng)低于249.1℃,為全面評估其反應(yīng)進(jìn)程和熱安全性提供了有力的數(shù)據(jù)支持。


絕熱加速量熱儀應(yīng)用于不同離子液體催化間二甲苯硝化反應(yīng)的熱失控測試

絕熱加速量熱儀TAC-500A



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