双氧水工艺安全风险的实验研究及模拟分析

作     者：张泽鑫 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王丽军;谢刚

授予年度：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：双氧水安全生产 双氧水分解 安全风险评估 事故后果分析 FLACS仿真 

摘      要：双氧水作为一种常见的绿色化工产品,在诸多领域都有重要应用,但该物质生产工艺过程涉及过氧化物分解,近年来安全生产事故屡发。针对双氧水工艺的安全风险,本论文进行了系统地实验和仿真模拟研究,旨在掌握蒽醌法制备双氧水从生产原料、反应机理、到分离提纯等全流程中可能导致安全风险的关键因素、分析模拟的事故后果、评估可能的安全防范措施。 首先,针对双氧水工艺中涉及的危险物料进行热稳定性测量。使用差示扫描量热仪(DSC),测量了蒽醌法制备双氧水工艺中的氢化液、工作液和氧化产物的热稳定性,得到物质的分解温度和分解热等数据,计算得到TD24、TMRad等关键安全指标。使用全自动量热仪(RC1)测量了氢化和氧化的反应热等数据,在此基础上,计算出反应体系的ΔTad、MTSR、MTT等数据。最后进行双氧水生产工艺的安全风险评估。 其次,针对双氧水易分解的特点,开展过氧化物分解实验研究。研究工业生产中可能会遇见的不可控和偶然因素情况下双氧水分解速率。利用间歇式反应釜,测试双氧水在金属离子、阴离子、温度、自身浓度、pH等不同条件下的初始分解温度、分解速度、反应最高温度、反应最高压力等动力学数据。通过实验数据回归,建立不同因素促发的双氧水分解动力学模型。使用该动力学模型进行工艺安全风险分析和事故后果仿真。 再次,以某40万吨/年(双氧水质量浓度为35%)双氧水生产车间为应用场景,通过Aspen Plus软件对该工艺进行流程模拟,获得装置和流股的工艺数据。在此基础上,使用火灾爆炸指数(FEDI)对各装置的危险特性进行定量分析,并利用事故树法计算得到事故发生概率。 最后,针对可能发生的事故场景,使用HYSYS软件分析事故发生的动态特性,计算事故发生的超温超压状态。之后使用FLACS软件,对生产装置进行几何建模、划分网格、设置边界条件,模拟双氧水工艺中闪爆、燃烧和爆炸等事故工况。针对以往发生过的两起经典双氧水生产过程的安全事故,复现事故发生的情景,定量化事故后果,分析可能的减灾防灾的安全技术手段。 本论文采用实验和模拟两种方法对双氧水生产工艺的安全风险因素及可能的事故后果进行系统研究,科学地认识该工艺的关键安全要素,提前预防灾害的发生,对降低双氧水安全生产事故的发生具有重要理论和现实价值。