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一种新型绝热量热计及其应用

      摘 要 介绍了一种新型绝热量热计———加速量热仪。该仪器可用于危险放热反应试验,记录反应过程中温度、压力的变化,再利用软件分析出反应物质的初始反应温度、到达*大反应速率的时间和动力学参数等。其结论可推广到生产过程中的大规模反应。用过氧化二特丁基(DTBP)的实验结果说明了仪器在测量物质安全性能方面的作用。
关键词 绝热量热计 放热反应
基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目(No. 2001CB409600)
作者简介: 栗元龙,1976 年出生,男,博士研究生,主要从事船舶火灾安全研究。
通讯联系人: 陆守香,男,1962 年出生,教授,博士生导师,主要从事船舶火灾安全研究。
1  前 言
上世纪中期以来,化学工业突飞猛进,各种新产品层出不穷。但与此同时,生产流程、产品储存等也变得越来越危险。因为一些难以预料或控制的放热反应会在生产和储存过程中发生,而热量的突然或大量聚集常常引发事故。因此,迫切需要一种方法来评估化学品的热安全性[1]。自加热是这些危险放热反应的一个主要特点。早期测定自加热的的方法包括:单炉法、杜瓦真空瓶法和差热分析法。一些大公司认为这些方法有局限性,实验条件不符合现实情况,而希望在实验室里真实模拟出工业流程中的大规模自加热反应(发生在加工、储存或运输过程中的反应)。绝热量热计可以满足这种要求。绝热量热计测量到的热量完全是物质自身反应产生的。第一台绝热量热计是由美国
Dow 化学公司研制开发的,并被命名为加速量热仪(accelerating rate calorimeter , ARC) [2 ]。本文对这种仪器作简要介绍。
2  测量原理
加速量热计的测量原理可以根据Semenov 绝热反应理论解释。图1 是热释放速率随温度变化的曲线。图中,曲线a显示绝热条件下样品反应放热速率随温度的变化,斜线b 是样品容器热量损失速率随温度的变化。两条线分别交于A、B 两点(见斜线b1)。反应开始,系统温度低于A 点温度,样品放热速率大于容器失热速率,系统升温,然后在A 点平衡;系统温度在B 点以下A点以上时,容器失热速率大于样品放热速率,系统降温,还是在A 点平衡;只有当系统温度大于B点温度时,反应才失去控制,不可逆转。当环境温度升高时,平衡温度A 会升高,而*大安全温度B 会下降。
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