| Материалы с высоким значением теплоты для экзотермической реакции разложения при определенных условиях могут быть взрывопасными. Твердые материалы из такой категории очень опасны, если разложение начинается ниже температуры плавления. При недостаточном отводе тепла при помощи конвекции и органичении теплообмена легко может иметь место прогрессирующее увеличение температуры, приводящее в результате к термическому взрыву. |
| Многочисленные наблюдения показывают, что кинетический механизм разложения часто меняется с температурой. Это присходит, когда процесс разложения многостадийный и имеется стадия, определяющаая сдвиг других стадий. |
| Все известные теории и современные исследования используют одностадийные реакции для исследования процесса тепловыделения. Корректное описание процесса разложения является основой точного прогнозирования. Поэтому очень важным с точки зрения безопасности становится расширение существующей теории при помощи корректного описания процесса разложения использующего многостадийные реакции. |
| С другой стороны, поведение некоторых систем может быть близким при произвольном выборе значений теплоемкости, теплопроводности и теплопереноса через поверхность. Таким образом, даже в пограничных случаях имеет место адиабатическое поведение. |
 |
|
Zoalene (3,5-dinitro-o-toluamide) |
|
Zoalene является примером вещества, идеальным для тестирования в программе термического моделирования по следующим причинам:
- очень высокая теплота разложения 3000 Дж/г,
- относительно сложная кинетика разложения,
- экзотермический разложение может быть обнаружено высокочувствительными микрокалориметрами при темепературах, которые более чем на 100 °C ниже точки плавления,
- Zoalene стал причиной сильного взрыва в Англии в 1970-х годах. Сравнение результатов моделирования с фактическим материалом, аолученным в результате этого взрыва, позволяет проверить эффектиивность алгоритма.
|
| кинетический анализ: |
 |
| ДСК измерения для Zoalene в автоклавном тигле и смоделированные результаты для построенной кинетической модели |
| Процесс плавления аппроксимоирован при помощит реакции n-го порядка с высокой энергией активации и малым порядком реакции. Собственно разложение представляет двухстадийный процесс, описанный двумя реакциями первого порядка с автокатализом. |
| |
| кинетические параметры для плавления и реакций разложения
выше температуры плавления |
| # |
параметр |
значение |
| 0 |
lg (A1/s-1) |
150.00 |
| 1 |
E1/(kJ/mol) |
1310.00 |
| 2 |
React.order1 |
0.0015 |
| |
| 3 |
lg (A2 /s-1) |
8.78 |
| 4 |
E2 /(kJ/mol) |
117.42 |
| 5 |
lg K-cat 2 |
0.2007 |
| |
| 6 |
lg (A2 /s-1) |
2.76 |
| 7 |
E2 /(kJ/mol) |
64.94 |
| 8 |
lg K-cat 2 |
0.3737 |
| |
| 9 |
FollReact. 1 |
- 0.044 |
| 10 |
FollReact. 2 |
0.606 |
| |
| 11 |
площадь /(J/g) |
2400 |
|
| |
| кинетические параметры для реакции разложения ниже температуры плавления (реакция первого порядка) |
| # |
параметр |
значение |
| 0 |
lg (A1/s-1) |
2.646 |
| 1 |
E1/(kJ/mol) |
75.13 |
| 2 |
площадь /(J/g) |
2400 |
|
| |
| условия моделирования |
| условие |
значение |
| плотность/(g/cm3) |
0.34 |
| Cp/(J/gK) |
1.34 |
| теплопроводность/(W/cmK) |
0.001 |
| температуропроводность /(W/cm2K) |
0.0002 |
|
| |
 |
| Трехмерный график с результатами моделирования |
| Локальное повышение иемпературы, приводящее к взрыву, начинается в центральной части реактора после периода времени около 70 часов. Горизонтальное плато соответствует процессу плавления: при этом все тепло, выделяющееся при разложении, используется на плавление. |
Температурное моделирование
назад