用于化学品危险性快速检测的过程强化研究

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为加强危险化学品安全管理,防范其在储存运输和使用过程中的危险性,联合国《关于危险货物运输的建议书》给出了化学品危险性的相关实验方法及鉴别分类标准。其中腐蚀危险性、遇水放出易燃气体危险性鉴定分别耗时168h和7h,耗时过长,而目前国内短途运输速度快、效率高,检测标准难以满足现代运输需求。本文针对这一现状,在综述国内外相关研究的基础上,探索了分别以微波法和超声波法作为强化手段的腐蚀危险性快速检测和遇水放出易燃气体的快速检测技术。  为实现腐蚀过程的强化,设计并制造了加速腐蚀微波反应仪,采用微波加热、引入搅拌和改变温度等技术方案。以尺寸为50×20×2mm的SAE1020碳钢和7075-T6铝合金试片在硫酸与盐酸中的腐蚀为研究对象,确定了各体系的腐蚀危险性临界浓度。以最短时间内达到最高腐蚀速率为优化准则,考察了仪器操作参数对腐蚀速率的影响,得到了300W微波功率和80r/min搅拌速率的最优操作条件。  采用金属挂片实验,分别按照标准方法与微波法进行腐蚀实验,对不同腐蚀体系、腐蚀温度下金属试片的失重率与溶液pH值进行比较,对比两种腐蚀方法下达到相同腐蚀结果所需实验时间的差异,得出微波法75℃腐蚀40h的失重率及溶液pH值与标准方法55℃腐蚀168h的实验结果相近。考察不同温度、浓度下铝在NaOH溶液中的腐蚀动力学规律,对比两种方法下的动力学参数值并推导相应的动力学方程。利用扫描电镜对金属片表面腐蚀形貌进行表征。对表面膜的形成、腐蚀产物对传质过程影响以及腐蚀缺陷结构进行研究,探讨微波法强化腐蚀过程的机理。从腐蚀动力学和机理角度确定了微波法加速腐蚀的有效性,微波法可将腐蚀时间从168h缩短至40h。  进行了遇水反应放出易燃气体的实验,以镁硅铁合金为研究对象,系统考察了60、100、120和240目的样品粒径及20、30、35、40℃的反应温度对遇水反应放出气体速率的影响,讨论了粒径、温度对遇水反应的固-液传质机理。此外进行相关动力学研究,得出Arrhenius方程的指前因子、速率常数、反应级数和表观活化能等重要动力学参数。  为实现遇水反应放出易燃气体的过程强化,实验考察了80kHz、100kHz和45kHz超声波频率对加速遇水反应的影响,确定45kHz为最佳超声频率。测定该频率的超声波对反应仪器的空白影响值为0.53L/kg·h。考察了趟声波对不同粒径镁硅铁、硅铁、高纯硅铁、铝粉及锌粉遇水反应放出气体速率的加速规律:粒径小于240目时1n vultrasonic=1.6293+0.2634·1n vstandard,粒径大于240目时1n vultrasonic=0.97-0.071n Vstandard-0.06941n v2standard。对于铝粉、锌粉等放出气体速率小于0.1L/kg·h的一类样品。其等效加速方程为vstanard-vultrasonic-0.53,超声法将遇水反应危险性检测时间从原来的7h缩短至1h。
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