量热测试与安全评估-过程工艺的保障

量热测试与安全评估过程工艺的保障量热测试与安全评估-过程工艺的保障TianjinUniversity-AstraZenecaJointLaboratory天津大学-阿斯利康联合实验室卫宏远教授2010-10-2720101027LogoOutline量热技术12联合实验室3企业中的应用4未来发展TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo量热技术量热技术™典型案例™典型案例热电偶小试实验结果：亚硝酰基硫酸水浴和反应混合物之间没有检测到温度差异苯胺硫酸溶液小试得到结论：反应放热不明显，且能够被控制45℃工业规模下，进行改反应时，发生了剧烈爆炸，造成5人死亡30多人受伤，并对生产装置造成了巨大的破坏。TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo量热技术量热技术™原因分析z实验室简单的检测装置不能检测到反应热；z实验室比热交换面积比工业规模大2个数量级，反应热被移出，因此检测不到温差；™积极的结果z强调了量热仪的重要性z促进了仪器的开发（RC1DSC…）z专门热分析实验室的建立专门热分析实验室的建TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo量热技术量热技术™量热仪分类™量热仪分类z样品规模：微量热仪（毫克级）、大量量热仪（克量级）、实验室规模量热仪（百克量级至千克量级）仪（百克量级至千克量级）z单个量热单元或者两个量热单元（后者也称差示量热仪）根据热灵敏度对量热仪进行分类（灵敏度较低的用于筛选）z根据热灵敏度对量热仪进行分类（灵敏度较低的用于筛选）z根据量热采用的热量平衡方法进行分类理想累积量热仪（绝热量热仪）理想累积量热仪（绝热量热仪）理想热流量热仪（等温恒温量热仪）TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo量热技术量热技术™量热仪运行模式™量热仪运行模式z等温模式（isothermal）采用适当的方法调节环境温度从而使样品温度保持恒定。z动态模式(dynamic)样品温度在给定范围内呈线性变化。z绝热模式（adiabatic）样品温度源于自身热效应。z恒温模式（isoperibolic）环境温度保持恒定，而样品温度发生变化TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo量热技术量热技术™量热仪的热平衡™量热仪的热平衡热量累积=反应放热与环境的热交换热量累积=反应放热-与环境的热交换想热积+z理想热累积qac=qrx+qexz理想热流qac=qrx+qex=0z恒温方法TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo联合实验室™概况™概况天津大学(TianjinUniversity)是教育部直属国家重点大学，其前身为北洋天津大学(TianjinUniversity)是教育部直属国家重点大学，其前身为北洋大学，始建于1895年10月2日，是中国近现代史上第一所大学。工科发展，在国内一直处于领跑者的地位。在全球化的大背景下天津大学与阿斯利康合作于2008年正式成立联合实在全球化的大背景下，天津大学与阿斯利康合作，于2008年正式成立联合实验室，着力发展过程安全领域的研究。目标是将天津大学—阿斯利康联合实验室打造成过程安全领域的权威机构。目标是将天津大学阿斯利康联合实验室打造成过程安全领域的权威机构。目前联合实验室拥有20名以上科研和工作人员，其中包括教授1名，副教授2名，博士、博士后6名，硕士8名，本科生4人。Logo联合实验室成立联合实验室成立JointLaboratoryEstablishJointLaboratoryEstablishTJU-AZJointlabwasestablishedin2008TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo合作模式CorporationTrainingEquipmentsTrainingCorporationbetweenAZandTJUWorkshopProjectsCompanyLogoCompanyLogoLogo实验室设备EquipmentsDSCTSUSimularARCCompanyLogoCompanyLogoLogo差示扫描量热仪DSC(DifferentialScanningCalorimetry)制样机PresserSamplesize:5mg•Samplesize:~5mg•Highpressurevessels:200bar•Practicalsensitivity:~20W/kg•Typicalheatingrate:1–10K/minypg•Temperaturerange:ambient–700oC金坩埚）（threepieces）TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo实验数据实验数据ExperimentalDSCDataPlotTianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo筛热筛选量热仪TSUzSamplesize:~5gzHighpressurevessels:200barzPracticalsensitivity:8-10W/kgzTypicalheatingrate:2K/minzTemperaturerange:ambientzTemperaturerange:ambient–300oCzcycletime:4hoursSlFt6075KzScaleFactor:60–75KTianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo实验数实验数据ExperimentalTSUDataPlotTSUdatafor4_212.dat35070250300°C)5060)150200Temperature(°3040Pressure(Bara501001020SampleTemp(°C)OvenTemp(°C)ActualTempBaselinePressure(bar)0020406080100120140160Time(minutes)0TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogoSimularTianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo等温量热仪实验数据AssoonastheAssoonastheadditionstopstheHeatisthenproducedataconstantrateAssoonastheadditionstarts,heatgenerationcanbeseenintheihladditionstops,theheatgenerationstops.aconstantratethroughouttheaddition.25300.50.6isothermalcalorimetrydata.20onrate(W)0.4kg)1015Heatgeneratio0.20.3Feed(kThisisanexampleofadosecontrolled0500.1reaction.TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratory0130140150160170180190200210220230Time(munutes)0Logo加速绝热量热仪ARC(AcceleratingRateCalorimeter)zUsesanoventopreventheatlosses.zUsesthick-walled“bomb”whichcanwithstandveryhighpressuresof~150bar.zAsampleof~5gistypicallyused.z60mloptionforventsizingavailable.zSensitivityis~1-2W/kg.TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo人员培训TrainingAstraZenecaMacclesfieldAstraZenecaMacclesfield天津大学博士天津大学博士天津大学博士天津大学博士TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo合作企业合作企业Projects™AstraZeneca™GSK™FMCCorporation™JiangSuSafetyResearchCenter™SartomerCompanyInc.™TianjinChem.Eng.Research&DesignInstitute™Asymchem™……TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo企业中的应用案例™在石油管道运输过程中，时常用强氧化剂对管道进行清理和疏通；™该过程常常伴有放热和气体产生；™在石油管道运输氧化剂研发及工程放大的项目中希望得到™在石油管道运输氧化剂研发及工程放大的项目中，希望得到反应热量及生成气体情况的数据。™该物系由于浓度较低反应复杂给测量带来了定难度™该物系由于浓度较低，反应复杂，给测量带来了一定难度；TianjinUniversityTianjinUniversity--AstraZenecaJointLaboratoryAstraZenecaJointLaboratoryLogo企业中的应用案例等温反应量热仪反应开始放热Logo企业中的应用案例VTotalgasvolume＝（21-3）/100*100ml=18mlLogo企业中的应用案例™事故原因：某公司在油轮已暂停卸某公司在油轮已暂停卸油作业的情况下，向输油管道中注入含有强氧化剂的原油脱硫剂造化剂的原油脱硫剂，造成输油管道内发生化学爆炸。™2010年7月16日18时12分，辽宁省大连市大孤山新港码头输油管道因爆裂引发爆炸起火，并引发其中的103号储油罐起火，如果103号罐爆炸，将会给大连海域乃至整个渤海带来