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3,4-二氨基呋咱氧化过程的热危险性研究认领

被引量： 7

作者：

张明燕

学位授予单位：

南京理工大学

摘要：

呋咱类含能材料是应用较广泛的高能量密度材料之一。以双氧水为氧化剂在有机溶剂中将3,4-二氨基呋咱（DAF）氧化为3-氨基-4-亚硝基呋咱（ANSF）是合成许多呋咱类含能材料的第一步。目前国内外学者对呋咱类含能材料的研究主要聚焦于材料本身的爆轰性能及热稳定性研究,对合成过程中的热风险关注较少。而双氧水参与的氧化反应一般潜在危险性较大且DAF氧化反应过程中物料危险性较高。因此,研究双氧水氧化DAF合成ANSF过程中的热危险性十分必要。本文采用差式扫描量热仪和绝热加速量热仪研究了DAF、氧化剂体系、反应产物料液及ANSF的热稳定性。结果表明,DAF的起始分解温度高,热稳定性较好,分解具有自催化性质;双氧水-钨酸钠混合体系在室温下即分解且具有自催化特性,氧化剂体系热稳定性较差;产物料液的热稳定性较差,产物水相的热危险性大于有机相;ANSF不仅热稳定性差、分解放热速率快、比放热量及产气量大,同时也具有自催化性质。采用模型拟合法计算了DAF与ANSF的热分解动力学参数,DAF两步反应的活化能分别为181.97 k J·mol-1和168.77 k J·mol-1;ANSF两步反应的活化能分别为114.75 k J·mol-1和109.02 k J·mol-1。采用反应量热仪研究了DAF氧化过程在不同溶剂量、搅拌速率及反应温度等条件下的放热特性。结果表明,溶剂量及搅拌速率对反应放热特性影响较小,温度对反应放热速率影响显著,高温有助于提高反应速率从而增大放热速率。DAF氧化反应总体放热速率缓和,放热量较小。利用风险矩阵、基于特征温度的危险度分级法评估了DAF氧化过程中的热风险。风险矩阵法评估结果为:目标反应的热失控风险等级为2级,二次分解反应的热失控风险等级为4级。根据特征温度评估出目标反应的危险度为5级。此外,对2000 kg生产规模的ANSF合成体系热失控后气体/蒸气释放的严重度进行了评估,发生热失控时体系蒸气与气体释放后果的严重度均为中等的。本文通过研究ANSF合成过程中的热危险性,明确了该氧化过程中的主要危险因素与热失控风险等级,对通过氧化DAF合成其他呋咱类含能材料过程中的热风险识别具有一定的指导意义。

摘要译文

关键词：

3-氨基-4-亚硝基呋咱; 热稳定性; 热风险评估; 双氧水; 氧化反应

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

安全工程（专业学位）

导师：

马莹莹

中图分类号：

TQ560.1[基础理论]

学科分类号：

081702[化学工艺];082605[特种能源工程]

D O I：

10.27241/d.cnki.gnjgu.2020.000812