【摘 要】
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随着市场需求及生产技术的不断提高,化工生产过程中的“四新”即新技术、新工艺、新物料、新设备也不断涌现。“四新”的出现提高了企业的生产效率,增强了企业竞争力,但是由于缺乏对“四新”的足够认识,贸然将其应用于生产实际,一旦过程失控,极易造成严重的生产安全事故。因此“四新”投产前迫切需要使用科学方法对其安全性进行分析并提出相应的安全对策措施,预防事故发生,以保障整个化工过程的安全平稳运行。本研究从安全系
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随着市场需求及生产技术的不断提高,化工生产过程中的“四新”即新技术、新工艺、新物料、新设备也不断涌现。“四新”的出现提高了企业的生产效率,增强了企业竞争力,但是由于缺乏对“四新”的足够认识,贸然将其应用于生产实际,一旦过程失控,极易造成严重的生产安全事故。因此“四新”投产前迫切需要使用科学方法对其安全性进行分析并提出相应的安全对策措施,预防事故发生,以保障整个化工过程的安全平稳运行。本研究从安全系统工程出发,针对一种新型复合肥产品-含硫磺(质量分数为12%)的磷酸二氢钙混合物料(以下简称加硫重钙)的高温干燥过程的安全问题,利用实验与数值模拟的方法研究物质危险性与干燥过程的安全性。分别从混合物的高温(温度可达800℃)热分解行为、混合物粉尘可爆性研究、干燥过程参数对硫磺粉尘氧化燃烧的影响及惰化保护等方面对新物料的高温干燥的过程安全控制、事故主动防御技术及断链减灾技术展开研究,研究内容与结论如下:(1)按照产品要求的比例,实验室内制备得到了加硫重钙样品,并通过管式炉模拟实际干燥升温过程,在250℃~800℃的温度区间内以100℃为一个步长获取了不同温度段下的热分解产物,并利用XRD技术对热解产物进行了分析,同时结合TG-DTG分析了磷酸二氢钙对硫磺氧化燃烧的抑制作用。利用20L Siwek球形爆炸仪对加硫重钙粉尘按照100g/m3、200g/m3、300g/m3、500g/m3、800g/m3、1500g/m3、1900g/m3、2000g/m3的粉尘浓度进行可爆性分析。同时对干燥机内粉尘的产生量进行监测统计,并利用物料衡算获取了干燥机内部的氧气含量。发现重钙即磷酸二氢钙对硫磺粉尘具有阻燃抑爆作用,但是该作用与初始温度有关,干燥机内部存在硫磺粉尘燃烧的危险。(2)由于干燥机内部仍然会发生硫磺粉尘氧化燃烧,利用计算流体动力学CFD仿真方法,构建干燥机模型,模拟了湿颗粒干燥时干燥机内部的温度场分布,并以生产实际中可控的工艺参数包括干燥气流速度、干燥气流温度、干燥气流氧含量作为边界条件对干燥机内部的硫磺燃烧进行了数值模拟。发现当气流速度为10m/s、气流温度为600℃、含氧量为1%时可以有效控制燃硫磺燃烧。(3)为了提高工艺的本质安全程度,利用数值模拟研究了氮气、二氧化碳对硫磺粉尘爆炸的抑制作用。并设计将惰性气体发生系统与干燥过程的DCS联锁,形成事故主动防御与断链减灾技术。发现相同质量流量下,氮气对硫磺粉尘爆炸的抑制作用优于二氧化碳。主要原因在于氮气的比热容大于二氧化碳,相同时间内可以吸收更多的热量。
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