[发明专利]一种化工反应失控后果的放大预测方法

说明书

本发明公开了一种化工反应失控后果的放大预测方法，包括如下步骤：(1)通过实验室级别的反应过程量热数据获取失控反应的反应动力学参数；(2)通过小试级别的反应模拟装置获得该级别下的反应失控特性参数；(3)依据步骤(2)的反应模拟装置建立数值模拟模型，并将步骤(1)所得的反应动力学参数带入该模型，计算反应失控特性参数；(4)将步骤(3)计算所得参数与步骤(2)实验所得参数对比，从而修正计算模型；(5)将修正后的计算模型应用于工业装置的反应失控预测。该预测方法能够解决目前工业装置化工工艺发生反应失控的触发条件、失控过程及失控后果的模拟及预测问题。

技术领域

本发明涉及化工工艺安全领域，特别涉及一种化工反应失控后果的放大预测方法。

背景技术

由于化工过程中，化学转化伴随着质量、热量和动量传递发生，随着规模的改变，质量、热量、动量的传递都会在空间尺度和时间尺度上产生变化梯度，这归因于“放大效应”。放大效应的存在使得物料流动规律、机械效率和传热速率等特性发生本质变化，在小尺寸反应条件下得到的控制条件和生产规律可能发生偏差，从而造成取热失效、物料积累、局部热点等异常工况，这类异常工况是造成化学反应发生失控的重要原因。因而，有必要开发一种方法模拟这一放大过程的反应失控特性并预测反应失控后果。

目前化学反应失控过程的放大预测方法有以下两类：

一、逐级放大法，该方法针对同一化工工艺，采用实验室级别、小时级别、中试级别的逐级提高反应尺寸的方法，考察方法过程中的反应规律及放大特性。但是对于失控反应，当尺寸超过小试级别，其失控后果常包含剧烈的温升、压升甚至爆炸，后果是实验过程无法实施和接受的。

二、数值模拟方法，目前CFD软件其在计算传热、流动过程已较为成熟，但在化学反应计算方面应用很少，其原因是反应动力学参数的缺乏，以及其计算结果的准确性无法验证。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种化工反应失控后果的放大预测方法，以达到解决目前工业装置化工工艺发生反应失控的触发条件、失控过程及失控后果的模拟及预测问题的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种化工反应失控后果的放大预测方法，包括如下步骤：

(1)通过实验室级别的反应过程量热数据获取失控反应的反应动力学参数；

(2)通过小试级别的反应模拟装置获得该级别下的反应失控特性参数；

(3)依据步骤(2)的反应模拟装置建立数值模拟模型，并将步骤(1)所得的反应动力学参数带入该模型，计算反应失控特性参数；

(4)将步骤(3)计算所得参数与步骤(2)实验所得参数对比，从而修正计算模型；

(5)将修正后的计算模型应用于工业装置的反应失控预测。

上述方案中，所述步骤(1)具体包括针对具体化工工艺流程，进行量热实验，甄别该反应过程可能发生的物料分解、二次反应以及可能造成失控的反应，并根据反应放热速率得到反应动力学参数及反应速率。

进一步的技术方案中，所述反应动力学参数包括活化能、指前因子和反应级数。

上述方案中，所述步骤(2)具体包括将该工艺流程在更大尺寸的反应模拟装置上进行反应失控模拟实验，该尺寸级别一般为1-5L级别，可以得到相应的反应失控特性参数。

上述方案中，所述步骤(3)具体包括根据步骤(2)的反应模拟装置的结构及尺寸进行数值模拟，建立数值模拟模型包括几何模型，网格划分，以及确定流动模型、传热模型、物质输运模型，并通过UDF编程模块将步骤(1)得到的反应动力学参数嵌入数值模拟模型，通过计算得到反应失控特性参数。