[發明專利]一種化工反應失控后果的放大預測方法

在審

• 申請號: 201710497711.8
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN109147872A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 費軼;王振剛;張晨;張帆;劉靜如;石寧
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C10/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜;曲顯榮

本發明公開了一種化工反應失控后果的放大預測方法，包括如下步驟：(1)通過實驗室級別的反應過程量熱數據獲取失控反應的反應動力學參數；(2)通過小試級別的反應模擬裝置獲得該級別下的反應失控特性參數；(3)依據步驟(2)的反應模擬裝置建立數值模擬模型，并將步驟(1)所得的反應動力學參數帶入該模型，計算反應失控特性參數；(4)將步驟(3)計算所得參數與步驟(2)實驗所得參數對比，從而修正計算模型；(5)將修正后的計算模型應用于工業裝置的反應失控預測。該預測方法能夠解決目前工業裝置化工工藝發生反應失控的觸發條件、失控過程及失控后果的模擬及預測問題。

技術領域

本發明涉及化工工藝安全領域，特別涉及一種化工反應失控后果的放大預測方法。

背景技術

由于化工過程中，化學轉化伴隨著質量、熱量和動量傳遞發生，隨著規模的改變，質量、熱量、動量的傳遞都會在空間尺度和時間尺度上產生變化梯度，這歸因于“放大效應”。放大效應的存在使得物料流動規律、機械效率和傳熱速率等特性發生本質變化，在小尺寸反應條件下得到的控制條件和生產規律可能發生偏差，從而造成取熱失效、物料積累、局部熱點等異常工況，這類異常工況是造成化學反應發生失控的重要原因。因而，有必要開發一種方法模擬這一放大過程的反應失控特性并預測反應失控后果。

目前化學反應失控過程的放大預測方法有以下兩類：

一、逐級放大法，該方法針對同一化工工藝，采用實驗室級別、小時級別、中試級別的逐級提高反應尺寸的方法，考察方法過程中的反應規律及放大特性。但是對于失控反應，當尺寸超過小試級別，其失控后果常包含劇烈的溫升、壓升甚至爆炸，后果是實驗過程無法實施和接受的。

二、數值模擬方法，目前CFD軟件其在計算傳熱、流動過程已較為成熟，但在化學反應計算方面應用很少，其原因是反應動力學參數的缺乏，以及其計算結果的準確性無法驗證。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種化工反應失控后果的放大預測方法，以達到解決目前工業裝置化工工藝發生反應失控的觸發條件、失控過程及失控后果的模擬及預測問題的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種化工反應失控后果的放大預測方法，包括如下步驟：

(1)通過實驗室級別的反應過程量熱數據獲取失控反應的反應動力學參數；

(2)通過小試級別的反應模擬裝置獲得該級別下的反應失控特性參數；

(3)依據步驟(2)的反應模擬裝置建立數值模擬模型，并將步驟(1)所得的反應動力學參數帶入該模型，計算反應失控特性參數；

(4)將步驟(3)計算所得參數與步驟(2)實驗所得參數對比，從而修正計算模型；

(5)將修正后的計算模型應用于工業裝置的反應失控預測。

上述方案中，所述步驟(1)具體包括針對具體化工工藝流程，進行量熱實驗，甄別該反應過程可能發生的物料分解、二次反應以及可能造成失控的反應，并根據反應放熱速率得到反應動力學參數及反應速率。

進一步的技術方案中，所述反應動力學參數包括活化能、指前因子和反應級數。

上述方案中，所述步驟(2)具體包括將該工藝流程在更大尺寸的反應模擬裝置上進行反應失控模擬實驗，該尺寸級別一般為1-5L級別，可以得到相應的反應失控特性參數。

上述方案中，所述步驟(3)具體包括根據步驟(2)的反應模擬裝置的結構及尺寸進行數值模擬，建立數值模擬模型包括幾何模型，網格劃分，以及確定流動模型、傳熱模型、物質輸運模型，并通過UDF編程模塊將步驟(1)得到的反應動力學參數嵌入數值模擬模型，通過計算得到反應失控特性參數。