一种化工反应失控后果的放大预测方法技术

本发明专利技术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。

A Scale-up Prediction Method for Out-of-Control Consequences of Chemical Reactions

The invention discloses an enlarged prediction method for the consequences of chemical reaction runaway, which includes the following steps: (1) obtaining the reaction kinetic parameters of runaway reaction through the calorimetric data of reaction process at the laboratory level; (2) obtaining the reaction runaway characteristic parameters at the level through a small-scale reaction simulation device; (3) establishing a numerical simulation model according to the reaction simulation device of step (2) and The parameters of reaction kinetics obtained in step (1) are introduced into the model to calculate the parameters of reaction runaway characteristics; (4) the parameters calculated in step (3) are compared with those obtained in step (2) the calculation model is revised; (5) the revised calculation model is applied to the prediction of reaction runaway in industrial plants. This prediction method can solve the problems of simulation and prediction of triggering conditions, uncontrolled processes and uncontrolled consequences of chemical reactions in industrial plants.

【技术实现步骤摘要】
一种化工反应失控后果的放大预测方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术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，本专利技术的技术方案如下：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。上述方案中，所述步骤(4)具体包括将步骤(3)计算所得参数与步骤(2)实验所得参数对比，验证模拟数据的准确性，并根据误差做出相应的模型修正，通过该过程的反复进行，最终得到适合该反应体系的计算模型。上述方案中，所述步骤(5)具体包括将优化后的计算模型应用于工业装置级别的模拟计算，通过改变反应温度、反应压力、物料浓度、取热条件、机械输运条件考察反应失控的引发条件，同时可考察失控过程中各设备的应力变化、流动变化、温度场变化情况，从而对反应失控后果进行预测。通过上述技术方案，本专利技术提供的化工反应失控后果的放大预测方法的有益效果在于结合实验和数值模拟方法，通过实验室级别的实验得到失控反应的本征动力学(反应过程传质和传热影响可以忽略)，并将该动力学数据带入数值模拟模型进行计算，所得结果与被模拟实验结果对比，验证其准确性并加以模型修正，最后将该模型应用于工业级别的预测，该方法有效克服了现有两类方法的缺点，能够准确预测化工反应失控后果，便于操作人员及时应对，给实验操作提供安全保障。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术提供了一种化工反应失控后果的放大预测方法，该方法可以准确预测化工反应失控后果。具体实施方式如下：一种化工反应失控后果的放大预测方法，包括如下步骤：(1)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(包括活化能和指前因子)及反应速率。(2)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。(3)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。(4)将步骤(3)计算所得参数与步骤(2)实验所得参数对比，验证模拟数据的准确性，并根据误差做出相应的模型修正，通过该过程的反复进行，最终得到适合该反应体系的计算模型。(5)将优化后的计算模型应用于工业装置级别的模拟计算，通过改变反应温度、反应压力、物料浓度、取热条件、机械输运条件考察反应失控的引发条件，同时可考察失控过程中各设备的应力变化、流动变化、温度场变化情况，从而对反应失控后果进行预测。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本专利技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本专利技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本专利技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化工反应失控后果的放大预测方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种化工反应失控后果的放大预测方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种化工反应失控后果的放大预测方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的一种化工反应失控后果的放大预测方法，其特征在于，所述反应动力学参数包括活化能、指前因子和反应级数。4.根据权利要求2所述的一种化工反应失控后果的放大预测方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：费轶，王振刚，张晨，张帆，刘静如，石宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37