優(yōu)秀論文｜絕熱加速量熱儀用于研究不同有機溶劑對硝化工藝危害和反應選擇性的影響

南京工業(yè)大學倪磊教授團隊在Journal of Molecular Liquids期刊發(fā)表論文《Effects of twelve organic solvents on process hazards and reaction selectivity of m-xylene nitration: Combined calorimetric technique and DFT calculations》，該成果由國家自然科學基金項目(No. 21927815, 52334006, 52274209)等支持。

該項目主要研究了12種有機溶劑下間二甲苯硝化反應的放熱行為和選擇性。其中仰儀科技絕熱加速量熱儀TAC-500A被應用于對硝化產物的熱失控測試，以及絕熱條件下硝化產物的熱動力學分析，為開發(fā)高效、安全的硝化策略提供關鍵數(shù)據(jù)支持。

硝化是化工生產中應用最廣泛的親電取代反應之一，其合成產物在炸藥、染料和藥品中不可或缺。然而，近年來由于錯誤操作和熱累積導致的硝化事故屢見不鮮。據(jù)中國化學品安全協(xié)會綜合數(shù)據(jù)顯示，我國硝化工藝發(fā)生危險事故率最高，且造成的死亡人數(shù)也最高。

（左）江蘇響水“3·21”特別重大爆炸事故與（右）江蘇聚鑫生物“12·9”重大爆炸事故

《GB/T 42300-2022 精細化工反應安全風險評估規(guī)范》（點擊查看往期標準解讀）進一步加強了重點監(jiān)管危險化工工藝的風險評估要求，其中規(guī)定了反應安全風險評估的關鍵儀器包括自動反應量熱儀、絕熱加速量熱儀、差示掃描量熱儀與快速篩選量熱儀等。

本研究中的TAC-500A應用：

1. 模擬潛在熱失控行為

TAC-500A絕熱加速量熱儀通過保持環(huán)境與反應體系溫度相等，測定樣品在絕熱條件下的熱行為，可模擬潛在熱失控反應。該研究中使用不銹鋼量熱彈裝載約1g樣品，運用經(jīng)典H-W-S模式檢測樣品的自放熱行為，通過ARC自動記錄下了實驗反應過程中樣品溫度-壓力隨時間變化曲線，絕熱數(shù)據(jù)被用于計算熱安全參數(shù)及熱失控評估。

2. 硝化產物的絕熱動力學分析

TAC-500A絕熱加速量熱儀集成多種反應動力學分析方法。在面對反應機理模型不確定的情況時，為避免因預設模型不匹配帶來的誤差，可選擇等轉化率法進行參數(shù)擬合；對于具有明確的n級反應動力學方程，可直接采用速率常數(shù)法進行擬合。