基于神经网络的热动力学建模与绝热诱导期预测

准确的热动力学模型是研究物质热分解机理与放热过程的前提。提出了一种基于组合神经网络的热动力学建模方法,构建了2个神经网络模型,分别用于较低转化率及其他转化率下建模,以转化率、温度作为神经网络的输入,放热速率的对数作为神经网络的输出。在此基础上,采用迭代计算法获取绝热诱导期(TMR_(ad));将该模型用于20%二叔丁基过氧化物的甲苯溶液和具有复杂放热过程的芳香重氮液的热分解过程。结果表明:所建立的组合神经网络模型拟合效果较好,与机理模型获得的TMR_(ad)结果较为接近;20%二叔丁基过氧化物甲苯溶液的T_(D24)(TMR_(ad)为24 h的温度)分别为85.4℃和87.6℃,芳香重氮液的T分别为50.4℃和49.4℃。

六硝基六氮杂异戊兹烷自催化分解特性与热安全性研究

六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)是一种十分重要的新型单质炸药,其热分解安全性一直备受关注。利用动态差示扫描量热(DSC)仪进行实验,初步研究了CL-20的热行为;利用中断回归法、瑞士方法研究了CL-20的自催化反应特性,并用等温DSC实验进行了验证;基于CL-20的动态DSC曲线数据,采用Friedman法求得其活化能E_α与ln[Af(α)]值随转化率α的变化曲线,并结合热平衡方程计算了其绝热诱导期TMR_(ad).结果表明:CL-20的起始分解温度为233.5~255.7℃,其分解反应为自催化反应,热履历显著降低了其起始分解温度和峰温;在反应的不同阶段,CL-20具有不同的活化能,其绝热诱导期8 h和24 h对应的温度T_(D8)和T_(D24)分别为162.3℃和152.8℃.

3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮自催化分解反应特性与热安全性研究

通过动态差示扫描量热实验研究了3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的热行为,得到其热分解反应曲线。利用中断回归法、瑞士方法研究了NTO的自催化热分解反应特性,并通过等温实验进行验证。基于NTO的热分解反应曲线数据,采用Friedman法求得其活化能Eα与ln[Af(α)]值随转化率α的变化曲线,并结合热平衡方程计算了其绝热诱导期TMRa.结果表明:在升温速率分别为2℃/min、5℃/min、10℃/min、20℃/min条件下,NTO的起始分解温度为249.4~271.2℃,其分解反应为自催化反应,热履历显著降低了其起始分解温度和峰值温度;在反应不同阶段,NTO具有不同的活化能,其绝热诱导期为8 h和24 h时对应的温度T8和T24分别为166.1℃和152.1℃.

甲基肼热分解的动力学特性及热安全性

为了评估甲基肼液体推进剂在生产、贮存、运输以及使用过程中的热安全,借助差示扫描量热法(DSC)研究了甲基肼的热分解特性和热安全性,分别计算了甲基肼的动力学、热力学和热安全性参数,并获得了半径为1 m的球形甲基肼液体推进剂在不同超临界环境温度下的热爆炸延滞期,基于等转化率法使用AKTS软件进一步计算得到了甲基肼的绝热诱导期以及自加速分解温度。结果表明:甲基肼的热分解过程只有一个较强的放热峰,采用Kissinger法和Ozawa法计算得到甲基肼的活化能值分别为159.13 kJ·mol^(-1)和158.89 kJ·mol^(-1),自加速分解温度为451.53 K,热爆炸临界温度为469.55 K,热力学参数活化熵(ΔS^(≠))、活化焓(ΔH^(≠))和吉布斯活化自由能(ΔG^(≠))分别为73.93 J·mol^(-1),155.32 kJ·mol^(-1)和121.46 kJ·mol^(-1);使用AKTS软件计算得到8、24 h和168 h绝热诱导期对应的温度分别为429.55,424.05 K和414.95 K;包装质量分别为5,25,50 kg和100 kg时,甲基肼的自加速分解温度依次为415.15,414.15,413.15 K和412.15 K。研究结果为评价甲基肼在生产、储运和使用过程中的热安全性提供了必要的理论基础。

甲基肼硫酸盐热分解特性及其热危险性研究

为了研究甲基肼硫酸盐的热分解特性及其热危险性,采用质量分数98%的甲基肼硫酸盐为研究对象,利用差示扫描量热仪(DSC)对其进行测试。在升温速率为2~10℃/min的条件下熔点为142.2~144.4℃,起始分解温度为192.0~205.1℃,峰值温度为214.2~234.3℃,平均比放热量为1301.5 J/g。在此基础上,采用高等动力学分析软件AKTS对热分解曲线进行解耦,利用Friedman法得到了活化能(E_(α))随反应进程(α)的变化曲线,并结合热平衡方程得到了绝热诱导期(TMR_(ad))与温度的关系曲线。结果表明:98%甲基肼硫酸盐的热分解存在两个耦合的放热峰,解耦后当两个放热峰的α均为0.1~0.9时,E_(α)分别为118.9~159.6 kJ/mol、122.8~131.7 kJ/mol;TMR_(ad)为24 h时的温度T;为135.8℃。采用瑞士方法和中断回扫法研究了98%甲基肼硫酸盐的热分解反应特性,结果均表明其分解过程符合n级动力学模型。

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物的热安全特性分析

采用差示扫描量热仪(DSC)对2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)进行线性升温实验,分析其热分解特性。通过Kissinger和Friedman模型对DSC曲线进行动力学计算,并结合热平衡方程计算其绝热诱导期(TMRad)及自加速分解温度(θ_(sad))。结果表明:LLM-105的初始分解温度、最高分解温度、分解完成温度均随着升温速率的增加而向高温方向移动,平均分解热为718.7 J/g。通过Kissinger模型计算得到的表观活化能为358.2 kJ/mol;而通过Friedman模型的计算曲线可知,LLM-105在不同反应阶段中具有不同反应。当绝热诱导期为2.0、4.0、8.0 h时,对应温度分别为296.8、290.7、284.7℃。当质量分别取5.0、15.0、25.0、50.0 kg时,自加速分解温度分别为267.0、265.0、262.0、259.0℃。随着包装质量的增加,分解放出的热量交换到周围环境中的难度就会越大,安全性也进一步降低。因此,在储存LLM-105时,必须控制一定的药品尺寸及良好的通风条件,以保证其储存安全。