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(yīng)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(yīng)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(yīng)用于對硝化產(chǎn)物的熱失控測試，以及絕熱條件下硝化產(chǎn)物的熱動力學分析，為開發(fā)高效、安全的硝化策略提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

硝化是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的親電取代反應(yīng)之一，其合成產(chǎn)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(yīng)安全風險評估規(guī)范》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(yīng)安全風險評估的關(guān)鍵儀器包括自動反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)。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(yīng)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(chǎn)物的絕熱動力學分析

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