从DSC曲线数据计算/确定含能材料自催化分解反应动力学参数和热爆炸临界温升速率的方法

胡荣祖 赵凤起 高红旭 姚二岗 张海 王尧 常象宇 赵宏安

引用本文: 胡荣祖, 赵凤起, 高红旭, 姚二岗, 张海, 王尧, 常象宇, 赵宏安. 从DSC曲线数据计算/确定含能材料自催化分解反应动力学参数和热爆炸临界温升速率的方法[J]. 物理化学学报, 2013, 29(08): 1623-1631. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305282 shu
Citation:  HU Rong-Zu, ZHAO Feng-Qi, GAO Hong-Xu, YAO Er-Gang, ZHANG Hai, WANG Yao, Chang Xiang-Yu, ZHAO Hong-An. Method to Determine the Kinetic Parameters of the Autocatalytic Decomposition Reaction and Critical Rate of Temperature Rise of Thermal Explosion of Energetic Materials from DSC Curves[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(08): 1623-1631. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305282 shu

从DSC曲线数据计算/确定含能材料自催化分解反应动力学参数和热爆炸临界温升速率的方法

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21173163)资助项目 (21173163)

摘要:

为应用热爆炸临界温升速率(dT/dt)Tb评价含能材料(EMs)的热安全性, 得到计算(dT/dt)Tb值的基本数据, 用合理的假设, 由Semenov的热爆炸理论和9 个自催化反应速率方程[dα/dt=Aexp(-E/RT)α(1-α) (I), dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α)n(1+Kcatα) (II), dα/dt=Aexp(-E/RT)[αa-(1-α)n)] (III), dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)(1-α)+A2exp(-Ea2/RT)α(1-α) (IV), dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)(1-α)m+A2exp(-Ea2/RT)αn(1-α)p (V), dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α) (VI), dα/dt=Aexp(-E/RT)(1-α)n (VII), dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)+A2exp(-Ea2/RT)(1-α) (VII), dα/dt=A1exp(-Ea1/RT)+A2exp(-Ea2/RT)α(1-α) (IX)]导出了计算(dT/dt)Tb值的9 个表达式. 提出了从不同恒速升温速率(β)条件下的差示扫描量热(DSC)曲线数据计算/确定EMs自催化分解反应的动力学参数和自催化分解转向热爆炸时的(dT/dt)Tb的方法. 由DSC曲线数据的分析得到了用于计算(dT/dt)Tb值的β→0 时的onset 温度(Te0),热爆炸临界温度(Tb)和相应于Tb时的转化率(αb). 分别用线性最小二乘法和信赖域方法得到方程(I)和(VI)及方程(II)-(V)和方程(VII)-(IX)中的自催化分解反应动力学参数. 用上述基础数据得到了EMs的(dT/dt)Tb值. 结果表明: (1) 在非等温DSC条件下硝化棉(NC, 13.54% N)分解反应可用表观经验级数自催化反应速率方程dα/dt=1015.82exp(-170020/RT)(1-α)1.11+1015.82exp(-157140/RT)α1.51(1-α)2.51描述; (2) NC (13.54% N)自催化分解转向热爆炸时的(dT/dt)Tb值为0.103 K·s-1.

English

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  • 发布日期:  2013-07-09
  • 收稿日期:  2013-04-08
  • 网络出版日期:  2013-05-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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