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南京理工爆破与爆炸 南理工爆炸( 二 )


图3爆炸事故现场照片 。
通过现场调查，发现反应装置的温度控制系统和磁力搅拌系统运行正常 。可以肯定的是，反应堆中过高的压力是爆炸的直接原因 。另外，值得注意的是，在本次实验中，作者将反应温度由原来的170℃提高到200℃，并使用大量偏苯三酸酐代替原来的偏苯三酸酐和邻苯二甲酸酐，扩大了反应的总摩尔数 。一般来说，爆炸事故主要是由反应温度升高和反应总摩尔数膨胀引起的 。
图4热分析技术模拟反应过程 。
为了进一步了解爆炸前反应体系的变化，作者利用热分析技术对反应过程进行了模拟 。发现同一反应在封闭系统中的热行为似乎与开放系统不同 。DSC结果表明，放热过程发生在110°C左右，然后在高达200°C的温度范围内以连续吸热过程为主，与2，9，16，23-四甲基氨基酞菁锌相比，尿素分解产生的小分子气体可能阻碍平衡向前进行 。红外光谱结果表明，在120℃反应1h后，反应混合物的化学性质保持相似(具有相似的红外吸收) 。110℃左右的放热过程可能是偏苯三酸酐水解成偏苯三酸，引发反应 。相反，混合物在200℃反应后，红外光谱可以证实酞菁环的形成，也证实混合物在200℃反应生成2，9，16，23-四甲氨基锌酞菁 。
值得指出的是，读者可能不理解为什么要在反应装置中增加阿林冷凝器 。这主要是因为反应中回流溶剂较少，反应系统中增加阿林冷凝器可能主要用于收集尿素/缩二脲蒸气，防止尿素污染通风柜 。因此，问题的关键在于固体堵塞在冷凝管中，使反应系统变成一个封闭系统 。同时，当实验者在之前的反应后清洗器皿时，在阿林冷凝器中观察到一些白色固体冷凝物 。
但不幸的是，这一现象并没有引起实验者的注意，尽管他们意识到凝汽器管堵塞会产生极高的爆炸风险 。
图5封闭反应系统中引发爆炸的四个因素 。
从众所周知的PV=nRT理想气体定律不难看出，在封闭系统中，压强与温度和物质的量成正比，而与体积成反比 。因此，增加封闭系统中的气体量，提高温度或减少系统的体积，都会导致系统压力升高，从而可能导致爆炸 。
容器损坏:容器损坏将导致气体失控释放，导致爆炸 。如果高压容器壁受到损坏(如撞击、腐蚀、火灾等) 。)，其最大承压能力可能会明显降低 。事实上，因操作或储存不当导致的压缩气体钢瓶爆炸已多次报道 。
系统体积减小:当温度保持不变时，气体的压力与其体积成反比 。对于有气体输入的开放系统，当气体出口被堵塞时，系统变成压力增加的封闭系统 。在这种情况下，气体体积从无穷大值(开放系统)变为固定值 。持续供气可能导致爆炸 。上述事故中，尿素蒸汽和副产物冷凝堵塞冷凝管，形成封闭系统，导致爆炸 。
温升:温升对封闭系统的反应有两个主要影响 。首先，根据理想气体定律，一定量气体的压力与其绝对温度成正比增加 。如果反应过热(例如，由温度控制器故障引起)，反应系统的压力将急剧增加，并可能超过容器的设计极限，这通常会导致强烈的爆炸 。第二，温度的升高会让大部分反应的反应速率走得更快 。如果反应是放热的，产生的热量会进一步加快反应速度，可能导致爆炸 。另一方面，如果反应系统或恒压容器从环境中获得额外的能量(例如，来自火、辐射或阳光)，系统温度也将随着压力的同时增加而升高 。在这种情况下，虽然能量输入可能不足以加速反应，但爆炸仍可能发生 。
产气:当封闭系统中的气体含量超过设计值时，反应容器可能发生爆炸 。产生大量气体的常见原因主要有:温度失控产生气体、反应物混合不充分、反应物分解剧烈、外部气体突然引入等 。同时，众所周知，爆炸性化学物质如硝基化合物和含叠氮化物的化合物的分解可能导致大量气体的产生 。
[减少爆炸事故的措施]
在实际化学反应中，许多不利因素通常会导致爆炸事故 。因此，应综合考虑各种因素，防止密闭系统发生爆炸 。在进行化学实验时，可以采取各种技术和管理措施，有效地防止爆炸 。首先，安全设计是实验方案实施前的关键步骤 。其次，实验过程中要采取防爆措施(如设置防爆措施、防止温度失控、监测压力等 。).最后，在不进行实验时，要按照规范定期对设备进行检查和维护 。
化学实验的安全设计:化学实验的设计一般应符合以下原则:
(1)有明确的研究目的；
(2)符合化学原理；
(3)在可行的条件下；
(4)制定安全措施；
(5)保持环境的可持续性 。


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