Кратко — перечислить и пояснить ключевые параметры, которые нужны для оценки риска теплового разгона и проектирования мер безопасности.
Кинетические параметры:
- Константа скорости как функция температуры: $k(T)=A\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right)$. Нужны предэкспоненциальный множитель $A$ и энергия активации $E_a$ — для прогнозирования скорости при разных температурах.
- Порядок реакции и кинетическая модель (одностадийная, многоступенчатая, автокаталитическая): скорость $r$ (например $r=k{C}^n$) определяет скорость генерации тепла.
- Предельные / начальные концентрации реагентов и каталитические эффекты — влияют на доступный запас реактивности и скорость.
- Кинетика самораспада (инициации/декомпозиции) веществ — параметры для неселективных экзотермических разложений (индукционный период, скорость разложения).
- Газообразная продукция и стехиометрия газов (моль газа/моль реагента) — для оценки давления и скорости повышения давления.
Термодинамические и тепловые параметры:
- Теплота реакции (молярная или массовая): $\Delta H_r$ (обычно отрицательная для экзотермических) — определяет суммарное выделение тепла.
- Удельная теплоёмкость смеси/компонентов $C_p(T)$ и плотность $\rho$ — для расчёта адиабатического подъёма температуры.
- Адиабатический температурный подъём: примерно $\Delta T_{ad}=-\frac{\Delta H_r\cdot \Delta \xi }{\rho C_p}$ (где $\Delta \xi$ — степень реакции на единицу массы/моля) — оценивает наихудший температурный сценарий при отсутствии отвода тепла.
- Теплопроводность $\lambda (T)$ и коэффициент теплоотдачи $h$ (или $UA$ для аппарата) — влияют на отвод тепла и устойчивость процесса.
- Температура начала разложения, SADT (self‑accelerating decomposition temperature), TMR (time to maximum rate) / TMR_ad — критические параметры для хранения и транспортировки.
- Паровое давление, температура кипения, теплота испарения — для оценки образования паровой фазы, возможного вспенивания и опасности воспламенения.
- Теплота парообразования и газообразования при реакции (тепловой эффект фазовых переходов).
Процессные / конструктивные параметры, необходимые для расчётов безопасности:
- Объём/инвентарь реакционной смеси и геометрия аппарата (влияют на тепловую инерцию).
- Площадь теплообмена $A$ и доступная мощность холодного источника — для расчёта максимальной рассеиваемой мощности $q_{loss}=UA(T-T_{env})$.
- Начальная температура и температура окружающей среды $T_0,T_{env}$.
- Скорость перемешивания, слои/массовый/тепловой градиент (для гетерогенных систем).
- Данные по продувке/вентилированию: скорость и состав газовой фазы, параметры стояка/выпуска для расчёта подъёма давления и размеров предохранительных устройств.
- Давление разрыва, прочностные характеристики сосуда, и допустимый темп повышения давления $\mathrm{d}P/\mathrm{d}t$.
Ключевые расчётные соотношения/критерии (для оценки риска):
- Скорость генерации тепла (объёмная): $q_{gen}=-\Delta H_r\cdot r(T)$.
- Баланс энергии (одномерный объём): $\rho C_p\frac{\mathrm{d}T}{\mathrm{d}t}=q_{gen}-q_{loss}$, где $q_{loss}=UA(T-T_{env})$.
- Условие термического разгона: $\frac{\mathrm{d}{q}_{gen}}{\mathrm{d}T}>\frac{\mathrm{d}{q}_{loss}}{\mathrm{d}T}$ (температурная нестабильность).
- Для расчёта времени до разгона используют TMR, иногда аппроксимируемое из кинетики и теплообмена.
Экспериментальные данные, которые нужны:
- Калориметрия (adiabatic calorimeter / ARC, reaction calorimeter, DSC) — $E_a,A,\Delta H_r,$ TMR, SADT.
- Газо- и массоспектрометрия продуктов — газовый выход и состав.
- Теплопроводность, теплоёмкость, плотность по температуре.
Коротко о применении: имея набор вышеуказанных параметров, можно:
- Оценить адиабатический подъём температуры и вероятность run‑away;
- Рассчитать требуемую мощность охлаждения и время реакции/индукции;
- Размеры и время срабатывания средств аварийного отвода (вентиляция, предохранительные клапаны);
- Определить безопасные температуры хранения/транспортировки и требуемые ограничения по инвентарю.
Если нужно, могу перечислить рекомендуемые экспериментальные методы и типы расчётов (ARC, TMR‑расчёт, моделирование теплового баланса) для получения этих параметров.