东北大学开题报告.doc

毕业设计（论文）开题报告设计题目名称 氮气惰化条件下镁粉的化学反应动力学参数研究学 号 学生姓名 专 业 指导导师 开题时间 2014 年 3 月 20 日东北大学*学院2014年3月20日11、 设计依据1. 课题来源、选题依据和背景情况金属镁有良好的物理化学特性，它被称作“21世纪最具发展前景的绿色工程材料”。同时,镁粉作为一种高效的添加剂，广泛应用于航天、航空、汽车、军备、石油、化工、制药等各个领域。镁粉尤其是超细镁粉，作为镁金属工业近年最具有代表性的镁深加工产品之一，在国防、冶金等工业领域有着广泛的应用。比如在军事领域中，镁粉经常被用作炸弹、炮弹点火药，导弹和火箭的固体推进剂。近年来，在我国镁粉爆炸事故也时有发生。2013年11月12日15时55分左右，唐山威豪镁粉有限公司发生镁粉爆炸事故。爆炸原因为负责制粉车间2号生产线雾化罐清扫工作的工作人员没穿防静电服装，也没有穿防静电鞋，擅自打开雾化罐上两个人孔盖。这一行为属于没有执行公司“雾化罐清扫过程中，清扫人员必须穿戴防静电服、防静电鞋，必须在氩气保护下，密闭清扫罐内残留镁粉”规定，造成静电积聚在罐体中无法释放，引发粉尘爆炸。该事故造成1人死亡，直接经济损失高达60万元。2. 设计目的与意义研究镁粉的爆炸特性，可以为预防镁粉生产过程中出现的爆炸火灾等事故。解决镁粉生产的安全生产问题主要是预防和控制镁粉尘云的爆炸和粉尘层的火灾事故。当镁粉特别精细时，由于高强度的爆炸后果，泄压技术的效果不是特别理想。鉴于此，通常使用惰化技术作为预防镁粉尘爆炸的一种技术手段。现有研究表明，镁粉虽然在高温环境下可与氮气发生氮化反应，但其在氮气惰化气氛中的爆炸压力及压力上升速率与空气条件下相比较低，氮气表现出与氩气类似的惰化效应。本文通过研究镁粉在氮气惰化条件下的反应动力学，以期揭示镁粉在氮气惰化条件下的反应特性，从微观角度了解和解释氮气对镁粉尘云爆炸的惰化效应。3. 设计使用规范与资料本实验中，作者选用镁粉作为实验材料，实验采用耐驰STA449C热分析仪，分别设定5，10，15，20 K/min四种不同的加热速率，实验过程中样品重量及其微分变化数据由NETZSCH Proteus 软件自动记录。使用Proteus Analysis软件对各条热重曲线进行处理，以动力学基本假设公式为基础，参考和采用不同的动力学理论模型（包括Kissinger法，Friedman-Reich-Levi法及Coats-Redfern 法等）对热分析实验数据处理和分析，从而得到活化能等重要的化学反应动力学参数，并通过对比分析实验结果，分析各计算模型的优越性和适用性。二、研究内容1主要设计内容实验采用德国耐驰公司生产的STA449C综合热分析仪，在5、10、15和20/min四种升温速率下对镁粉颗粒在氮气环境中化学反应动力学进行了研究。研究过程中，首先获得了升温条件下的热重曲线。使用Proteus Analysis软件进行后处理。然后，通过文献调研，筛选了五种用于金属粉尘表面反应的动力学模型，即KAS法，Dreizin法，Kissinger法，Friedman-Reich-Levi法和Coats-Redfern法。最后，采用各理论模型对后处理的热重曲线进行了分析与计算，得到表观活化能等化学反应动力学参数，并分析了各计算方法对于镁粉颗粒的优越性和适用性。2. 拟解决的关键技术 a、运用微分法对热分析曲线进行动力学分析，多元线性回归方法的运用。b、不同的动力学理论模型的适用性。3拟采取研究方案及可行性分析a、实验室提供的STA 449C仪器是进行热分析实验的专业仪器，能保证实验的顺利进行；数据处理和计算的方法可参照类似研究课题。 b、运用不同的动力学理论模型（KAS法，Dreizin法，Kissinger法，Friedman-Reich-Levi法和Coats-Redfern法）处理实验数据，通过比较分析得到某一实验条件下最适用的动力学理论模型,同时确定镁粉在氮气气氛下反应的反应机理。三、工作计划序号阶段及内容工作量估计（时数）起止日期阶段成果形式1查阅相关文献及参考书903.23-4.5了解热分析实验及动力学参数计算的相关知识2购买相关实验样品及仪器测评504.5-4.103 运用热分析仪器分析镁粉氮化反应1604.10-4.30得到计算动力学参数所需的实验数据4 整理分析相关实验数据120 4.30-5.14得出煤粉和玉米淀粉的动力学参数及有关结论5整理和撰写论文1405.14-5.30得出分析结论四、主要参考文献1“十一五”镁行业发展规划N, 中国有色金属学报. 2005, 112刘宝兰. 镁粉尘爆炸的原因及其防止J. 轻金属, 2002, 10: 53-563胡荣祖,史启祯.热分析动力学M.第1版.北京:科学出版社,2001.14 M. A. Trunov , M. Schoenitz & E. L. Dreizin (2006): Effect of polymorphicphase transformations in alumina layer on ignition of aluminium particles, Combustion Theory and Modelling, 10:4, 603-6235 M.A. Trunov, M. Schoenitz, X. Zhu, E.L. Dreizin, Effect of polymorphic phasetransformations in Al2O3film on oxidation kinetics of aluminum powders,Combust. Flame 140 (2005) 310318.6 D.C. Brown, Magnesium recycling plant has explosion, Mon. Rev. Magnesium31 (2002) 9177 周俊虎,平传娟,杨卫娟等.混煤燃烧反映动力学参数的热重研究J.中国动力工程学报，2005,25( 2)8 Norbert Eisenreich, Harald Fietzek, etc. On the Mechanism of Low Temperature Oxidation for Aluminum Particles down to the Nano-Scale. Propellants, Explosives, Pyrotechnics 29 (2004), No. 39 Yuan Chunmiao, Yu Lifu etc. Thermal analysis of magnesium reactions with nitrogen/oxygen gas mixtures. Journal of Hazardous Materials 260 (2013) 707 714.10赵卫东，刘建忠，等. 水焦浆燃烧动力学参数求解方法J.中国电机工程学报,2008,28(17)11左金琼.热分析中活化能的求解与分析D.南京：南京理工大学硕士论文，200612 苑春苗. 惰化条件下镁粉爆炸性参数的理论与实验研究D. 沈阳: 东北大学博士论文, 200913M. Nifuku, S. Koyanaka, H. Ohya, C. Barre, M. Hatori, S. Fujiwara, S. Horiguchi,I. Sochet, Ignitability characteristics of aluminium and magnesium dusts thatare generated during the shredding of post-consumer wastes, J. Loss Prevent.Process Ind. 20 (2007) 322329.14Mirko Schoenitz, BhavitaPatel,etc. Oxidation ofaluminumpowdersathighheatingrates. Thermochimica Acta 507508 (2010) 11512215David E. G. Jones, Richard Turcotte,etc. Hazard Characterization of Aluminum Nanopowder Compositions. Propellants, Explosives, Pyrotechnics 28 (2003), No. 316 钟英鹏. 镁粉爆炸特性实验研究及其危险性评价D. 东北大学硕士论文. 2007, 12: 74- 8117 Jun Wang, Guangce Wang, Mingxu Zhang. A comparative study of thermolysis characteristics and kinetics of seaweeds and fir woodJ. Process Biochemistry, 2006, 41: 1883188618 Pang Keliang,Xiang Wenguo,Zhao Changsui. Investigation on pyrolysis characteristic of natural coke using thergogravimetric and Fourier-transform infrared methodJ. Analytical and Applied Pyrolysis ,2007,80, 77-8419 Li G, Yuan CM, Chen BZ. Explosion risk evaluation during production of coating powder J. Journal of hazardous materials. 2007: 149515-517.20 K.G. Mansaray, A.E. Ghaly, Determination of kinetic parameters of rice husks in oxygen using thermogravimetric analysis J. Biomass and Bioenergy, 1999, 17: 19- 3121 Magnesium recycling plant has explosion J. Magnesium monthly review. 2002, 31(6):1- 522 林荷梅, 于德源, 刘永远.铝镁粉尘爆炸与对策J.轻合金加工技术. 2001, 29(9): 47- 4923 王金龙,. 探讨氮化镁的几个问题J. 化学教学. 2006, 12: 56- 58导师签字：日期：