南理工爆炸_南京理工爆破与爆炸具体情况如何

2023-03-28 17:26:39来源：互联网

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南京工程学院爆炸(南京工程学院爆破与爆炸)

化学工业作为现代的一个新领域，给社会的发展带来了不竭的动力，也给我们的衣食住行带来了极大的便利。早年人们对化学的认知可能来源于生活，但随着化学工业的飞速发展，现代化学的理论体系越来越完整和系统化。值得注意的是，在科研人员开发新材料的过程中，如果化学反应条件控制不当，科研人员的生命财产安全可能会受到威胁。涉及化学反应的事故通常分为三类:爆炸、中毒和火灾。这些事故通常会造成人员伤亡、财产损失和对周围环境的污染，有时甚至会引发更严重的次生灾害。与其他类型的事故相比，爆炸往往发生得更快、更强烈、更具破坏性。由于应急反应滞后，爆炸事故造成的危害和影响可能进一步发展。在化学实验室中，爆炸通常发生在反应过程中，在高温高压的密闭系统中更为常见。

【资料图】

[警铃响起，实验室爆炸事故(部分)]

2009年7月3日中午12时30分，一氧化碳中毒事件:浙江大学化学系教师莫某某、浙江省某高校教师徐某某，在事发当天误将本应接至307实验室的一氧化碳气体接至通往211室的气体管道上。博士生晕倒在催化研究所211室，死亡。

四川化工大学实验室发生爆炸，三名学生受伤。2011年4月14日15: 45，四川大学江岸校区化工学院B座之一实验楼，三个学生在做常压流化床镀膜实验。实验材料意外爆炸，导致三名学生受伤。

南京理工大学废弃实验室爆炸致一死三伤。2013年4月30日上午9点左右，南京理工大学一废弃实验室拆除过程中发生意外爆炸。两名工人受重伤，两名受轻伤。其中一名重伤者经医院抢救无效死亡。

清华大学实验室爆炸。2015年12月18日上午10点10分左右，清华大学化学系田鹤楼二楼一实验室发生爆炸。一个做实验的孟姓博士后当场死亡(突然！清华大学一个实验室发生爆炸，一名医生丧生。

2016年5月23日，上海青浦区发生一起工厂爆炸事故，造成华东理工大学一名研究生和两名工人死亡。(悲剧)华东理工大学研究生在家教厂爆炸中遇难。

2016年9月21日上午10时30分左右，上海松江大学园区东华大学化学化工与生物工程学院一实验室发生爆炸，两名学生重伤(关注|东华大学实验室爆炸受伤学生起诉校方双方同意调解)。

北京交通大学实验室爆炸事故。2018年12月26日15时，北京交通大学市政环境工程系学生在学校东校区2号楼环境工程实验室进行垃圾渗滤液废水处理科研实验时，实验现场发生爆炸，造成参与实验的3名学生死亡(北郊实验室爆炸事故调查报告公布:操作不规范，亲人流下两行泪)。

[研究结果]

近年来，实验室的安全建设成为人们关注的热点问题，也是教育主管部门关注的重点问题。一些实验室安全建设的研究也相继开展。最近，中国科学院福建材料研究所李志华和王伟研究组在化学反应和爆炸机理方面取得了进展。以2，9，16，23-四羰基酞菁锌的合成为例，通过热分析研究了化学反应过程中爆炸的热稳定性，分析了化学反应过程中爆炸的原因，提出了加强化学实验室防爆工作的技术要点和管理措施。这项工作发表在ACS化学健康与安全(ACS Chemical Health & Safety)杂志上，这是ACS系列的新一期，标题是“从化学合成过程中的爆炸中学到的更少:讨论和预防策略”。本文之一作者为中国科学院福建物质研究所李志华教授，中国科学院福建物质研究所李志华教授、王伟教授为本文通讯作者。

[事故详情]

图1 2，9，16，23-四羰基酞菁锌的合成过程。

图2-2，9，16，23-四羰基酞菁锌的合成装置。

以合成2，9，16，23-四羰基酞菁锌的实验为例，讲述了事故发生的原因。在钼酸铵、醋酸锌、尿素和氯化铵存在下，于200℃合成了Zn (II)-2，9，16，23-四甲基氨基酞菁(中间体)。得到中间体后，混合物在碱性条件下进一步水解，得到目标产物Zn(II)-2，9，16，23-四羰基酞菁。通常，2，9，16，23-四甲基氨基锌酞菁中间体的合成在油浴中进行，使用装有Arlene冷凝器的500 mL三颈圆底烧瓶，循环水作为冷却剂。事故当天上午9点，一名研究人员进行了两个相同的实验，冷却水依次流经两个阿林冷凝器。将48.0克偏苯三酸酐、23.0克乙酸锌、2.0克钼酸铵四水合物、2.0克氯化铵和90.0克尿素加入到圆底烧瓶中。将烧瓶置于油浴中，在30分钟内将反应温度缓慢升至200℃。此时，尿素和偏苯三酸酐熔化并溶解所有其他化学品，这表明反应按设计开始。

上午11点左右，与城市供水直接相连的烧瓶发生爆炸，炸毁了通风柜的窗扇。万幸的是，没有人员受伤。

[事故原因分析]

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)。)，其更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。

对于特定类型的化学实验，如课堂演示或公共科学演示，除了满足上述原则外，还有进一步的要求。

温度控制和保护装置:众所周知，在化学实验室中，通常使用可编程温度控制器来控制反应系统的温度。一般来说，温度控制可以通过标准的控制设备来实现，通常包括温度传感模块、温度显示模块和加热模块。一旦在温度控制器上发现异常行为，联锁控制措施(如切断反应物进料、改变加热条件、改变搅拌速度等。)以避免过热。需要强调的是，对于那些对温度敏感的反应，在具体的操作过程中，可以使用多个设备来监测反应温度。

压力监测和保护装置:在封闭空的房间里进行实验时，压力监测非常重要。减压阀、气球或缓冲瓶应集成到反应系统中，以便在压力超过设计极限时释放压力。此外，薄弱环节应特别设计为反应系统，以释放压力，特别是潜在的爆炸性反应。当产生异常高压时，通过在薄弱点泄压可以有效防止爆炸事故。

防爆措施:具有明显爆炸危险的反应，如易爆炸或爆炸时显示巨大威力的反应，必须在专门设计的防爆实验室进行。在防爆实验室中，必要时应提供防爆通风机或其他隔间，如防爆挡板或远程监控设备(用于监控反应压力和温度)。此外，尤其是实验室仪器设备的检查和维护非常重要。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chas.9b00028

来源:高分子科学前沿

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