医疗废物热解特性及动力学模型研究

论文题目: 医疗废物热解特性及动力学模型研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 热能工程

作者: 邓娜

导师: 张于峰

关键词: 医疗废物,热解特性,热解模型,混合热解,热重分析

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 热解技术被认为是极具潜力的医疗废物热化学处理技术,其工艺开发设计的前提和关键在于对医疗废物热解特性的深入了解。本文根据医疗废物有机组分的主要成分特性,将其分为塑料类、橡胶类、生物质类、蛋白质类、合成纤维类、药品类和混合类等7类废物,从各类中选取18种典型的医疗废物,进行了一系列有关热解特性的实验和数学模型研究,包括:1.单组份医疗废物热解特性的实验和模型研究:(1)对含量较高的大部分医疗废物组分进行元素分析、工业分析和发热量的测定,为热解特性研究提供基础。(2)利用差热-热重分析仪,在N2气氛下对单组分医疗废物样品进行非等温动力学实验;对照热重/微分热重(TG/DTG)曲线,结合样品的主要成分、工业分析和元素分析等信息,剖析废物的热解机理,对每种样品的热解行为进行细致分析和合理解释;对照差热(DTA)曲线,细致分析了热解过程中的热量变化;阐述了热解残余物的性状。研究发现医疗废物的热解行为非常复杂,不同成分样品的热解行为和机理差别很大;由于医疗用品的特殊性,即使样品主要成分或主要热解机理类似,由于杂质和制作工艺过程的不同,导致热解行为也会存在一定差异。(3)采用三种传统的动力学方法对单组分医疗废物的热重数据进行处理,求解动力学参数,并结合废物的热解机理,对得到的结果进行分析。(4)对单组分医疗废物提出一个统一的热解机制并建立热解模型,此模型可模拟所有单组分医疗废物样品的热解行为,适用性很强;可应用该模型预测热解过程中任意时间或温度下原始物样和各阶段产物的质量随温度的变化情况,以指导和优化反应器的设计和运行。2.医疗废物混合组分热解特性的实验和模型研究:(1)从各类医疗废物中选取代表性的样品,利用热重分析仪进行两两混合热解实验,发现①主要成分为PVC的输液管与其它组分之间均发生了不同程度的相互反应;②导尿管与其它组分混合后,CaCO3的分解温度明显降低,DTG峰形状不变。③其余样品之间未发生明显的相互反应,混合热解特性为单组分热解特性的线性叠加。(2)调整输液管与纱布的混合比例进行热重分析,从热解机理的角度分析其混合热解特性,并根据反应机理,建立了双组分之间相互反应的热解模型,模型结果与实验事实符合良好,验证了二者的反应机制。另外,利用固定床式热解炉实验装置,在700℃的热解终温下对实际医疗废物进行热解试验,检测热解可燃气成分,监测工艺废气、固样中的有害物质,显示能源化和无害化效果显著。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 医疗废物的定义、分类、理化特性和产生量

1.3 国内外医疗废物处理现状

1.3.1 国外医疗废物处理现状

1.3.2 我国医疗废物处理现状

1.3.3 目前医疗废物处理技术的特点

1.3.4 热解处理技术

1.4 废物热解特性的实验研究现状

1.4.1 单组分热解特性方面

1.4.2 混合组分热解特性方面

1.5 热解模型研究现状

1.5.1 传统动力学分析方法

1.5.2 热解动力学模型的研究进展

1.6 本文研究的主要内容和意义

第二章 医疗废物实验样品的选择和分析

2.1 样品的来源和种类

2.2 样品的组成和主要成分

2.3 样品的元素分析、工业分析及发热量

2.3.1 元素分析结果及讨论

2.3.2 工业分析和发热量结果及讨论

2.4 本章小结

第三章 医疗废物样品主要成分的热解机理概述

3.1 导致热解的因素

3.2 热降解的反应类型

3.3 医疗废物样品主要成分的热解机理及模型

3.4 杂质的影响

3.5 本章小结

第四章 单组分医疗废物热解特性实验研究

4.1 实验设备

4.1.1 热重分析实验台

4.1.2 热天平的主要参数、结构及工作原理

4.2 实验方法

4.3 医疗废物的基本实验结果

4.3.1 热重（TG）和微分热重（DTG）实验结果

4.3.2 差热分析（DTA）结果

4.4 单组分医疗废物的热解特性研究

4.4.1 塑料类医疗废物的热解特性研究

4.4.2 橡胶类医疗废物的热解特性研究

4.4.3 生物质类医疗废物的热解特性研究

4.4.4 蛋白质类医疗废物的热解特性研究

4.4.5 合成纤维类医疗废物的热解特性研究

4.4.6 混合类医疗废物的热解特性研究

4.4.7 药品类医疗废物的热解特性研究

4.5 样品热解残余物的性状

4.6 升温速率对热分析的影响

4.7 本章小结

第五章 单组分医疗废物的热解模型研究

5.1 热解动力学的基本方程

5.2 传统热解动力学研究

5.2.1 Coats-Redfern 法

5.2.2 Ozawa 法

5.2.3 Kissinger method 法

5.2.4 几种动力学模型处理结果的比较

5.3 通用的“整体两步四反应”热解模型

5.3.1 新模型的提出

5.3.2 模型的构建

5.3.3 模型的求解

5.3.4 模型应用于所有组分单升温速率实验数据时的结果

5.3.5 应用于同种废物不同升温速率实验数据时的结果

5.3.6 应用于同种废物多升温速率实验数据时得到的结果

5.3.7 模型对物料热解行为的预测

5.4 本章小节

第六章 医疗废物混合组分热解特性实验研究

6.1 医疗废物混合样品的选择

6.2 实验方法

6.3 实验结果和分析

6.3.1 21 种医疗废物二元混合物的热解特性研究

6.3.2 加权计算与实验得到的混合物热解曲线的对比

6.3.3 小结21 种医疗废物二元混合物的热解特性

6.4 不同混合比例下研究输液管与纱布的混合热解特性

6.4.1 实验方案

6.4.2 实验结果分析与讨论

6.4.3 输液管与纱布混合热解的机制

6.4.4 小结输液管和纱布的混合热解特性

第七章 输液管与纱布混合热解的动力学模型

7.1 双组分之间相互反应的热解模型的提出

7.2 输液管与纱布混合热解的动力学模型的构建

7.2.1 物理模型的提出

7.2.2 数学模型的描述

7.3 模型的求解

7.4 模型的结果

7.5 本章小结

第八章 医疗废物热解工艺的检测分析

8.1 实验物料

8.2 热解实验装置

8.3 实验方法

8.4 检测内容及结果

8.5 结果分析

8.6 本章小结

第九章 结论

9.1 主要研究结论

9.2 论文创新点

9.3 进一步工作的建议

参考文献

致谢

发布时间: 2007-07-10

参考文献

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• [4].灾难救援医疗废弃物溯源方法、理化性质及热解特性研究[D]. 张力.中国人民解放军军事医学科学院2017
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• [8].医疗垃圾热解气化理论与实验研究[D]. 吴挺.天津大学2005
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