洁净高效混合气体灭火有效性模拟研究

论文摘要

由于卤代烷灭火剂破坏大气臭氧层而被联合国通过的一系列环境保护公约禁止其生产和使用，因此，寻求环境友好、灭火高效的哈龙替代技术成为目前世界各国面临的迫切任务之一。作为重要的哈龙替代技术，惰性气体和全氟烷烃灭火介质以其对灭火现场无污染、灭火无残留、不导电、灭火速度快等优点而在当今气体灭火剂市场上占据了主导地位。但是，全氟烷烃灭火介质由于在分子结构中不含溴元素，因此灭火效率低于哈龙1301，此外，全氟烷烃灭火介质在大气中分解困难，温室效应现象严重。惰性气体灭火介质虽然环境友好，但由于不具备化学灭火机理，仅仅依靠稀释氧浓度来达到灭火的目的，故灭火浓度高，灭火装置庞大，应用范围受到了一定的限制。因此可降解烃作为一种新型潜在的哈龙替代技术成为研究热点之一。 洁净高效灭火介质（BTP）为可降解溴烃的一种，由于其分子结构中含有碳一碳双键，因此在大气环境中容易分解，研究结果表明：BTP在大气中的存活寿命仅为几天的时间，故不会进入臭氧层对其造成破坏，大气温室效应值和臭氧耗损值全部为零。同时，由于BTP分子结构中含有溴元素，和火焰的作用过程中可以切断燃烧链反应，故BTP应具有高效的灭火效率。 为了发展一种新型的气体灭火技术，本文在对BTP制备方法和反应机理进行探讨、对合成路线理论可行性进行分析的基础上，首次提出了以含氟烃为起始原料，通过加成反应、消去反应和蒸馏分离等步骤制备BTP的工艺合成路线；并且在实验室小试规模水平上对制备工艺条件及其优化进行了大量的试验研究，确立了制备BTP路线中各制备步骤最佳的反应条件。 本文开展了BTP灭火剂毒性的研究，实验具体方法参照急性毒性实验，以昆明种小鼠作为受试动物，采用静式染毒方式，测定BTP灭火剂的急性毒性LOAEL（观察到有害作用的最低剂量）、急性毒性NOAEL（未观察到有害作用的剂量），根据半数致死剂量或浓度(LD50或LC50)对BTP的毒性分级。对受试小鼠进行靶器官病理分析，研究中毒原因。结果证明，BTP灭火剂是一种微毒，安全的灭火剂。 通过采用量子化学从头算方法，应用不同的基组，研究分子的能量和几何结构、振动频率，化学反应的途径及其各种热力学性质。通过对这些性质的分析，

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 第一章绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 龙替代技术的现状
• 1.2.1 哈龙灭火器替代的现状
• 1.2.2 哈龙灭火系统替代的现状
• 1.3 哈龙灭火技术替代的趋势
• 1.3.1 气体灭火剂性能要求
• 1.3.2 气体灭火系统发展趋势
• 1.4 本文的目的及任务
• 1.5 参考文献
• 第二章 含溴烯烃（BTP）的制备及工艺优化
• 2.1 引言
• 2.2 BTP的制备路线
• 2.2.1 合成 BTP反应机理
• 2.2.2 自由基反应机理
• 2.2.3 制备 BTP的反应路线
• 2.3 试验设备及过程
• 2.3.1 试验设备
• 2.3.2 试验试剂
• 2.3.3 试验过程
• 2.4 BTP的制备
• 2.4.1 加成反应溶剂的选择
• 2.4.2 溴与含氟烃的加成反应
• 2.4.3 中间产物的消去反应
• 2.4.4 蒸馏分离 BTP
• 2.5 本章小结
• 2.6 参考文献
• 第三章 BTP的毒性研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验理论设计
• 3.2.1 实验动物的选择和要求
• 3.2.2 受试物及处理
• 3.2.3 染毒方法
• 3.3 试验装置及试验过程
• 3.3.1 受试化合物
• 3.3.2 受试动物
• 3.3.3 染毒装置
• 3.3.4 剂量设计和试验方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 毒性作用统计
• 50计算'>3.4.2 剂量-效应关系LD₅₀计算
• 3.4.3 病理分析
• 3.5 本章小结
• 3.6 参考文献
• 第四章 BTP灭火机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 自由基发光理论
• 4.3 BTP量化计算及灭火机理讨论
• 4.3.1 计算方法
• 4.3.2 BTP分子构形计算结果
• 4.3.3 BTP与甲烷火相互作用灭火机理理论推导
• 4.4 BTP灭火机理试验研究
• 4.4.1 试验装置和步骤
• 4.4.2 试验结果分析
• 4.5 本章小结
• 4.6 参考文献
• 第五章 洁净高效混合气体灭火介质与扩散火焰相互作用研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验装置及方法
• 5.2.1 试验装置
• 5.2.2 气体流量计算
• 5.2.3 BTP与惰性气体混合
• 5.3 混合气体灭火浓度预测模型
• 5.4 试验结果与讨论
• 5.5 洁净高效混合气体协同灭火作用机制
• 5.6 本章小结
• 5.7 参考文献
• 第六章 混合气体灭火有效性研究
• 6.1 引言
• 6.2 试验装置及方法
• 6.2.1 试验装置
• 6.2.2 试验方法
• 6.3 混合气体灭火效率影响因素研究
• 6.3.1 BTP含量对混合气体灭火效率的影响
• 6.3.2 释放压力对混合气体灭火效率影响
• 6.3.3 喷嘴孔径对灭火效果的影响
• 6.3.4 混合气体灭火系统的优化
• 6.4 混合气体灭火性能研究
• 6.4.1 混合气体扑灭油类火
• 6.4.2 混合气体扑救木垛火的灭火试验研究
• 6.4.3 混合气体和气溶胶、细水雾、水成膜泡沫的灭火性能比较
• 6.5 本章小结
• 6.6 参考文献
• 第七章 结论
• 7.1 本文主要工作及结论
• 7.2 本文创新之处
• 7.3 下一步工作展望
• 发表文章目录
• 致谢