含能化合物是一類可在無外界物質參與下發生自分解反應並急劇釋放大量能量的特殊化合物，是發展先進武器裝備的關鍵性物質基礎。
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基本信息
論文名稱：能化合物製備過程的相關基礎問題研究
外文題名：Some fundamental problems in the process of the energetic compound preparation
論文作者：周俊超
導師：何潮洪指導
學科專業：化學工程
中文摘要
含能化合物的合成過程往往涉及硝化、氧化等反應，具有反應速率快、放熱劇烈、易飛溫失控等特點，對反應器性能和反應過程操作有較高的要求；同時由於產品易燃易爆，其後處理過程往往具有較高的危險性。本文對某含能化合物的氧化過程展開相關研究。測定了含能化合物合成過程所涉及的相關物性數據；對帶盤管反應釜進行了傳熱實驗，根據實驗所得不同攪拌槳作用下釜內盤管外側對流傳熱係數關聯式，優選出適用於強放熱反應過程的攪拌槳形式；結合工程計算和CFD數值模擬設計了用於該含能化合物氧化過程的強放熱反應釜；建立了該含能化合物氧化過程的數學模型，並編寫了可用於求解該數學模型的計算軟體，結合所設計反應器對該強放熱氧化過程進行了操作條件的最佳化和飛溫模擬；研製了適用於含能化合物過濾的履帶式真空連續過濾機，並建立了過濾過程的數學模型。 論文主要研究內容如下： 1.某些含能化合物的合成過程涉及二甲基亞碸(DMSO)和乙醇、水的二元、三元混合物體系。本文在較大濃度範圍內測定了常壓(0.1 MPa)下，溫度範圍T=(278.15～ 338.15)K內DMSO+乙醇、DMSO+水、DMSO+乙醇+水體系的導熱係數以及DMSO+乙醇+水體系的密度，並進行了數據的關聯，為含能化合物合成過程的最佳化設計提供了相關的基礎數據。 2.攪拌槳是釜式反應器的核心部件。本文在帶盤管的反應釜內對二斜葉攪拌槳、四斜葉攪拌槳、推進式攪拌槳、CBY攪拌槳和CBY-H攪拌槳等五種攪拌槳進行了傳熱實驗，研究了槳型、轉速對反應釜傳熱能力的影響，並根據實驗結果得到了不同攪拌槳作用下盤管外側對流傳熱係數的關聯式，為含能化合物製備中反應釜攪拌槳的選擇提供了依據。 3.針對某含能化合物的氧化過程進行了反應釜的設計研究。該氧化反應強放熱，且體系中大量的雙氧水在高溫下極易劇烈分解發生噴料，故該反應釜需要大量的盤管。為避免盤管排布過於緊密而影響釜內物料的流動和傳熱，本文通過計算流體力學(CFD)模擬了不同管間隙和離底高度對釜內流體流場的影響，並根據模擬結果確定了合適的盤管結構。論文進一步建立了該氧化過程的數學模型，利用Visual Basic(VB)語言編寫了相應的模擬軟體，考察了加料速率、反應溫度、反應時間等因素對反應過程的影響並對飛溫失控情況進行了模擬，確定了該氧化過程的合適操作條件。根據研究結果建造的該氧化過程試驗線運行狀況良好。 4.目前含能化合物的過濾仍以間歇操作為主，勞動強度大，生產效率低，且存在較大的安全隱患。本文以水平帶式過濾機為基礎，對其進行了多項改進，研製了適用於含能化合物過濾的履帶式真空連續過濾機，可實現人機隔離操作條件下含能化合物的安全連續過濾。論文還建立了過濾過程的數學模型，並編寫了相關計算軟體。
關鍵字
強放熱反應、導熱係數、對流傳熱係數、釜式反應器、盤管、數值模擬、履帶式真空連續過濾機收
