有机混合物燃爆特性的实验及理论预测研究

以化工过程安全为背景，对有机混合物的燃爆特性（闪点、自燃点、爆炸极限）进行实验及理论预测研究。以烃类、醇、酮、醛、醚、酸、酯、苯系物等工业常用有机物在不同情况下组成的混合物为研究对象，对其在不同组成不同配比下的各燃爆特性数据进行测定，研究各燃爆特性随组分、配比的变化规律。通过改进新的优化算法，从影响混合物各燃爆特性的众多理化因素中分别优化筛选出与目标特性最为密切相关的一组参数作为模型的输入参数；结合有效建模方法，分别建立有机混合物各燃爆特性的理论预测模型，实现根据纯组分理化参数及配比快速预测混合物燃爆特性的功能，解决混合物燃爆特性基础数据缺乏的问题。同时，对所建立的预测模型进行解释，揭示影响有机混合物各燃爆特性的主要理化因素及其影响规律，为混合物配置及防火防爆等工作指明方向。最后，根据所建立的预测模型，建立有机混合物燃爆特性预测与查询系统，为化工设计和风险评估等提供必要的基础数据。

有机混合物的燃爆特性是衡量可燃混合物发生火灾爆炸难易程度的重要参数，是表征混合物在生产、储存和运输等过程中危险程度的重要指标，在工程设计和风险评估等工作中应用广泛。本研究以化工过程安全为背景，对有机混合物燃爆特性进行系统的实验及理论预测研究。针对工业常用有机物组成的不同混合体系，对其在不同组成和配比下的燃爆特性数据进行了测定，揭示了各体系燃爆特性随组分、配比的变化规律。通过对适应度函数进行改进，建立了新型的遗传-偏最小二乘优化筛选算法，提高了传统算法的优化性能及稳健性。以新算法为基础，从影响混合物各燃爆特性的众多理化因素中分别优化筛选出了与目标特性最为密切相关的特征理化参数，结合偏最小二乘和支持向量机等建模方法，分别建立了有机混合物各燃爆特性的理论预测模型。取得具体研究结果如下：①与有机混合物闪点最为密切相关的特征理化参数为混合物的正常沸点、标准蒸发焓、化学计量浓度和平均碳原子数；建立的混合物闪点预测模型其“留一法”交互验证的复相关系数Q2LOO均在0.850以上，预测平均绝对误差AAE均低于10℃的闪点实验允许误差，说明模型具有较好的稳定性和预测能力。②与有机混合物自燃点最为密切相关的特征理化参数为混合物的分子量、分子极化率、热胀系数和氧指数；建立的混合物自燃点预测模型其Q2LOO均在0.850以上，预测AAE均低于30℃的自燃点实验允许误差，说明模型具有较好的稳定性和预测能力。③与有机混合物爆炸极限最为密切相关的特征理化参数为混合物的燃烧热、化学计量浓度、扩散系数和临界压力；基于纯组分理化参数建立的混合物爆炸上限线性预测模型结果不能让人满意，而非线性预测模型的Q2LOO在0.900以上，说明爆炸上限与其特征理化参数间存在较强的非线性关系；基于混合物理化参数建立的爆炸下限线性及非线性预测模型Q2LOO均在0.950以上，预测AAE均低于0.1%的爆炸下限实验允许误差，说明模型具有较好的稳定性和预测能力。上述模型简便可靠、性能优越，仅根据常见理化参数就能实现对复杂燃爆特性的预测，解决了混合物燃爆特性基础数据缺乏的问题；同时，揭示了影响有机混合物各燃爆特性的特征理化因素及其影响规律，为混合物配置及防火防爆等工作指明方向。在此基础上建立的有机混合物燃爆特性预测与查询系统，为衡量有机混合物的危险性提供了必要的基础数据，为工业设计与风险评估等提供了理论依据与技术支持。