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梧桐树粉尘爆炸特性及其粉尘爆炸危险性分类研究

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目录

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摘要

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1木质粉尘爆炸研究现状

1.2.2粉尘爆炸特性参数实验研究

1.2.3响应面实验法研究现状

1.2.4粉尘爆炸风险评估方法的研究现状

1.3本文研究内容

2粉尘爆炸特性参数测试方法

2.1最小点火能测试装置简介

2.2粉尘云最低着火温度测试装置简介

2.3粉尘层最低着火温度的测试设备简介

2.4爆炸压力的测试设备简介

2.5 Design-Expert软件介绍

2.6 SPSS软件介绍

2.7.本章小结

3梧桐树粉尘爆炸特性测试及危险性分析

3.1实验样品

3.2粉尘云最小点火能的研究

3.2.1最小点火能的实验原理与测试方法

3.2.2粉尘浓度对最小点火能的影响

3.2.3点火延时对最小点火能的影响

3.2.4喷粉压力对最小点火能的影响

3.3粉尘层最低着火温度的研究

3.3.1粉尘层最低着火温度的实验原理与测试方法

3.3.2堆积厚度对粉尘层着火温度的影响

3.4粉尘云最低着火温度实验

3.4.1粉尘云最低着火温度的实验原理与测试方法

3.4.2粉尘浓度对最低着火温度的影响

3.5粉尘云爆炸下限浓度研究

3.5.1实验原理与方法

3.5.2粉尘云爆炸下限的确定

3.6粉尘云爆炸压力与爆炸指数的研究

3.6.1实验原理及方法

3.6.2粉尘浓度对爆炸压力的影响

3.6.3粉尘浓度对爆炸指数的影响

3.6.4点火能量对爆炸压力的影响

3.6.5梧桐树粉尘爆炸危险性分级

3.7本章小节

4基于响应面法的粉尘云爆炸压力研究

4.1试验方法的概述

4.1.1响应面试验法的Box-Behnken试验设计

4.2响应面的模型

4.2.1响应面模型的构造

4.2.2响应面模型的检验

4.2.3显著性检验

4.2.4模型最优值的确定

4.3基于响应面法的粉尘云爆炸压力试验

4.3.1基于Box-Behnken试验设计的粉尘云爆炸压力试验

4.3.2对粉尘云最大爆炸压力的试验优化

4.4本章小结

5.基于多元统计学的粉尘爆炸危险性分类

5.1基于聚类分析的粉尘爆炸危险性分类

5.1.1聚类分析步骤

5.1.2分析结果的解读

5.2基于判别分析的粉尘爆炸危险性分类

5.2.1判别分析的统计学原理

5.2.2判别分析步骤

5.2.3分析结果解读

5.3本章小结

6总结与展望

6.1本文的结论

6.2本文的创新点

6.3本文的不足

致谢

参考文献

附录

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摘要

木材加工行业存在严重的粉尘爆炸风险,在备料、配料、生加工、成型和后期处理等几个阶段皆有大量伴生性粉尘产生,极易发生粉尘爆炸事故。梧桐是最轻的木材之一,且不透湿气,很少分叉和歪斜,被认为是高级木材之瑰宝,在国内家具市场里用来制作乐器、床板和衣橱。南京地区为梧桐树的主要种植区,当地的大量木材加工企业的原材料就是梧桐树,而这些企业存在很大的粉尘爆炸风险。本文主要以梧桐树粉尘为研究对象,较为全面地研究了其若干爆炸特性参数。通过使用哈特曼管、粉尘层着火温度装置、粉尘云着火温度装置以及20L爆炸球等这些实验设备,测试了粉尘浓度、粉尘粒径、点火延迟、喷粉压力和点火能量对粉尘爆炸特性参数的影响规律,并对相关机理进行了解释。随后运用响应面法中的Box-Behnken试验法,对影响爆炸压力的三个主要因素(粉尘浓度、粉尘粒径和点火能量)进行了试验,并拟合了回归方程,对粉尘云最大爆炸压力进行了预测。最后,运用多元统计学中的聚类分析与判别分析,以收集的27种物质的7类粉尘爆炸特性参数数据为样本,构建判别方程,依据危险性将把这些粉体物质分为4类,判定梧桐树粉尘的危险性等级为“中高危险性”,与糖粉和石松子粉的粉尘爆炸危险性相当。具体结论如下: (1)对粒径为过200目标准筛(50~75)μm、过300目标准筛(37.5~50)μm和过400目标准筛(30~37.5)μm的梧桐树粉尘云的最小点火能分别是120mJ、90mJ和70mJ。粉尘云最小点火能伴随粉尘浓度的提升、点火延迟的增加和喷粉压力的提高,皆呈现出先减后增的规律。 (2)粉尘层的最低着火温度随粉尘层厚度增加而降低,但当粉尘层厚度大于15mm时,最低着火温度则不再降低。粉尘云的最低着火温度随浓度递增而先减后增,对粒径为(50~75)μm、(37.5~50)μm和(30~37.5)μm样品的最低着火温度分别是550℃、470℃和450℃。 (3)对粒径为(50~75)μm、(37.5~50)μm和(30~37.5)μm样品的爆炸下限分别为70g.m-3、50g.m-3和40g·m-3。粒径为(50~75)μm、(37.5~50)μm和(30~37.5)μm样品的最大爆炸压力分别是0.5841MPa,0.7219MPa0.7901MPa。增加点火能量会导致粉尘云爆炸压力的上升,用2KJ、6KJ和10KJ的点火能量对过粒径为(37.5~50)μm的样品进行测试,最大爆炸压力都出现在粉尘浓度为750g.m-3时,其值分别为0.5621MPa、0.7111MPa和0.7799MPa。根据粉尘爆炸危险性分级判定梧桐树粉尘的爆炸危险性为Ⅱ级,可以认为其具有较大爆炸危险性。 (4)利用响应面法中的Box-Behnken试验设计,对影响粉尘云爆炸压力的三个主要因素对比分析,进而拟合回归方程,得出三个因素对爆炸压力的影响程度:粉尘浓度>点火能量>粉尘粒径。随后再对试验条件进行了优化,在优化条件下试验,取得粉尘云的最大爆炸压力为0.7959MPa。 (5)运用SPSS软件中的聚类分析与判别分析功能,对若干种物质的粉尘爆炸危险性进行了分类,依次为高危险性、中高危险性、中等危险性和低危险性。随后从已知的分类中归纳出判别模型,再利用判别模型对未分类的硬脂酸粉尘和钛粉进行分类,验证该模型的可靠性。

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