毕业设计(论文)题目

基于ALOHA模拟的乙酸泄露事故应急策略研究

一、课题的目的和意义：

在经济全球化的浪潮中，化学工业的发展十分迅速，在我国工业经济结构中起着十分重要的作用。但同时我们也应看到，化工生产面临的安全和环境问题十分严重，化工生产的原料和产品范围广、种类多，且大部分属易燃易爆，有毒有害物质。化工生产过程复杂，工艺多样，操作控制标准严格，但部分企业片面的追求经济效益，忽视企业的生产安全，减少安全方面的资金投入和人员安排，从而导致很多事故的发生，给国家人民的生命财产安全带来了极大的危害。

2019年2月11日武汉淮河高速出口往东五公里处有槽罐车侧翻，罐内物质正在泄漏，情况万分危急。消防大队与随车指挥员与罐车司机取得联系，沟通后得知，侧翻罐车上装载货物为工业级乙酸，纯度达到99.9%，核载33吨，实载31吨，目前已经开始泄漏。救援人员到达现场后发现，因路面结冰，该槽罐车冲出路面，侧翻到路基下的农田中，乙酸液体正从罐顶泄漏，空气中弥漫着刺鼻的气味，车上乘员已自救，无人员被困。随后，各战斗小组按照既定方案迅速展开行动。此次泄漏事故处置历时近十个小时，在各部门的有效配合下，将环境污染控制在了最小范围，处置工作圆满完成。

ALOHA 软件对于特定的事故情景，可以模拟出事故的影响范围和敏感点的化学品浓度变化情况。当事故情景发生变化时，ALOHA能够得到不同的结果，因而该软件可以方便地应用到危险化学品事故的应急救援决策中。

为了防控危化品泄漏带来的事故危害，提升化工生产本质性安全，高健民、高建华等学者都曾运用ALOHA进行模拟分析化学物质储罐区泄露后可能出现的后果及其影响范围。让淑领学者利用ALOHA软件对某企业的苯泄漏过程进行仿真模拟研究，通过设定苯泄漏的场景，在ALOHA中设置相应的苯泄漏参数和环境参数，得到该场景条件下的苯泄漏事故的受威胁区域、泄漏源强度变化规律，以及指定点的苯浓度变化规律。结果表明，ALOHA软件可以较好的实现特定场景下危险化学品泄漏事故的仿真模拟，为事故的应急疏散和救援提供辅助决策。

本文通过ALOHA软件对某化工厂乙酸泄漏后发生的中毒和爆炸事故后果进行模拟，并通过模拟结果分析乙酸泄漏事故应急策略。

二、课题研究的主要内容（论文提纲）：

浓缩乙酸在实验室中燃烧比较困难，但是当环境温度达到39℃(102℉)的时候，它便具有可燃的威胁，在此温度以上，乙酸可与空气混合爆炸（爆炸极限4%～17%体积浓度）。

本文主要从以下方面论述了乙酸储罐泄漏模拟分析及对策：

（1）用Aloha软件分别对乙酸毒性、燃烧性、爆炸性进行分析；

（2）针对每个危险区域及最大危险区域的毒性、燃烧性、爆炸性进行对比分析；

（3）比较风速大小、相对湿度、储罐泄漏口直径大小以及大气温度高低对乙酸毒性、燃烧性以及爆炸性的影响；

（4）根据模拟结果制定应急策略。

三、文献检索及参考文献目录(列明文献检索的数据库名称及检索策略，参考文献至少15篇以上）：

文献检索的数据库名称：

1.中国期刊全文数据库

2.中国知网

3.万方数字化期刊数据库

4.中国优秀博硕士学位论文全文数据库

5.百度文库

检索策略：题名或关键词乙酸、乙酸危险性、乙酸泄漏、模拟泄漏、应急措施

参考文献目录：

[1]相艳景，刘茂，张永强，邬长城ALOHA软件模拟分析环氧乙烷储罐泄漏事故[J]CNKI:SUN:GGAQ.0.2008-Z1-012

[2]朱云峰，孙峰，金满平，王广建基于ALOHA软件模拟环氧丙烷储罐泄漏事故[J] 10.3969/j.issn.1672-7932.2017.08.002

[3]胡秀甲 基于ALOHA软件模拟液氯泄漏扩散范围的影响因素[J] 10.3969/j.issn.1672-2396.2012.04.008

[4]高健民，高健华，周华北，周亚超，倪树楠基于ALOHA的环戊烷储罐泄漏事故模拟研究[J] 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院2021,50(05),31-32

[5]刘禹，李向欣，罗艺鑫，白立崧，杨卓基于ALOHA软件对氯乙烯储罐泄漏事故模拟与分析[J] CNKI:SUN:YJJY.0.2019-05-006

[6] 程玉龙，王小东，马腾博，张春明ALOHA软件在化学应急救援中的应用[J] CNKI:SUN:ZYWS.0.2020-01-018

[7] 邵辉，候丽娟，段国宁，朱岳清ALOHA在苯泄漏事故中的模拟分析[J] CNKI:SUN:JSSY.0.2012-03-013

[8]郭婷,丁晓强基于ALOHA软件的某化工厂选址合理性评估[J] CNKI:SUN:ANQU.0.2020-01-009

[9] 马庆春，张博基于ALOHA的城市燃气管道泄漏火灾爆炸影响区域的数值模拟[J] 10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.02.015

[10] 蒋姬，JIANG，Ji，Shanghai，Environmental，Energy，Conservation，Engineering，Co.，Ltd. ALOHA软件在氯乙烯事故环境风险评价中的应用[D] CNKI:SUN:GZHA.0.2017-06-046

[11] 张子炎 应用ALOHA对典型化学品事故的预测及分析[D] CNKI:SUN:SAFE.0.2020-04-005

[12] 刘静怡，康慧芳，武潭，吴凡，唐建群，高晓蕾基于ALOHA研究二甲醚罐车发生喷射火事故[J] 10.3969 2017

[13] 高炜,张礼敬,陶刚 大气环境对天然气管道泄漏扩散影响的模拟[J] 10.16085/j.issn.1000-6613.2016.s1.050

[14] 马德良,方江敏,钱瑶虹,MA,De-liang,FANG,Jiang-min,QIAN,Yao-hong，School液氨罐车泄漏扩散模拟研究[J] CNKI:SUN:CSJX.0.2017-02-011

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[16]任竞舟道路危险化学品运输风险评估模型及选线优化研究[D] CNKI:CDMD:2.1016.792711

四、课题研究的基础、现状与趋势(基于对参考文献资料的分析、综合与归纳，不少于1000字)：

乙酸，也叫醋酸、冰醋酸，化学式CH3COOH，是一种有机一元酸，为食醋主要成分。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性固体，凝固点为16.6℃（62℉），凝固后为无色晶体，其水溶液中弱酸性且腐蚀性强，蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。

乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子（质子）而释放出来，导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系数为4.8，pKa=4.75（25℃），浓度为1mol/L的醋酸溶液（类似于家用醋的浓度）的pH为2.4，也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的。

乙酸中的乙酰基，是生物化学中所有生命的基础。当它与辅酶A结合后，就成为了碳水化合物和脂肪新陈代谢的中心。然而，乙酸在细胞中的浓度是被严格控制在一个很低的范围内，避免使得细胞质的pH发生破坏性的改变。与其它长链羧酸不同，乙酸并不存在于甘油三酸脂中。但是，人造含乙酸的甘油三酸脂，又叫甘油醋酸酯（甘油三乙酸酯） [5]  ，则是一种重要的食品添加剂，也被用来制造化妆品和局部性药物。

乙酸由一些特定的细菌生产或分泌。值得注意的是醋菌类梭菌属的丙酮丁醇梭杆菌，这个细菌广泛存在于全世界的食物、水和土壤之中。在水果或其他食物腐败时，醋酸也会自然生成。乙酸也是包括人类在内的所有灵长类生物的阴道润滑液的一个组成部分，被当作一个温和的抗菌剂。

乙酸的制备可以通过人工合成和细菌发酵两种方法。生物合成法，即利用细菌发酵，仅占整个世界产量的10%，但是仍然是生产乙酸，尤其是醋的最重要的方法，因为很多国家的食品安全法规规定食物中的醋必须是通过生物法制备，而发酵法又分为有氧发酵法和无氧发酵法。

（1）有氧发酵法

在氧气充足的情况下，醋杆菌属细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。通常使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。由这些细菌发酵反应的化学方程式为：

C₂H5OH + O₂ →CH₃COOH + H₂O

具体做法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度，放置于一个通风的位置，在几个月内就能够经过发酵，最后生成醋。工业生产醋的方法通过提供充足的氧气使得反应过程加快，此方法已经被商业化生产采用，也被称为“快速方法”或“德国方法”，因为首次在德国1823年应用成功而因此得名。此方法中，发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入，新鲜空气从下方自然进入或强制对流。强化的空气量使得此过程能够在几个星期内完成，大大缩短了制醋的时间。

Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提通过液态的细菌培养基制备醋。在此方法中，酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸，空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法，含乙酸15%的醋能够在两至三天制备完成。

（2）无氧发酵法

部分厌氧细菌，包括梭菌属的部分成员，能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。总体反应方程式如下：

C6H12O6==3CH3COOH

此外，许多细菌能够从仅含单碳的化合物中生产乙酸，例如甲醇，一氧化碳或二氧化碳与氢气的混和物。

2CO2 + 4H2 →CH3COOH + 2H2O

2CO + 2H2 →CH3COOH

除了上述生物法外，工业用乙酸多采用如下方法合成：

（3）甲醇羰基化法

大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中，甲醇和一氧化碳反应生成乙酸，方程式如下

CH3OH + CO →CH3COOH

乙酸能与氧化剂发生强烈反应，与氢氧化钠与氢氧化钾等反应剧烈。稀释后对金属有腐蚀性。

浓度较高的乙酸具有腐蚀性，能导致皮肤烧伤，眼睛永久失明以及黏膜发炎，因此需要适当的防护。上述烧伤或水泡不一定马上出现，很大部份情况是暴露后几个小时出现。乳胶手套不能起保护作用，所以在处理乙酸的时候应该带上特制的手套，例如丁腈橡胶手套。浓缩乙酸在实验室中燃烧比较困难，但是当环境温度达到39℃(102℉)的时候，它便具有可燃的威胁，在此温度以上，乙酸可与空气混合爆炸（爆炸极限4%～17%体积浓度）。

乙酸操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼镜，穿防酸碱塑料工作服，戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、碱类接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。

乙酸应储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。冻季应保持库温高于16℃，以防凝固。保持容器密封。应与氧化剂、碱类分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。

乙酸铁路运输时限使用铝制企业自备罐车装运，装运前需报有关部门批准。铁路非罐装运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。运输时所用的槽（罐）车应有接地链，槽内可设孔隔板以减少震荡产生静电。严禁与氧化剂、碱类、食用化学品等混装、混运。公路运输时要按规定路线行驶，勿在居民区和人口稠密区停留。

五、本课题解决思路或实验方法

本课题解决思路：

（1）通过对乙酸的物理化学性质研究拟订出Aloha软件中的相关参数；

（2）熟悉软件并输入参数运行出结果；

（3）分析结果并得出结论；

（4）改变参数条件，分析其对结果的影响；

（5）分析事故模拟的应急预案和防范措施。

主要困难：

（1）软件应用不熟练；

（2）参数设定存在问题；

（3）不能准确分析操作结果。

解决办法：

（1）认真地进行软件学习和练习；

（2）尽可能的查阅相关文献，设定相关参数；

（3）多和同学交流，集思广益，提出自己的观点，虚心接受他人意见；同时向老师请教，精益求精。

六、工作计划或时间安排

起止日期

毕业设计(论文)工作进度（主要内容、完成要求）

2021.09—2021.10

了解乙酸的相关特性，学会相关文献检索，大体了解Aloha软件

2021.11—2021.12

对Aloha软件操作能熟练掌握

2021.01—2021.02

对Aloha开始进行软件的参数设置以及相关操作并且开始分析实验结果

2021.03—2021.04

查阅乙酸泄露事故和模拟预案的相关资料并整理，翻译外文

2021.05

毕业论文撰写及论文答辩

指

导

教

师

意

见

该生查阅了大量的文献资料，对资料进行了整理总结，对课题的研究基础和研究目的明确，并提出了可行的课题解决方案，同意开题。

指导教师（签字）：

2022年  3  月  8  日

系（校外教学点）

意

见

系主任（校外教学点答辩委员会主任）（签字）：

年       月      日

专业所属学院

意见

教学院长（签字、公章）：

年        月      日