高 φ 因子与低 φ 因子测试

一个经常被问到的问题是：哪种测试最好？应该进行高 φ 因子测试还是低 φ 因子测试（用 H.E.L 的术语来说，即选择 Phi-TEC I 还是 Phi-TEC II）？二者孰优孰劣？

与许多情况一样，这个问题没有简单的答案，而是取决于测试想要达到的目的。某些测试程序（例如泄放口尺寸设计）需要采用低 φ 因子测试。但有时您会发现，高 φ 因子测试也能得出类似的结论。

• 高 φ 因子测试还是低 φ 因子测试？
• φ 因子的影响
• 结论——哪种方案最佳？

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高 φ 因子测试还是低 φ 因子测试？

图 1 为 20% DTBP（二叔丁基过氧化物）甲苯溶液分别在 Phi-TEC I（φ 因子 = 2.04）和 Phi-TEC II（φ 因子 = 1.10）中分解的典型温度-时间曲线。

结果表明，低 φ 因子测试中反应进行得更快，温升速率更高，最终温度也更高。
与小样品量的高 φ 因子测试相比，这些数据更能代表大规模条件下观察到的效应。

φ 因子的影响

图 2 为两次测试各自的自加热速率。
我们经常用这张图来展示 φ 因子的影响。低 φ 因子测试的峰值明显更高，差异幅度一目了然。在本例中，低 φ 因子测试的温升速率比高 φ 因子测试高出近 16 倍。

这张图常常令人大开眼界。然而，这些数据很典型，许多反应都会出现类似情况。

加热速率更高主要有两个原因。第一，由于 φ 因子较低，分解放出的热量用于加热测试池的部分更少。
这进而使温度进一步升高（根据反应动力学，温度越高反应越快）。而更主要的影响仅仅在于温度高得多。

对两次测试的动力学曲线进行分析，可得到图 3。
显而易见，所有数据点都落在一条直线上。这并不意外，毕竟是同一个反应。
两组动力学曲线的主要区别在于，低 φ 因子测试覆盖的温度范围更大。
这意味着两种测试都能得到相同的动力学模型和参数，数据具有可比性。如果您需要用于 TMR、SADT 等计算的动力学数据，那么高 φ 因子或低 φ 因子测试均可满足要求。

结论——哪种方案最佳？

我们最初提出的问题是：哪种测试最好？

这个问题没有简单的答案，因为两者都能提供重要信息，用于危害评估和编制安全论证报告。

需要考虑的一点是，低 φ 因子测试的成本可能较高。从设备成本、运行成本乃至样品成本（因为需要更多样品）来看，低 φ 因子测试的运行成本通常更高。但作为回报，所得数据非常接近大型反应器发生失控反应时的实际情况。

高 φ 因子测试的特性决定了其温度更低，因而加热速率更低，相应的压力和升压速率也比更大规模条件下低几个数量级。
只要考虑到这些因素，就可以从高 φ 因子测试中获得所需的大部分数据，例如起始数据、动力学、产气倾向等。

如前所述，有些情况下必须进行低 φ 因子测试，主要是泄放管线尺寸设计和最坏情况研究。
这些无法通过高 φ 因子测试完成。当然，低 φ 因子测试还有另一个用途：压力和温度的变化速率足以让非专业人士大开眼界，否则他们很难体会到其中的差异。

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