《安全管理》之化工操作原理與安全.doc

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1、化工操作原理與安全 一、化學(xué)反應(yīng)與熱量傳遞?  幾乎所有化學(xué)轉(zhuǎn)化都離不開(kāi)熱量傳遞。雖然傳熱裝置都已標(biāo)準(zhǔn)化,但其使用特點(diǎn)卻有很大不同。如果夾層內(nèi)壁兩側(cè)的物流能互相反應(yīng),就應(yīng)該安裝特殊的檢測(cè)裝置,進(jìn)行檢漏和報(bào)警。傳熱面的結(jié)垢會(huì)慢慢降低傳熱效率。如果傳熱很快并且是在高溫下進(jìn)行,如燃燒爐中的輻射管,管路上的垢層會(huì)形成熱點(diǎn),軟化甚至損壞管路。壓力容器以及內(nèi)部或外部的加熱或冷卻蛇管結(jié)垢會(huì)降低設(shè)備的傳熱能力,有時(shí)會(huì)使反應(yīng)失控。入口和出口聯(lián)線上的溫度和壓力測(cè)定一般能給出傳熱能力降低的警示,一旦達(dá)到危險(xiǎn)限度,應(yīng)該有視聽(tīng)信號(hào)報(bào)警。更嚴(yán)格的應(yīng)該有自動(dòng)關(guān)閉供油線路和自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)的

2、設(shè)施。還有按比例增加的問(wèn)題。反應(yīng)器的體積按其尺寸的立方增加,而夾套傳熱面積僅按其尺寸的平方增加?! 〕欠磻?yīng)器攪拌非常有效,處理的物質(zhì)不很黏稠,以及通過(guò)冷卻面的溫度降很小,反應(yīng)器內(nèi)存在明顯的徑向溫度梯度。如果從器壁到反應(yīng)器中心的溫度降是10℃,反應(yīng)器中心的反應(yīng)速率將比器壁附近的倍減。測(cè)溫儀表一般安裝于反應(yīng)器的固定點(diǎn),觀測(cè)不出存在的徑向溫度梯度,而且,指示的溫度往往不是溫度的平均值?! ∫话闶峭ㄟ^(guò)熱交換控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程。對(duì)于穩(wěn)定操作,熱量移出應(yīng)和其生成速率平衡??紤]遵守Arrhenius定律的簡(jiǎn)單的放熱反應(yīng),其產(chǎn)熱速率可表示為???dQ/dt=Aexp(-E/

3、RT)  (1)如果反應(yīng)是在夾套式反應(yīng)器中進(jìn)行,熱移出速率則表示為???dQ′/dt=UB(T—T0)  (2)  式中?Q和Q′分別為反應(yīng)熱和移出熱;t為時(shí)間;A為常數(shù);T為反應(yīng)混合物溫度;T0為冷卻水溫度;U為傳熱系數(shù);B為傳熱面積;R為氣體常數(shù)。由式(1)和式(2)可見(jiàn),放熱反應(yīng)的熱生成速率與溫度呈指數(shù)律,而熱傳遞速率則與冷卻介質(zhì)與物料間的溫差成線性關(guān)系。這常是產(chǎn)生事故的原因。?  二、相平衡與組元分離?  多相系統(tǒng)的平衡準(zhǔn)則要求處于平衡的各相必須滿(mǎn)足熱平衡、機(jī)械平衡和相平衡條件,即各相的溫度、壓力和組元逸度必須分別相等。Gibbs相律規(guī)定了多相系統(tǒng)獨(dú)立

4、的強(qiáng)度變量數(shù),各相組元逸度相等的相平衡判據(jù)式則給出了各相組成隨溫度和壓力變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在相同的溫度和壓力下,各組元的揮發(fā)度或溶解度不同,而各相組成隨溫度和壓力則呈現(xiàn)一定的規(guī)律性的變化。據(jù)此,人們?cè)O(shè)計(jì)不同形式的一級(jí)、二級(jí)或多級(jí)單元操作,實(shí)現(xiàn)組元的分離?! ?.蒸餾  (1)易燃液體的蒸餾  蒸餾可以是間歇的或連續(xù)的,在大氣壓下、真空下或壓力下操作,存在著空氣進(jìn)入、蒸氣排出的可能性。在蒸餾操作中,由于蒸氣是在塔板或填料層中與塔頂冷凝器回流液逆流分級(jí)產(chǎn)生的,易燃液體的組成在不斷變化,其閃點(diǎn)是不確定的。這樣,易燃液體的蒸餾操作本身就有著固有的危險(xiǎn)?! ∪绻苜|(zhì)和溶

5、劑回收不包含二次蒸餾或蒸發(fā)操作,用液—液萃取替代蒸餾是合理的考慮。作為替代方法,也可以把塔器和輔助設(shè)備的總量減至最低限度,例如  ①去掉回流筒;  ②應(yīng)用上升氣流柱的部分冷凝操作,去掉物料預(yù)熱器; ?、蹆蓚€(gè)蒸餾塔應(yīng)用側(cè)流合而為一,節(jié)省一個(gè)冷凝器和一個(gè)再沸器。  (2)蒸餾操作的危險(xiǎn)性  蒸餾塔釜容有大量的沸騰液體,塔身和冷凝器則需要有數(shù)倍沸騰液體的容量。應(yīng)用熱環(huán)流再沸器代替釜式再沸器可以減少連續(xù)蒸餾中沸騰液體的量。這樣的蒸氣發(fā)生再沸器或類(lèi)似設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器,其針孔管易于結(jié)垢堵塞造成嚴(yán)重后果,應(yīng)該選用合適的傳熱流體。還需要考慮冷凝器冷卻管有關(guān)的故障,如塔頂沾染物、餾

6、出物和回流液,以及冷卻介質(zhì)及其污染物的影響?! ≌麴s塔需要配置真空或壓力釋放設(shè)施。水偶然進(jìn)塔,而塔溫和塔壓又足以使大量水即刻蒸發(fā),這是相當(dāng)危險(xiǎn)的,特別是會(huì)損壞塔內(nèi)件。冷水噴入充滿(mǎn)蒸氣而沒(méi)有真空釋放閥的塔,在外部大氣壓力作用下會(huì)造成塔的塌陷。釋放閥可安裝在回流筒上,低溫排放,也可在塔頂向大氣排放。應(yīng)該考慮夾帶污物進(jìn)塔的危險(xiǎn)。間歇蒸餾中的釜?dú)埢騻鳠崦嫖酃浮⑦B續(xù)蒸餾中的預(yù)熱器或再沸器污染物的積累,都有可能釀成事故?! ?.吸收  吸收是指氣體混合物在溶劑中選擇溶解實(shí)現(xiàn)氣體混合物組元的分離。如在污染控制中常見(jiàn)的,溶質(zhì)的濃度很低,這時(shí)就稱(chēng)為“洗氣”。有時(shí),相當(dāng)少量的氣體

7、的斷續(xù)排放,可用插入容器中液體的噴管簡(jiǎn)單鼓泡完成吸收。需要監(jiān)測(cè)溶劑的補(bǔ)充和溢流以及防止氣體回吸。為了安全,容器中的液面應(yīng)自動(dòng)控制和易于檢查。對(duì)于毒性氣體,必須有低液位報(bào)警。

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