2023年《安全管理》之化工操作原理与安全.docx

化工操作原理与平安 　一、化学反响与热量传递   　　几乎所有化学转化都离不开热量传递。虽然传热装置都已标准化，但其使用特点却有很大不同。如果夹层内壁两侧的物流能互相反响，就应该安装特殊的检测装置，进行检漏和报警。传热面的结垢会慢慢降低传热效率。如果传热很快并且是在高温下进行，如燃烧炉中的辐射管，管路上的垢层会形成热点，软化甚至损坏管路。压力容器以及内部或外部的加热或冷却蛇管结垢会降低设备的传热能力，有时会使反响失控。入口和出口联线上的温度和压力测定一般能给出传热能力降低的警示，一旦到达危险限度，应该有视听信号报警。更严格的应该有自动关闭供油线路和自动启动通风系统的设施。还有按比例增加的问题。反响器的体积按其尺寸的立方增加，而夹套传热面积仅按其尺寸的平方增加。 　　除非反响器搅拌非常有效，处理的物质不很黏稠，以及通过冷却面的温度降很小，反响器内存在明显的径向温度梯度。如果从器壁到反响器中心的温度降是10℃，反响器中心的反响速率将比器壁附近的倍减。测温仪表一般安装于反响器的固定点，观测不出存在的径向温度梯度，而且，指示的温度往往不是温度的平均值。 　　一般是通过热交换控制和调节反响过程。对于稳定操作，热量移出应和其生成速率平衡。考虑遵守Arrhenius定律的简单的放热反响，其产热速率可表示为     dQ／dt=Aexp(-E/RT)　　(1) 如果反响是在夹套式反响器中进行，热移出速率那么表示为     dQ′/dt=UB(T—T0)　　(2) 　　式中  Q和Q′分别为反响热和移出热；t为时间；A为常数；T为反响混合物温度；T0为冷却水温度；U为传热系数；B为传热面积；R为气体常数。由式(1)和式(2)可见，放热反响的热生成速率与温度呈指数律，而热传递速率那么与冷却介质与物料间的温差成线性关系。这常是产生事故的原因。   　　二、相平衡与组元别离   　　多相系统的平衡准那么要求处于平衡的各相必须满足热平衡、机械平衡和相平衡条件，即各相的温度、压力和组元逸度必须分别相等。Gibbs相律规定了多相系统独立的强度变量数，各相组元逸度相等的相平衡判据式那么给出了各相组成随温度和压力变化的数学表达式。在相同的温度和压力下，各组元的挥发度或溶解度不同，而各相组成随温度和压力那么呈现一定的规律性的变化。据此，人们设计不同形式的一级、二级或多级单元操作，实现组元的别离。 　　1．蒸馏 　　(1)易燃液体的蒸馏 　　蒸馏可以是间歇的或连续的，在大气压下、真空下或压力下操作，存在着空气进入、蒸气排出的可能性。在蒸馏操作中，由于蒸气是在塔板或填料层中与塔顶冷凝器回流液逆流分级产生的，易燃液体的组成在不断变化，其闪点是不确定的。这样，易燃液体的蒸馏操作本身就有着固有的危险。 　　如果溶质和溶剂回收不包含二次蒸馏或蒸发操作，用液—液萃取替代蒸馏是合理的考虑。作为替代方法，也可以把塔器和辅助设备的总量减至最低限度，例如 　　①去掉回流筒； 　　②应用上升气流柱的局部冷凝操作，去掉物料预热器； 　　③两个蒸馏塔应用侧流合而为一，节省一个冷凝器和一个再沸器。 　　(2)蒸馏操作的危险性 　　蒸馏塔釜容有大量的沸腾液体，塔身和冷凝器那么需要有数倍沸腾液体的容量。应用热环流再沸器代替釜式再沸器可以减少连续蒸馏中沸腾液体的量。这样的蒸气发生再沸器或类似设计的蒸发器，其针孔管易于结垢堵塞造成严重后果，应该选用适宜的传热流体。还需要考虑冷凝器冷却管有关的故障，如塔顶沾染物、馏出物和回流液，以及冷却介质及其污染物的影响。 　　蒸馏塔需要配置真空或压力释放设施。水偶然进塔，而塔温和塔压又足以使大量水即刻蒸发，这是相当危险的，特别是会损坏塔内件。冷水喷入充满蒸气而没有真空释放阀的塔，在外部大气压力作用下会造成塔的塌陷。释放阀可安装在回流筒上，低温排放，也可在塔顶向大气排放。应该考虑夹带污物进塔的危险。间歇蒸馏中的釜残或传热面污垢、连续蒸馏中的预热器或再沸器污染物的积累，都有可能酿成事故。 　　2．吸收 　　吸收是指气体混合物在溶剂中选择溶解实现气体混合物组元的别离。如在污染控制中常见的，溶质的浓度很低，这时就称为“洗气〞。有时，相当少量的气体的断续排放，可用插入容器中液体的喷管简单鼓泡完成吸收。需要监测溶剂的补充和溢流以及防止气体回吸。为了平安，容器中的液面应自动控制和易于检查。对于毒性气体，必须有低液位报警。