危險化學反應過程,應以有活性物料參與或產生的化學反應,能釋放大量反應熱,又在高溫、高壓和汽液兩相平衡狀態下進行的化學反應為主要重點、分析研究反應失控的條件,反應失控的后果及防止反應失控的措施。

危險化學反應過程主要有鹵化、硝化、磺化、氧化、還原、氫化、水解、電解、催化、裂化、氯化、烷基化、重氮化、胺化、聚合、堿熔等反應過程。

一、氧化反應

絕大多數氧化反應都是放熱反應。這些反應很多都是易燃易爆物質(如甲烷、乙烯、甲醇、氨等)與空氣或氧氣參加,其物料配比接近爆炸下限。倘若配比及反應溫度控制失調即能發生爆炸燃燒。

在氧化反應中,一定要嚴格控制氧化劑的投料量(即適當的配料比),氧化劑的加料速度也不宜過快。要有良好的攪拌和冷卻裝置,防止溫升過快、過高。此外,還要防止由于設備、物料含有的雜質而引起的不良副反應。

二、還原反應

還原反應種類很多,雖然多數還原反應的反應過程比較緩和,但是許多還原反應會產生氫氣或使用氫氣,增加了發生火災爆炸的危險性,從而使防火防爆問題突出;另外有些反應使用的還原劑和催化劑具有很大的燃燒爆炸危險性。

無論是初生態氫還原、還是用催化加氫,都是在氫氣存在下,并在加熱加壓下進行。氫氣的爆炸極限為4%~75%,如果操作失誤或設備泄漏,都極易引起爆炸。

操作中要嚴格控制溫度、壓力和流量。廠房的電氣設備必須符合防爆要求,且應采用輕質屋頂。開設天窗或風帽,使氫氣易于飄逸,尾氣排放管要高出房頂并設阻火器。

高溫高壓下的氫對金屬有滲碳作用,易造成氫腐蝕,所以對設備和管道的選材要符合要求。對設備和管道要定期檢測,以防事故。

三、硝化反應

硝化反應是生產染料、藥物及某些炸藥的重要反應。常用的硝化劑是濃硝酸或濃硝酸與濃硫酸的混合物(俗稱混酸)。

硝化反應是放熱反應,溫度越高,硝化反應速率越快,放出的熱量越多,極易造成溫度失控而爆炸。所以硝化反應器要有良好的冷卻和攪拌,不得中途停水斷電及攪拌系統發生故障。

要有嚴格的溫度控制系統及報警系統,遇有超溫或攪拌故障,能自動報警并自動停止加料。

反應物料不得有油類、醋酐、甘油、醇類等有機雜質,含水也不能過高,否則易與酸反應,發生燃燒爆炸。

硝化器應設有泄爆管和緊急排放系統。一旦溫度失控,緊急排放到安全地點。

四、氯化反應

以氯原子取代有機化合物中氫原子的反應稱為氯化反應。常用的氯化劑有液態或氣態的氯、氣態的氯化氫和不通濃度的鹽酸、三氯化磷等。

最常用的氯化劑是氯氣。氯氣由氯化鈉電解得到,通過液化儲存和運輸。常用的容器有儲罐、氣瓶和槽車,它們都是壓力容器。

氯氣的毒性很大,要防止設備泄漏。

在化工生產中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、苯、甲苯及萘等,它們都是易燃易爆的物質。

氯化反應是放熱反應,對溫度的要求比較苛刻,一定要控制好反應溫度、配料比和進料速度。反應器要有良好的冷卻系統。設備和管道要耐腐蝕,因為氯氣和氯化產物(氯化氫)的腐蝕性極強。

氣瓶或儲罐中的氯氣呈液態,冬天氣化很慢,有時需要加熱,以促使氯的氣化。

加熱一般用溫水而切忌用蒸汽和明火,以免溫度過高,液氯劇烈氣化,造成內壓過高而發生爆炸。

停止通氯時,應在氯氣尚未冷卻的情況下關閉出口閥,以免溫度驟降,瓶內氯氣體積縮小,造成物料倒灌,形成爆炸性氣體。

篇2:化工常見化學反應及其安全技術措施

1引言

化工生產是以化學反應為主要特征的生產過程,具有易燃、易爆、有毒、有害、有腐蝕等特點,因此安全生產在化工中尤為重要。不同類型的化學反應,因其反應特點不同,潛在的危險性亦不同,生產中規定有相應的安全操作要求。一般情況下,中和反應、復分解反應、脂化反應較少危險性,操作較易控制;但不少化學反應如氧化、硝化反應等就存在火災和爆炸的危險,操作較難控制,必須特別注意安全。

2不同類型的化學反應及其安全技術

2.1氧化反應

絕大多數氧化反應都是強放熱反應,作為氧源的氧化劑具有助燃作用,若反應物與空氣或氧配比不當,反應溫度或壓力控制失調,就易發生燃燒爆炸。因此,對氧化反應一定要嚴格控制氧化劑的配料比,投料速度也不宜過快,并要有良好的攪拌和冷卻裝置,以防溫升過快、過高。尤其是沸點較低(揮發度則較大)的有機物,存在高火險,如乙醚、乙醛、乙酸甲脂等具有極度易燃性,其閃點<0℃;乙醇、乙苯、乙酸丙脂等具有高度易燃性,其閃點<21℃。大多數化學溶劑屬于易燃性物質,閃點在21-55℃。閃點和爆炸極限是液體火災爆炸危險性的主要標志,即閃點越低,越易起火燃燒,燃燒爆炸的危險性越大。所以,對氧化劑和反應物料配比應嚴格控制在爆炸范圍以外,如:乙烯氧化制環氧乙烷,必須控制氧含量<9%,其產物環氧乙烷在空氣中的爆炸極限范圍很寬,為3%-100%,工業上采用加入惰性氣體(N2或CO2)的方法來縮小反應系統的爆炸極限,增加其安全性。

在使用高錳酸鹽、亞氯酸鈉、過氧化物、硝酸等強氧化劑時,為安全起見,應采用低濃度或低溫操作,以免發生燃燒和爆炸。對具有高火險的粉狀金屬(鈣、鈦)、氫化鉀、乙硼烷、硼化氫、磷化氫等自燃性物質,為避免可能發生的火災或爆炸,同樣在加工時必須與空氣隔絕,或在較低的溫度條件下操作。絕大多數氧化劑都是高毒性化合物,會造成氧化性危險,有些是刺激性氣體,如硫酸、氯酸煙霧;有些是窒息性氣體,如硝酸煙霧、氯氣,所以在防火防爆的同時還要注意防毒。

2.2還原反應

多數還原反應的反應過程比較緩和,但不少還原反應會產生或使用氫,增加了發生火災爆炸的危險性。如:鈉、鉀、鈣及氫化物,與水或水蒸氣會發生程度不同的水敏性放熱反應,釋放出易燃氣體氫;氮、硫、碳、硼、硅、砷、磷類化合物與水或水蒸氣反應,會生成揮發性氫化物;苯加氫生成環己烷,還原劑本身就具有燃燒爆炸的危險性。氫氣的爆炸極限為4%-75.6%,當反應不僅有氫氣存在,而且又在加溫加壓條件下進行時,若操作不當或設備泄漏,就極易引發爆炸,所以操作中要嚴格控制溫度、壓力和流量。

常用還原劑中火險大的物質有硼氫類、氫化鈉、異丙醇鋁等。硼氫類還原劑常用鉀硼氫和鈉硼氫,它們都遇水燃燒,在潮濕的空氣中能自燃,所以應儲存于干燥的密閉容器內。采用還原性強而危險性又小的新型還原劑如硫化鈉對安全生產具有重要意義,近年來已在推廣使用。

2.3硝化反應

硝化反應中常用的硝化劑是濃硝酸或混酸(濃硝酸和濃硫酸的混合物),也有用氧化氮氣體作硝化劑的。制備混酸時,應先用水將濃硫酸稀釋,在不斷攪拌和冷卻條件下加濃硝酸,并且嚴格控制溫度和酸的配比,嚴防沖料或爆炸。配制成的混酸具有強烈的氧化性和腐蝕性,必須防止觸及人體和衣物。

硝化劑是強氧化劑,硝化反應是放熱反應,硝化產物具有爆炸性,所以硝化反應潛在的危險性較大。為避免反應失常或產生爆炸,操作中必須精心控制反應溫度和濃度,避免一切摩擦、撞擊、高溫因素,不得接觸明火和酸、堿物質等。硝化反應器要有良好的冷卻和攪拌裝置,要有靈敏的溫度控制和報警系統。同時,硝化反應的腐蝕性很強,要注意設備、管道的防腐蝕性能,以防滲漏釀成事故。

2.4氯化反應

常用的氯化劑有液態或氣態氯、氣態氯化氫和不同濃度的鹽酸、三氯化磷、次氯酸鈣等。最常用的氯化劑是氯氣,其毒性很大,必須嚴防泄漏,用氣瓶或儲罐灌裝時要密切注意外界溫度和壓力的影響。三氯化磷遇水會猛烈分解,易引起沖料或爆炸,所以一定要防水。

化工生產中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯等,它們都是易燃易爆物質。氯化反應是放熱反應,芳烴氯化的反應溫度較低,而烷烴和烯烴的氯化則高達300-500℃。在這樣苛刻的反應條件下,控制溫度、濃度和加料速度至關重要。另外,氯化反應器要有良好的冷卻系統,設備和管道要能耐腐蝕。

2.5裂解反應

石油化工中的裂解是指石油烴在隔絕空氣和高溫條件下分子發生分解反應的過程,一般溫度>600℃,比如用輕柴油裂解制乙烯,裂解爐的出口溫度近800℃。要排除一切可能危及裂解爐的不安全因素,維持爐內負壓防止向外噴火,控制燃料氣壓力不得過低等。

2.6聚合反應

聚合反應可分成加聚反應和縮聚反應兩大類,氯乙烯聚合成聚氯乙烯就是加聚反應,己二胺和己二酸反應生成尼龍-66就是縮聚反應。由于聚合物的單體大多數是易燃易爆物質,聚合反應多在高壓下進行,反應本身又是放熱過程,所以反應控制不當極易發生事故。例如:乙烯在130MPa-300MPa的條件下聚合成聚乙烯,此時乙烯不穩定,一旦分解會產生巨大的熱量造成反應加劇,有可能引起暴聚,進而引發反應器爆炸。所以,對聚合反應中的不安全因素,如設備泄漏、加入引發劑配料不當、反應熱不能及時導出等必須排除。

2.7鹵化反應

氟、氯、溴、碘是有重要工業價值的鹵族元素。鹵化反應為強放熱反應,氟化反應放熱最強,反應最難控制。如氟與烴類的直接反應很強烈,易引發爆炸,所以氣相反應一般要用惰性氣體稀釋。氯化反應不論氣相或液相反應,都具有潛在的危險性。

3防火防爆安全措施

綜上所述,化工生產中必須對各類化學反應所具有的燃、爆、毒、腐蝕等危害性給予高度重視,應采取以下安全措施進行防火防爆:對易燃易爆氣體,控制其濃度在安全范圍內;用惰性氣體取代空氣;把氧氣濃度降至極限值以下。對易燃易爆液體,避免其蒸氣濃度達到爆炸下限,采取在液面上方施加惰性氣體覆蓋;降低加工溫度,保持較低的蒸氣壓,使其達不到爆炸濃度。對易燃易爆固體,加工時避免暴熱和形成爆炸性粉塵,采取粉碎、研磨、篩分時施加惰性介質保護;安裝降溫設施,迅速移走摩擦熱、撞擊熱;配置通風設備,使易燃粉塵迅速排除。對遇濕空氣或水燃燒的物質,采取隔絕空氣或防水、防潮措施。對自燃性物質,采取通風、散熱、降溫等措施,以免達到自燃點。為防止易燃氣體、蒸氣與空氣混合形成爆炸性氣體,設備應保持良好的密閉性,并在生產場所避免明火或火花,切實做到防火防爆。總之,重視安全生產,安全措施得當,操作嚴格認真,化工燃爆中毒事故就是可以避免的。