化工单元操作过程，其危险性及预防措施(1)

刘洪福

化工单元操作过程，其危险性及预防措施！

化学工业是通过化学方法将原料转化为产品的工业。化工产品的生产过程简称化工过程，它是将原料进行加工处理，使其物理、化学性质均发生变化，从而获得产品的过程。

就化工过程而言，不论其生产规模大小、生产过程复杂与否，不外乎包含两个规程：一类是以化学反应为主，通常在反应器中进行的过程，如石油裂解用的裂解炉、氨合成用的合成塔、高分子聚合用的反应釜等，由于化学反应性质相同，反应器的差别很大：另一类是以物理变化为主，通常是利用操作设备（或机械）完成的过程，如化肥、染料生产和制糖、制药都要用到的流体输送、传热、结晶、干燥等操作——每一个操作过程，其操作称为单元操作。在化工生产中，这类操作往往为维持化学反应正常进行而提供温度、压力、浓度等条件，统称为化工单元操作过程。

　　化工单元操作在化工，在轻工、冶金、制药、环保和生物工程一级原子能工业中广泛应用。在化工生产中，大多数单元操作因其自身的特点或操作条件的影响，存在很多不安全的因素。

　　一、化工单元操作的特点

　　单元操作的危险性是由所处理物料的危险性所决定的，主要是处理易燃物料或含有不稳定物质物料的单元操作。

　　1. 防止易燃气体物料形成爆炸性混合体系。

　　2.防止易燃固体或可燃固体物料形成爆炸性粉尘混合体系。

　　3.防止不稳定物质的积聚或浓缩。

　　① 不稳定物质减压蒸馏时，若温度超过某一极限值，有可能发生分解爆炸。

　　② 粉末过筛时容易产生静电，而干燥的不稳定物质过筛时，微细粉末飞扬，可能在某些地区积聚而发生危险。

　　③ 反应物料循环使用时，可能造成不稳定物质的积聚而使危险性增大。

　　④ 反应液静置中，以不稳定物质为主的相，可能分离而形成分层积聚。

　　⑤ 在大型设备里进行反应，如果含有回流操作时，危险物在回流操作中有可能被浓缩。

　　⑥ 在不稳定物质的合成反应中，搅拌是个重要因素。

　　⑦ 在对含不稳定物质的物料升温时，控制不当有可能引起突发性反应或热爆炸。

　　二、化工单元操作的危险性及其预防措施

　　（一）非均相分离

　　化工生产中的原料、半成品、排放的废物等大多为混合物，为了进行加工。得到纯度较高的产品以及环保的需要等，常常要对混合物进行分离。混合物可分为均相(混合)物系和非均相(混合)物系。非均相物系中，有一相处于分散状态，称为分散相，如雾中的小水滴、烟尘中的尘粒、悬浮液中的固体颗粒、乳浊液中分散成小液滴的液相；另一相处于连续状态，称为连续相(或分散介质)，如雾和烟尘中的气相、悬浮液中的液相、乳浊液中处于连续状态的液相。从有毒有害物质处理的角度，非均相分离过程就是这些物质的净化过程、吸收过程或浓缩分离过程。工业生产中多采用机械方法对两相进行分离，常见的有沉降分离、过滤分离、静电分离和湿洗分离等，此外，还有音波除尘和热除尘等方法。

　　过滤过程安全措施：

　　1.若加压过滤时能散发易燃、易爆、有害气体，则应采用密闭过滤机。并应用压缩空气或惰性气体保持压力：取滤渣时，应先释放压力。

　　2．在存在火灾、爆炸危险的工艺中，不宜采用离心过滤机，宜采用转鼓式或带式等真空过滤机。如必须采用离心过滤机时，应严格控制电机安装质量，安装限速装置。注意不要选择临界速度操作。

　　3.离心过滤机应注意选材和焊接质量，转鼓、外壳、盖子及底座等应用韧性金属制造。

　　(二)加热及传热

　　传热在化工生产过程中的应用主要有创造并维持化学反应需要的温度条件、创造并维持单元操作过程需要的温度条件、热能综合和回收、隔热与限热。

　　热量传递有热传导、热对流和热辐射三种基本方式。实际上，传热过程往往不是以某种传热方式单独出现，而是以两种或三种传热方式的组合。化工生产中的换热通常在两流体之间进行，换热的目的是将工艺流体加热(汽化)，或是将工艺流体冷却(冷凝)。

　　加热过程安全分析：

　　加热过程危险性较大。装置加热方法一般为蒸汽或热水加热、载热体加热以及电加热等。

　　1.采用水蒸气或热水加热时，应定期检查蒸汽夹套和管道的耐压强度，并应装设压力计和安全阀。与水会发生反应的物料，不宜采用水蒸气或热水加热。

　　2.采用充油夹套加热时，需将加热炉门与反应设备用砖墙隔绝，或将加热炉设于车间外面。油循环系统应严格密闭，不准热油泄漏。

　　3.为了提高电感加热设备的安全可靠程度，可采用较大截面的导线，以防过负荷；采用防潮、防腐蚀、耐高温的绝缘，增加绝缘层厚度。添加绝缘保护层等措施。电感应线圈应密封起来，防止与可燃物接触。

　　4.电加热器的电炉丝与被加热设备的器壁之间应有良好的绝缘，以防短路引起电火花，将器壁击穿，使设备内的易燃物质或漏出的气体和蒸气发生燃烧或爆炸。在加热或烘干易燃物质，以及受热能挥发可燃气体或蒸气的物质，应采用封闭式电加热器。电加热器不能安放在易燃物质附近。导线的负荷能力应能满足加热器的要求，应采用插头向插座上连接方式，工业上用的电加热器，在任何情况下都要设置单独的电路，并要安装适合的熔断器。

　　5.在采用直接用火加热工艺过程时，加热炉门与加热设备间应用砖墙完全隔离，不使厂房内存在明火。加热锅内残渣应经常清除以免局部过热引起锅底破裂。以煤粉为燃料时，料斗应保持一定存量，不许倒空，避免空气进入，防止煤粉爆炸；制粉系统应安装爆破片。以气体、液体为燃料时，点火前应吹扫炉膛，排除积存的爆炸性混合气体，防止点火时发生爆炸。当加热温度接近或超过物料的自燃点时，应采用惰性气体保护。

　　(三)蒸馏及精馏

　　化工生产中常常要将混合物进行分离，以实现产品的提纯和回收或原料的精制。对于均相液体混合物，最常用的分离方法是蒸馏。要实现混合液的高纯度分离，需采用精馏操作。

　　蒸馏过程危险性分析：

　　在常压蒸馏中应注意易燃液体的蒸馏热源不能采用明火，而采用水蒸气或过热水蒸气加热较安全。蒸馏腐蚀性液体，应防止塔壁、塔盘腐蚀，造成易燃液体或蒸气逸出，遇明火或灼热的炉壁而产生燃烧。蒸馏自燃点很低的液体，应注意蒸馏系统的密闭，防止因高温泄漏遇空气自燃。对于高温的蒸馏系统，应防止冷却水突然漏入塔内，这将会使水迅速汽化，塔内压力突然增高而将物料冲出或发生爆炸。启动前应将塔内和蒸汽管道内的冷凝水放空，然后使用。在常压蒸馏过程中，还应注意防止管道、阀门被凝固点较高的物质凝结堵塞，导致塔内压力升高而引起爆炸。在用直接火加热燕馏高沸点物料时(如苯二甲酸酐)，应防止产生自燃点很低的树脂油状物遇空气而自燃。同时，应防止蒸干，使残渣焦化结垢，引起局部过热而着火爆炸。油焦和残渣应经常清除。冷凝系统的冷却水或冷冻盐水不能中断，否则未冷凝的易燃蒸气逸出使局部吸收系统温度增高，或窜出遇明火而引燃。

　　真空蒸馏(减压蒸馏)是一种比较安全的蒸馏方法。对于沸点较高、在高温下蒸馏时能引起分解、爆炸和聚合的物质，采用真空蒸馏较为合适。如硝基甲苯在高温下分解爆炸、苯乙烯在高温下易聚合，类似这类物质的蒸馏必须采用真空蒸馏的方法以降低流体的沸点。借以降低蒸馏的温度，确保其安全。

　　(四)气体吸收与解吸

　　气体吸收按溶质与溶剂是否发生显著的化学反应可分为物理吸收和化学吸收；按被吸收组分的不同，可分为单组分吸收和多组分吸收；按吸收体系(主要是液相)的温度是否显著变化，可分为等温吸收和非等温吸收。在选择吸收剂时，应注意溶解度、选择性、挥发度、黏度。工业生产中使用的吸收塔的主要类型有板式塔、填料塔、湍球塔、喷洒塔和喷射式吸收器等。

　　解吸又称脱吸，是脱除吸收剂中已被吸收的溶质，而使溶质从液相逸出到气相的过程。在生产中解吸过程用来获得所需较纯的气体溶质，使溶剂得以再生，返回吸收塔循环使用。工业上常采用的解吸方法有加热解吸、减压解吸、在惰性气体中解吸、精馏方法。