第四節　典型化工過程安全技術

　　非均相分離：

　　化工生產中的原料、半成品、排放的廢物等大多為混合物，為了進行加工，得到純度較高的產品以及環保的需要等，常常要對混合物進行分離。混合物可分為均相(混合)物系和非均相(混合)物系。非均相物系中，有一相處于分散狀態，稱為分散相，如霧中的小水滴、煙塵中的塵粒、懸浮液中的固體顆粒、乳濁液中分散成小液滴的液相;另一相處于連續狀態，稱為連續相(或分散介質)，如霧和煙塵中的氣相、懸浮液中的液相、乳濁液中處于連續狀態的液相。從有毒有害物質處理的角度,非均相分離過程就是這些物質的凈化過程、吸收過程或濃縮分離過程。工業生產中多采用機械方法對兩相進行分離，常見的有沉降分離、過濾分離、靜電分離和濕洗分離等，此外，還有音波除塵和熱除塵等方法。

　　加熱及傳熱：

　　傳熱在化工生產過程中的應用主要有創造并維持化學反應需要的溫度條件、創造并維持單元操作過程需要的溫度條件、熱能綜合和回收、隔熱與限熱。

　　熱量傳遞有熱傳導、熱對流和熱輻射3種基本方式。實際上，傳熱過程往往不是以某種傳熱方式單獨出現，而是以2種或3種傳熱方式的組合。化工生產中的換熱通常在兩流體之間進行，換熱的目的是將工藝流體加熱(汽化)，或是將工藝流體冷卻(冷凝)。

　　蒸餾及精餾：

　　化工生產中常常要將混合物進行分離，以實現產品的提純和回收或原料的精制。對于均相液體混合物，最常用的分離方法是蒸餾。要實現混合液的高純度分離，需采用精餾操作。

　　蒸餾過程危險性分析：

　　在常壓蒸餾中應注意易燃液體的蒸餾熱源不能采用明火，而采用水蒸氣或過熱水蒸氣加熱較安全。蒸餾腐蝕性液體，應防止塔壁、塔盤腐蝕，造成易燃液體或蒸氣逸出，遇明火或灼熱的爐壁而產生燃燒。蒸餾自燃點很低的液體，應注意蒸餾系統的密閉，防止因高溫泄漏遇空氣自燃。對于高溫的蒸餾系統，應防止冷卻水突然漏人塔內，這將會使水迅速汽化，塔內壓力突然增高而將物料沖出或發生爆炸。啟動前應將塔內和蒸汽管道內的冷凝水放空，然后使用。在常壓蒸餾過程中，還應注意防止管道、閥門被凝固點較高的物質凝結堵塞，導致塔內壓力升高而引起爆炸。在用直接火加熱蒸餾高沸點物料時(如苯二甲酸酐)，應防止產生自燃點很低的樹脂油狀物遇空氣而自燃。同時，應防止蒸干，使殘渣焦化結垢，引起局部過熱而著火爆炸。油焦和殘渣應經常清除。冷凝系統的冷卻水或冷凍鹽水不能中斷，否則未冷凝的易燃蒸氣逸出使局部吸收系統溫度增高，或竄出遇明火而引燃。

　　真空蒸餾(減壓蒸餾)是一種比較安全的蒸餾方法。對于沸點較高、在高溫下蒸餾時能引起分解、爆炸和聚合的物質，采用真空蒸餾較為合適。、如硝基甲苯在高溫下分解爆炸、苯乙烯在高溫下易聚合，類似這類物質的蒸餾必須采用真空蒸餾的方法以降低流體的沸點，借以降低蒸餾的溫度，確保其安全。

　　氣體吸收與解吸：

　　氣體吸收按溶質與溶劑是否發生顯著的化學反應可分為物理吸收和化學吸收;按被吸收組分的不同，可分為單組分吸收和多組分吸收;按吸收體系(主要是液相)的溫度是否顯著變化，可分為等溫吸收和非等溫吸收。在選擇吸收劑時，應注意溶解度、選擇性、揮發度、黏度。工業生產中使用的吸收塔的主要類型有板式塔、填料塔、湍球塔、噴灑塔和噴射式吸收器等。

　　解吸又稱脫吸，是脫除吸收劑中已被吸收的溶質，而使溶質從液相逸出到氣相的過程。在生產中解吸過程用來獲得所需較純的氣體溶質，使溶劑得以再生，返回吸收塔循環使用。工業上常采用的解吸方法有加熱解吸、減壓解吸、在惰性氣體中解吸、精餾方法。

　　干燥：

　　干燥按其熱量供給濕物料的方式，可分為傳導干燥、對流干燥、輻射干燥和介電加熱干燥。干燥按操作壓強可分為常壓干燥和減壓干燥;按操作方式可分為間歇式干燥與連續式干燥。常用的干燥設備有廂式干燥器、轉筒干燥器、氣流干燥器、沸騰床干燥器、噴霧干燥器。為防止火災、爆炸、中毒事故的發生，干燥過程要采取以下安全措施：

　　1.當干燥物料中含有自燃點很低或含有其他有害雜質時必須在烘干前徹底清除掉，干燥室內也不得放置容易自燃的物質。

　　2.干燥室與生產車間應用防火墻隔絕，并安裝良好的通風設備，電氣設備應防爆或將開關安裝在室外。在干燥室或干燥箱內操作時，應防止可燃的干燥物直接接觸熱源，以免引起燃燒。

　　3.干燥易燃易爆物質，應采用蒸汽加熱的真空干燥箱，當烘干結束后，去除真空時，一定要等到溫度降低后才能放進空氣;對易燃易爆物質采用流速較大的熱空氣干燥時，排氣用的設備和電動機應采用防爆的;在用電烘箱烘烤能夠蒸發易燃蒸氣的物質時，電爐絲應完全封閉，箱上應加防爆門;利用煙道氣直接加熱可燃物時，在滾筒或干燥器上應安裝防爆片，以防煙道氣混人一氧化碳而引起爆炸。

　　4.間歇式干燥，物料大部分靠人力輸送，熱源采用熱空氣自然循環或鼓風機強制循環，溫度較難控制，易造成局部過熱，引起物料分解造成火災或爆炸。因此，在干燥過程中，應嚴格控制溫度。

　　5.在采用洞道式、滾筒式干燥器干燥時，主要是防止機械傷害。在氣流干燥、噴霧干燥、沸騰床干燥以及滾筒式干燥中，多以煙道氣、熱空氣為干燥熱源。

　　6.干燥過程中所產生的易燃氣體和粉塵同空氣混合易達到爆炸極限。在氣流干燥中，

　　物料由于迅速運動相互激烈碰撞、摩擦易產生靜電;滾筒干燥過程中，刮刀有時和滾筒壁摩擦產生火花，因此，應該嚴格控制干燥氣流風速，并將設備接地;對于滾筒干燥，應適當調整刮刀與筒壁間隙，并將刮刀牢牢固定，或采用有色金屬材料制造刮刀，以防產生火花。用煙道氣加熱的滾筒式干燥器，應注意加熱均勻，不可斷料，滾筒不可中途停止運轉。斗口有斷料或停轉應切斷煙道氣并通氮。干燥設備上應安裝爆破片。

　　蒸發：

　　蒸發按其采用的壓力可以為常壓蒸發、加壓蒸發和減壓蒸發(真空蒸發)。按其蒸發所需熱量的利用次數可分為單效蒸發和多效蒸發。蒸發過程要注意如下問題：

　　1.蒸發器的選擇應考慮蒸發溶液的性質，如溶液的黏度、發泡性、腐蝕性、熱敏性，以及是否容易結垢、結晶等情況。

　　2.在蒸發操作中，管內壁出現結垢現象是不可避免的，尤其當處理易結晶和腐蝕性物料時，使傳熱量下降。在這些蒸發操作中，一方面應定期停車清洗、除垢;另一方面改進蒸發器的結構，如把蒸發器的加熱管加工光滑些，使污垢不易生成，即使生成也易清洗，提高溶液循環的速度，從而可降低污垢生成的速度。

　　七、結晶

　　結晶是固體物質以晶體狀態從蒸氣、溶液或熔融物中析出的過程。結晶是一個重要的化工單元操作，主要用于制備產品與中間產品、獲得高純度的純凈固體物料。

　　結晶過程常采用攪拌裝置。攪動液體使之發生某種方式的循環流動，從而使物料混合均勻或促使物理、化學過程加速操作。

　　結晶過程的攪拌器要注意如下安全問題：

　　1.當結晶設備內存在易燃液體蒸氣和空氣的爆炸性混合物時，要防止產生靜電，避免火災和爆炸事故的發生。

　　2.避免攪拌軸的填料函漏油，因為填料函中的油漏人反應器會發生危險。例如硝化反應時，反應器內有濃硝酸，如有潤滑油漏人，則油在濃硝酸的作用下氧化發熱，使反應物料溫度升高，可能發生沖料和燃燒爆炸。當反應器內有強氧化劑存在時，也有類似危險。

　　3.對于危險易燃物料不得中途停止攪拌，因為攪拌停止時，物料不能充分混勻，反應不良，且大量積聚;而當攪拌恢復時，則大量未反應的物料迅速混合，反應劇烈，往往造成沖料，有燃燒、爆炸危險。如因故障而導致攪拌停止時，應立即停止加料，迅速冷卻;恢復攪拌時，必須待溫度平穩、反應正常后方可繼續加料，恢復正常操作。

　　4.攪拌器應定期維修，嚴防攪拌器斷落造成物料混合不勻，最后突然反應而發生猛烈沖料，甚至爆炸起火，攪拌器應靈活，防止卡死引起電動機溫升過高而起火。攪拌器應有足夠的機械強度，以防止因變形而與反應器器壁摩擦造成事故。

　　萃取：

　　萃取時溶劑的選擇是萃取操作的關鍵，萃取劑的性質決定了萃取過程的危險性大小和特點。萃取劑的選擇性、物理性質(密度、界面張力、黏度)、化學性質(穩定性、熱穩定性和抗氧化穩定性)、萃取劑回收的難易和萃取的安全問題(毒性、易燃性、易爆性) 是選擇萃取劑時需要特別考慮的問題。工業生產中所采用的萃取流程有多種，主要有單級和多級之分。

　　萃取設備的主要性能是能為兩液相提供充分混合與充分分離的條件，使兩液相之間具有很大的接觸面積，這種界面通常是將一種液相分散在另一種液相中所形成，兩相流體在萃取設備內以逆流流動方式進行操作。萃取的設備有填料萃取塔、篩板萃取塔、轉盤萃取塔、往復振動篩板塔和脈沖萃取塔。

　　制冷：

　　冷卻與冷凝的主要區別在于被冷卻的物料是否發生相的改變，若發生相變則成為冷凝，如無相變只是溫度降低則為冷卻。冷卻、冷凝操作在化工生產中十分重要，它不僅涉及到生產，而且也嚴重影響防火安全，反應設備和物料由于未能及時得到應有的冷卻或冷凝，常是導致火災、爆炸的原因。在工業生產過程中，蒸氣、氣體的液化，某些組分的低溫分離，以及某些物品的輸送、儲藏等，常需將物料降到比水或周圍空氣更低的溫度，這種操作稱為冷凍或制冷。

　　冷凍操作的實質是利用冷凍劑自身通過壓縮一冷卻一蒸發(或節流、膨脹)的循環過程，不斷地由被冷凍物體取出熱量(一般通過冷載體鹽水溶液傳遞熱量)，并傳給高溫物質(水或空氣)，以使被冷凍物體溫度降低。一般說來，冷凍程度與冷凍操作技術有關，凡冷凍范圍在一100℃以內的稱冷凍;而在一100℃～一 200℃或更低的，則稱為深度冷凍或簡稱深冷。

　　篩分與過濾：

　　(一)篩分

　　在工業生產中，為滿足生產工藝的要求，常常需將固體原料、產品進行篩選，以選取符合工藝要求的粒度，這一操作過程稱為篩分。篩分分為人工篩分和機械篩分。篩分所用的設備稱為篩子，通過篩網孔眼控制物料的粒度。按篩網的形狀可分為轉動式和平板式兩類。

　　篩分過程的危險控制要點。在篩分可燃物時，應采取防碰撞打火和消除靜電措施，防止因碰撞和靜電引起粉塵爆炸和火災事故。

　　(二)過濾

　　過濾是使懸浮液在重力、真空、加壓及離心的作用下，通過細孔物體，將固體懸浮微粒截留進行分離的操作。按操作方法，過濾分為間歇過濾和連續過濾兩種;按推動力分為重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。過濾采用的設備為過濾機。

　　物料輸送：

　　在工業生產過程中，經常需要將各種原材料、中間體、產品以及副產品和廢棄物從一個地方輸送到另一個地方，這些輸送過程就是物料輸送。在現代化工業企業中，物料輸送是借助于各種輸送機械設備實現的。由于所輸送的物料形態不同(塊狀、粉態、液態、氣態等)，所采取的輸送設備也各異。

　　(一)液態物料輸送

　　液態物料可借其位能沿管道向低處輸送。而將其由低處輸往高處或由一地輸往另一地(水平輸送)，或由低壓處輸往高壓處，以及為保證一定流量克服阻力所需要的壓頭，則需要依靠泵來完成。泵的種類較多，通常有往復泵、離心泵、旋轉泵、流體作用泵等四類。

　　液態物料輸送危險控制要點如下：

　　1.輸送易燃液體宜采用蒸氣往復泵。如采用離心泵，則泵的葉輪應用有色金屬制造，以防撞擊產生火花。設備和管道均應有良好的接地，以防靜電引起火災。由于采用虹吸和自流的輸送方法較為安全，故應優先選擇。

　　2.對于易燃液體，不可采用壓縮空氣壓送，因為空氣與易燃液體蒸氣混合，可形成爆炸性混合物，且有產生靜電的可能。對于閃點很低的可燃液體，應用氮氣或二氧化碳等惰性氣體壓送。閃點較高及沸點在130℃以上的可燃液體，如有良好的接地裝置，可用空氣壓送。

　　3.臨時輸送可燃液體的泵和管道(膠管)連接處必須緊密、牢固，以免輸送過程中管道受壓脫落漏料而引起火災。

　　4.用各種泵類輸送可燃液體時，其管道內流速不應超過安全速度，且管道應有可靠的接地措施，以防靜電聚集。同時要避免吸入口產生負壓，以防空氣進入系統導致爆炸或抽癟設備。

　　(二)氣態物料輸送

　　氣體物料的輸送采用壓縮機。按氣體的運動方式，壓縮機可分為往復壓縮機和旋轉壓縮機兩類。