第二章 化工反应过程安全技术

1、化工安全与环境保护,化工安全与环境保护,氧化反应,2,还原反应,3,概 述,1,第二章 化学反应安全技术,卤化反应,4,硝化反应,5,磺化反应,6,聚合反应,8,裂解反应,9,催化反应,7,第二章 化学反应安全技术,烷基化反应,11,重氮化反应,12,典型事故案例及分析,13,电解反应,10,学习化工反应的概念和基本类型，熟悉影响化工反应过程的危险因素，掌握其安全生产的控制技术。重点学习氧化还原、卤化、硝化、磺化、催化、聚合、电解等反应过程，预防化工生产过程中化工反应的危险产生，培养学生具有稳定化工反应操作过程和控制安全生产的工作能力。,知识目标,教学目标,第一节 概述,1,2,化工反应的危险

2、性分类,热反应的危险性程度分类,一、化工反应的危险性分类,含有本质上不稳定物质的化工反应，这些不稳定物质可能是原料、中间产物、成品、副产品、添加物或杂质等； 放热的化工反应； 含有易燃物料且在高温、高压下运行的化工反应； 含有易燃物料且在低温状况下运行的化工反应； 在爆炸极限内或接近爆炸极限的化工反应； 有可能形成尘雾爆炸性混合物的化工反应； 有高毒物料存在的化工反应； 高压或超高压的化工反应。,二、热反应的危险性程度分类,1.第一类化工过程 （1）加氢 （2）异构化 （3）水解 （4）磺化 （5）中和,二、热反应的危险性程度分类,2.第二类化工过程 （1）烷基化 （2）氧化 （3）酯化 （4

3、）聚合 （5）缩聚,二、热反应的危险性程度分类,3.第三类化工过程 卤化反应，将卤族原子（氟、氯、溴或碘）引入有机分子。 4.第四类化工过程 硝化反应，用硝基取代有机化合物中的氢原子。,第二节 氧化反应,1,2,氧化反应及反应特点,氧化反应过程安全控制技术,3,过氧化物的特点及安全技术,一、氧化反应及反应特点,被氧化的物质大多是易燃易爆危险化学品,通常以空气或氧为氧化剂,反应体系随时都可以形成爆炸性混合物。 氧化反应是强放热反应，特别是完全氧化反应，放出的热量比部分氧化反应大810倍。 有机过氧化物不仅具有很强的氧化性，而且大部分是易燃物质，有的对温度特别敏感，遇高温则爆炸。,二、氧化反应过程

4、安全控制技术,1.氧化反应的温度控制 2.氧化物质的控制 （1）惰性气体保护 （2）合理选择物料配比 （3）保持安全环境 3.催化氧化操作过程的控制,二、氧化反应过程安全控制技术,表2-1氧化物质的理化性质,三、过氧化物的特点及安全技术,1.过氧化物的特点 2.有机过氧化物的分类 3.过氧化合物的安全控制技术 过氧化物的易燃易爆性质的影响因素 活性添加料。 溶剂。 过氧化氢溶液和固体过氧化物贮存和运输。,第三节 还原反应,1,2,还原反应及其特点,危险性大的还原反应及其安全技术,一、还原反应及其特点,还原反应种类很多，有些还原反应会产生氢气或使用氢气，有些还原剂和催化剂有较大的燃烧、爆炸危险性

5、。常用的还原剂有铁、硫化钠、亚硫酸盐（亚硫酸钠、亚硫酸氢钠）、锌粉、保险粉等。,二、危险性大的还原反应及其安全技术,1.金属还原反应：金属和酸作用生成盐和氢，起还原作用。 2.催化加氢还原：在有机合成反应过程中，常用雷尼镍（Raney-Ni）、钯炭等为催化剂和有机物质进行还原反应。 3.其他还原反应：还原反应中常用还原剂火灾危险性大的有硼氢化钾和硼氢化钠、四氢化锂铝、氢化钠、保险粉（亚硫酸钠Na2S2O4）、异丙醇铝等。,第四节 卤化反应,1,2,氯化反应,氟化反应,3,溴化反应和碘化反应,一、氯化反应,1.常用氯化方法 热氯化法。 光氯化。 催化氯化法。 氧氯化法。 2.氯化反应安全技术要点

6、 （1）氯气的安全使用 （2）氯化反应过程的安全,二、氟化反应,氟是最活泼的卤素，其反应最难以控制。氟与烃类的直接反应很剧烈，常引起爆炸，并伴有不需要的C-C键的断裂。应特别注意，氟和其他物质间极易形成新键，并释放出大量的热。气相反应一般要用惰性气体稀释。,三、溴化反应和碘化反应,反应类似氯化，但反应条件要缓和得多。,第五节 硝化反应,1,2,硝化反应的危险性分析,混酸配制的安全技术,3,4,硝化器的安全技术,硝化过程的安全技术,一、硝化反应的危险性分析,硝化剂是强氧化剂，硝化反应是放热反应，温度越高，硝化反应速率越快，放出的热量越多，极易造成温度失控而爆炸。所以硝化反应器要有良好的冷却和搅拌

7、，不得中途停水断电及搅拌系统发生故障。,二、混酸配制的安全技术,酸类化合物混合时，放出大量的稀释热，温度可达到90或更高，在这个温度下，硝酸部分分解为二氧化氮和水，如果有部分硝基物生成，高温下可能引起爆炸，所以必须进行冷却。 混酸配制过程中，应严格控制温度和酸的配比，直至充分搅拌均匀为止。 不能把未经稀释的浓硫酸与硝酸混合，因为浓硫酸猛烈吸收浓硝酸中的水分而产生高热，将使硝酸分解产生多种氮氧化物（NO2、NO、N2O3），引起突沸冲料或爆炸。,二、混酸配制的安全技术,配制成的混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性，必须严格防止触及棉、纸、布、稻草等有机物，以免发生燃烧爆炸。 硝化反应的腐蚀性很强，要注意

8、设备及管道的防腐性能，以防渗漏。 硝化反应器设有泄漏管和紧急排放系统，一旦温度失控，紧急排放到安全地点。,三、硝化器的安全技术,搅拌式反应器是常用的硝化设备，这种设备由釜体、搅拌器、传动装置、夹套和蛇管组成，一般是间歇操作。物料由上部加入釜体内，在搅拌条件下迅速地与原料混合并进行硝化反应。如果需要加热，可在夹套或蛇管内通入蒸汽；如果需要冷却，可通入冷却水或冷冻剂。,四、硝化过程的安全技术,1.硝化反应温度控制 2.防氧化控制操作 3.硝化反应过程控制技术 4.进料操作控制技术 5.出料操作控制技术 6.取样分析安全操作 7.设备使用与维护技术 8.设备和管路检修技术,第六节 磺化反应,1,2,

9、磺化反应及其特点,磺化反应过程的危险性分析,一、磺化反应及其特点,磺化是在有机化合物分子中引入磺酸基（SO3H）或它相应的盐或磺酰卤基（SO2Cl）的反应。常用的磺化剂有发烟硫酸、亚硫酸钠、亚硫酸钾、三氧化硫等。如用硝基苯与发烟硫酸生产间氨基苯磺酸钠、卤代烷与亚硫酸钠在高温加压条件下生产磺酸盐等均属磺化反应。,二、磺化反应过程的危险性分析,三氧化硫是氧化剂，遇到比硝基苯易燃的物质时会很快引起着火。 磺化剂浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸（剧毒化学品）都是氧化性物质，且有的是强氧化剂。 磺化反应是放热反应，这种磺化反应若投料顺序颠倒、投料速度过快、搅拌不良、冷却效果不佳等，都有可能造成反应温度升高，使磺

10、化反应变为燃烧反应，会引起燃烧或爆炸事故。,第七节 催化反应,1,2,催化反应的危险性分析及安全技术,催化重整过程的安全技术,3,催化加氢过程的安全技术,第七节 催化反应,可按如下方法选择催化剂的类型 生产过程中产生水汽的，一般采用具有碱性，中性或酸性反应的盐类、无机盐类、三氯化铝、三氯化铁、三氯化磷及二氧化镁等。 反应过程中产生氯化氢的，一般采用碱、吡啶、金属、三氯化铝、三氯化铁等。,第七节 催化反应,反应过程中产生硫化氢的，一般采用盐基、卤素、碳酸盐、氧化物等。 反应过程中产生氢气的，应采用氧化剂、空气、高锰酸钾、氧化物及过氧化物等。,一、催化反应的危险性分析及安全技术,催化反应又分为单相

11、反应和多相反应两种。单相反应是在气态下或液态下进行的，反应过程中的温度、压力及其他条件较易调节，危险性较小。在多相反应中，催化作用发生于相界面及催化剂的表面上，这时温度、压力较难控制，危险性较大。,二、催化重整过程的安全技术,在加热、加压和催化作用下进行汽油馏分重整，叫催化重整。 催化剂在装卸时，要防破碎和污染，未再生的含碳催化剂卸出时，要预防自燃超温烧坏。 催化重整反应器有催化剂引出管和热电偶管等附属部件。,二、催化重整过程的安全技术,在催化重整过程中，加氢的反应需要大量的反应热。 催化重整装置中，安全警报应用较普遍，对于重要工艺参数，温度、流量、压力、液位等都有报警。 重整循环氢和重整进料

12、量，对于催化剂有很大的影响，特别是低氢量和低空速运转，容易造成催化剂结焦，应备有自动保护系统。,三、催化加氢过程的安全技术,催化加氢是多相反应，一般是在高压下有固相催化剂存在下进行的。由于原料及成品（氢、氨、一氧化碳等）大都易燃、易爆或具有毒性，高压反应设备及管道易受到腐蚀或因操作不当带来危险，发生事故。,第八节 聚合反应,1,2,聚合反应的分类及不安全因素分析,聚合反应的危险性分析及安全技术,3,4,高压下乙烯聚合的安全技术,氯乙烯聚合的安全技术,5,丁二烯聚合的安全技术,一、聚合反应的分类及不安全因素分析,1.本体聚合 2.悬浮聚合 3.溶液聚合 4.乳液聚合 5.缩合聚合,二、聚合反应的

13、危险性分析及安全技术,单体、溶剂、引发剂、催化剂等大多属易燃、易爆物质，在压缩过程中或在高压系统中泄漏，发生火灾爆炸。 聚合反应中加入的引发剂都是化学活泼性很强的过氧化物，一旦配料比控制不当，容易引起暴聚，反应器超压易引起爆炸。,二、聚合反应的危险性分析及安全技术,如搅拌发生故障、停电、停水，由于反应釜内聚合物黏壁作用，使反应热不能导出，造成局部过热或反应釜飞温，发生爆炸。,三、高压下乙烯聚合的安全技术,采用轻柴油裂解制取高纯度乙烯装置，产品从氢气、甲烷、乙烯到裂解汽油、渣油等，都是可燃性气体或液体，炉区的最高温度达1000，而分离冷冻系统温度低到169。反应过程以有机过氧化物作为催化剂，乙烯

14、属高压液化气体，爆炸范围较宽，操作又是在高温、超高压下进行，而超高压节流减压又会引起温度升高。,四、氯乙烯聚合的安全技术,氯乙烯聚合是属于连锁聚合反应，连锁反应的过程可分为三个阶段，即链的开始、链的增长、链的终止。 氯乙烯聚合所用的原料除氯乙烯单体外，还有分散剂、引发剂。,五、丁二烯聚合的安全技术,丁二烯聚合过程中，使用酒精、丁二烯、金属钠等危险物质。酒精和丁二烯与空气混合都能形成有爆炸危险的混合物。金属钠遇水、空气激烈燃烧和爆炸，因此不能暴露于空气中，贮存于煤油中。,第九节 裂解反应,1,2,裂解反应及其特点,裂解反应过程危险性分析及安全技术,一、裂解反应及其特点,广义地说，凡是有机化合物在

15、高温下分子发生分解的反应过程都称为裂解。而石油化工中所谓的裂解是指石油烃（裂解原料）在隔绝空气和高温条件下，分子发生分解反应而生成小分子烃类的过程。在这个过程中还伴随着许多其他的反应（如缩合反应），生成一些别的反应物（如由较小分子的烃缩合成较大分子的烃）。,二、裂解反应过程危险性分析及安全技术,1.管式裂解炉故障 2.引风机故障 3.燃料气压力降低 4.其他公用工程故障,第十节 电解反应,1,2,电解反应及其特点,食盐电解生产工艺,3,食盐电解过程的危险性分析及安全技术,一、电解反应及其特点,电流通过电解质溶液或熔融电解质时，在两个电极上所引起的化学变化，称为电解。电解过程中能量变化的特征是电

16、能转变为电解产物蕴藏的化学能。,二、食盐电解生产工艺,食盐溶液电解是化学工业中最典型的电解反应之一。食盐电解可以制烧碱、氯气、氢气等产品。目前，我国采用的电解食盐方法有隔膜法、水银法、离子膜等电解法。,三、食盐电解过程的危险性分析及安全技术,1.氢气危险性分析及安全技术 2.杂质危险性分析及安全技术 3.水银电解槽危险性分析及安全技术 3Cl2+NH4Cl4HCl+NCl354.7kcal 2NCl3N2+3Cl2+110kcal 4.设备维护与保养 5.建筑厂房安全技术,3Cl2+NH4Cl4HCl+NCl354.7kcal,第十一节 烷基化反应,1,2,烷基化反应,烷基化反应的危险性,一、

17、烷基化反应,烷基化是在有机化合物中的氮、氧、碳等原子上引入烷基（R）的化学反应。引入的烷基有甲基（CH3）、乙基（C2H5）、丙基（C3H7）、丁基（C4H9）等。常用烯烃、卤化烃、醇等作烷基化剂。如苯胺和甲醇作用制取二甲基苯胺。,二、烷基化反应的危险性,被烷基化的物质大都具有燃烧、爆炸等危险。 烷基化剂一般比被烷基化物质的燃烧危险性要大。 烷基化过程所用的催化剂反应活性强。 烷基化反应都是在加热条件下进行。 烷基化的产品也有一定的火灾危险。,二、烷基化反应的危险性,表2-2烷基化反应物质性质,二、烷基化反应的危险性,续上表,第十二节 重氮化反应,1,2,重氮化反应,重氮化反应的安全技术,一、

18、重氮化反应,重氮化是芳伯胺变为重氮盐的反应。通常是把含芳胺的有机化合物在酸性介质中与亚硝酸钠作用，使其中的胺基（NH2）转变为重氮基(NN)的化学反应，如二硝基重氮酚的制取等。,二、重氮化反应的安全技术,重氮化反应的主要火灾危险性在于所产生的重氮盐，如重氮盐酸盐（C6H5N2Cl）、重氮硫酸盐(C6H5N2HSO4)、重氮二硝基苯酚(NO2)2N2C6H2OH等。 作为重氮剂的芳胺化合物都是可燃有机物质，在一定条件下也有燃烧和爆炸的危险。,二、重氮化反应的安全技术,重氮化生产过程所使用的亚硝酸钠是无机氧化剂，于175时分解，能与有机物反应发生燃烧或爆炸。 在重氮化的生产过程中，若反应温度过高，亚硝酸钠的投料过快或过量，均会增加亚硝酸的浓度，加速物料的分解，产生大量的氧化氮气体，有引起燃烧