化工单元操作的原理与安全技术.docx

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化工单元操作的原理与安全技术

化工单元操作的原理与安全技术

􀂙1化工单元操作的危险性

􀂙2化工单元操作的安全

􀂙3化工单元设备的安全

1化工单元操作的基本特点

􀂙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。

􀂙a.防止易燃气体物料形成爆炸性混合体系。

􀂙b.防止易燃固体或可燃固体物料形成爆炸性粉尘混合体系。

􀂙c.防止不稳定物质的积聚或浓缩。

防止不稳定物质的积聚或浓缩

􀂙（a）不稳定物质减压蒸馏时，假设温度超过某一极限值，有可能发生分解爆炸。

􀂙（b）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。

􀂙（c）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。

􀂙（d）反应液静置中，以不稳定物质为主的相，可能分开而形成分层积聚。

􀂙（e）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。

􀂙（f）在不稳定物质的合成反应中，搅拌是个重要因素。

􀂙（g）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。

􀂙2典型化工单元操作的安全技术

2.1加热操作的安全

2.2冷却、冷凝、冷冻操作的安全

2.3筛分、过滤操作的安全

2.4粉碎、混合操作的安全

2.5物料输送操作的安全

2.6干燥与蒸发操作的安全

2.7蒸馏、萃取与结晶操作的安全

2.8汲取与吸附操作的安全

2.1加热操作的安全

危险：

温度过高会使反应速度加快，假设是放热反应，则放热量增加，一旦散热不及时，温度失控，就会发生冲料，甚至会引起燃烧和爆炸；升温过快不仅容易使反应超温，而且还会损坏设备。

加热方式：

有直接火加热、蒸汽或热水加热、有机热载体〔或无机载体〕加热以及电加热等。

加热温度在100℃以下的，常用热水或蒸汽加热；100℃～140℃用蒸汽加热；超过140℃则用加热炉直接加热或用热载体加热；超过250℃时，一般用电加热。

安全技术：

用高压蒸汽加热时，对设备耐压要求高，须严防泄漏或与物料混合，避免造成事故。

使用热载体加热时，要防止热载体循环系统堵塞，热油喷出，酿成事故。

使用电加热时，电气设备要符合防爆要求。

直接火加热危险性最大，温度不易控制，可能造成局部过热烧坏设备，引起易燃物质的分解爆炸。

当加热温度接近或超过物料的自燃点时，应采纳惰性气体保护。

假设加热温度接近物料分解温度，此生产工艺称为危险工艺，必须设法改善工艺条件，如负压或加压操

􀂙2.2冷却、冷凝、冷冻操作的安全

区别：

冷却是使热物体温度降低而不发生相变的过程，发生相变〔如气相变为液相〕称为冷凝。

正确选用冷却设备和冷却剂选用耐腐蚀材料的冷却设备严格注意冷却设备的密闭性冷却水不能中断开车前先清除冷凝器中的积液，再开冷却水、后通入高温物料。

充氮保护检修冷凝、冷却器，应彻底清洗、置换，切勿带料焊接。

冷却剂：

水、空气、盐水溶液、有机溶液。

安全技术：

①正确选用冷却设备和冷却剂

②选用耐腐蚀材料的冷却设备

③严格注意冷却设备的密闭性

④冷却水不能中断

⑤开车前先清除冷凝器中的积液，再开冷却水、后通入高温物料。

⑥充氮保护

⑦检修冷凝、冷却器，应彻底清洗、置换，切勿带料焊接。

􀂙冷冻

定义：

将物料降到比水或四周空气更低的温度，如蒸汽、气体的液化等

冷冻方法：

冰融化法、冰盐水法、干冰法、液体汽化法、气体绝热膨胀法

冷冻剂：

氨、二氧化碳、氟利昂、碳氢化合物

载冷体：

水、盐水溶液〔氯化钠、氯化钙或氯化镁溶于水中形成的溶液〕、有机溶液〔如乙二醇、丙三醇溶液等〕

安全技术：

①尽可能选用不燃、不爆、无毒、无臭、无腐蚀的冷冻剂或载冷体；采纳不发生火花的电气设备；

②在压缩机出口方向，应于气缸与排气阀间设一个能使氨通到吸入管的安全装置，以防压力超高。

为避免管路爆裂，在旁通管路上不装任何阻气设施；

③易于污染空气的油分开器应设于室外。

压缩机要采纳低温不冻结、且不与氨发生化学反应的润滑油；

④制冷系统压缩机、冷凝器、蒸发器以及管路系统，应注意其耐压程度和气密性，防止设备、管路裂痕、泄漏。

同时要强化安全阀、压力表等安全装置的检查、维护；

⑤制冷系统因发生事故或停电而紧急停车，应注意其被冷物料的排空处理；

⑥装有冷料的设备及容器，应注意其低温材质的选择，防止低温脆裂。

2.3筛分、过滤操作的安全

筛分

定义：

在生产中为满足生产工艺要求，常将固体原材料、产品进行颗粒分级。

而这种分级一般是通过筛选办法实现的。

通常筛选将其固体颗粒度（块度）分级，选取符合工艺要求的粒度，这一操作过程称为筛分。

危险：

筛分分为人工筛分和机械筛分。

人工筛分劳作强度大，操直接接触粉尘，对呼吸器官及皮肤有很大危害。

而机械筛分，大大减轻体力劳作、减少与粉尘接触机会，如能很好密闭，实现自动控制，操将摆脱粉尘危害。

安全技术：

①在筛分操作过程中，粉尘如具有可燃性，应注意因碰撞和静电而引起粉尘燃烧、爆炸。

如粉尘具有毒性、吸水性或腐蚀性，要注意呼吸器官及皮肤的保护，以防引起中毒或皮肤伤害；

②筛分操作是大量扬尘过程，在无妨碍操作、检查的前提下，应将其筛分设备最大限度地进行密闭；

③要强化检查，注意筛网的磨损和筛孔堵塞、卡料，以防筛网损坏和混料；

④筛分设备的运转部分要加防护罩以防绞伤人体；

⑤振动筛会产生大量噪声，应采纳隔离等消声措施。

过滤

定义：

在生产中欲将悬浮液中的液体与悬浮固体微粒有效的分开，一般采用过滤的方法。

过滤操作是使悬浮液中的液体在重力、真空、加压及离心力的作用下，通过多细孔物体，而将固体悬浮微粒截留进行分开的操作。

方法：

重力过滤：

重力过滤是依靠悬浮液本身的液柱压差进行过滤；加压过滤：

加压过滤是在悬浮液上面施加压力进行过滤。

真空过滤：

真空过滤是在过滤介质下面抽真空进行过滤。

离心过滤：

离心过滤是借悬浮液高速旋转所产生之离心力进行过滤。

安全技术：

①尽可能采纳连续自动操作，使操作人员脱离与有毒物料接触；

②加压过滤能散发有害或爆炸性气体时，应采纳密闭式过滤机，并以压缩空气或惰性气体坚持压力；

③设备选材和焊接质量要可靠；

④设备不能超时间、超负荷运转，以免转鼓磨损或腐蚀、启动速度过高导致事故发生；

⑤离心机尽可能装盖，设置可靠的防护装置；

⑥清理器壁要停车，并停稳，开停离心机时，不要用手帮忙以防发生事故；

⑦操作过程加料不均，也会导致剧烈振动，引起事故。

2.4粉碎、混合操作的安全

定义：

在生产中为满足其工艺要求，常常需要将固体物料粉碎或研磨成粉末以增加其接触面积，进而缩短化学反应时间。

将大块物料变成小块物料的操作称粉碎；而将小块变成粉末的操作则称研磨。

安全技术：

①加料、出料最好是连续化、自动化；

②具有防止破碎机损坏的安全装置；

③产生粉末应尽可能少；

④发生事故能迅速停车;

⑤球磨必须具有一个带抽风管的严密外壳；

⑥各类粉碎、研磨设备要密闭，操作室要有优良通风，以减少空气中粉尘含量。

必要时，室内可装设喷淋设备；

⑦发现粉碎系统中粉末阴燃或燃烧时，须马上停止送料，并采用措施断绝空气来源，必要时充入氮气、二氧化碳以及水蒸汽等惰性气体。

混合

定义：

凡使两种以上物料互相分散，而达到温度、浓度以及组成一致的操作，均称为混合。

设备：

液体混合设备：

液体混合设备分机械搅拌〔桨式搅拌器、螺旋桨式搅拌器、涡轮式搅拌器、特种搅拌器〕与气流搅拌〔是用压缩空气或蒸汽以及氮气通入液体介质中进行鼓泡，以达到混合目的的一种装置〕。

固体、糊状物混合设备：

固体介质的混合包括固体粉末和与糊状物的捏和。

安全技术：

①依据物料性质（如腐蚀性、易燃易爆性、粒度、粘度等）正确选用设备；

②桨叶制造要符合强度要求，安装要牢固，不同意产生摆动；③搅拌器不可随意提升转速，尤其关于搅拌非常粘稠的物质，在这种状况下也可造成电机超负荷、桨叶断裂以及物料飞溅等；

④安装超负荷停车装置。

关于混合操作的加、出料应实现机械化、自动化。

关于混合能产生易燃、易爆或有毒物质，混合设备应很好密闭，并充入惰性气体加以保护；

⑤在安装机械搅拌的同时，还要辅以气流搅拌，或增设冷却装置；

⑥液－液混合装料时就应开启搅拌。

2.5物料输送操作的安全

定义：

在生产过程中，常常需要将各种原料、中间体、产品以及副产品和废弃物从一个地方输送到另一个地方。

设备：

①固体块状和粉状物料的输送一般多采纳皮带输送机、螺旋输送器、刮板输送机、链斗输送机、斗式提升机以及气流输送等多种方式。

②液体物料一般采纳泵输送，也有用压缩空气输送的；

③气体物料和粉状气流输送一般采纳压缩机。

安全技术：

①依据物料性质正确选用设备；

②固体输送设备部位如齿轮、皮带、链条等应采用防护措施；③粉状气流输送系统应坚持优良的严密性，管道材料应选择导电性材料并有优良的接地，如采纳绝缘材料管道，则管外应采用接地措施。

输送速度不应超过该物料同意的流速，粉料不要堆积管内，要及时清理管壁；

④可燃气体的输送管道应常常坚持正压，并依据实际需要安装逆止阀、水封和阻火器等安全装置；

⑤可燃液体管内流速不应超过安全速度，在输送有爆炸性或燃烧性物料时，要采纳氮、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防造成燃烧或爆炸

2.6干燥与蒸发操作的安全

干燥

定义：

在生产中将固体和液体分开的操作方法是过滤，要进一步除去固体中液体的方法是干燥

安全技术：

干燥过程中要严格控制温度，防止局部过热，以免造成物料分解爆炸。

在过程中散发出来的易燃易爆气体或粉尘，不应与明火和高温表面接触，防止燃爆。

在气流干燥中应有防静电措施，在滚筒干燥中应适当调正刮刀与筒壁的间隙，以防止火花。

蒸发

定义：

借加热作用使溶液中所含溶剂不断气化，以提升溶液中溶质的浓度，或使溶质析出的物理过程。

安全技术：

①控制蒸发温度，防止产生局部过热而使物料分解、燃烧和爆炸；

②关于热敏性物质，可采纳真空蒸发的方法，降低蒸发温度，或采纳高效蒸发器，增加蒸发面积，减少停留时间；

③对具有腐蚀性的溶液，要合理选择蒸发器的材质。

2.7蒸馏、萃取与结晶操作的安全

蒸馏

定义：

化工生产中常常要将混合物进行分开，以实现产品的提纯和回收或原料的精制。

蒸馏是借液体混合物各组分挥发度的不同，使其分开为纯组分操作。

安全技术：

①依据物料性质、工艺要求正确选择蒸馏方法和蒸馏设备；②对难于挥发的物料时（常压下沸点在150℃以上）应采纳真空蒸馏，这样可以降低蒸馏温度，防止物料在高温下分解、变质或聚合。

在处理中等挥发性物料（沸点为100℃左右）时，采纳常压蒸馏。

关于沸点低于30℃的物料，则应采纳加压蒸馏；

③易燃液体的蒸馏热源不能采纳明火，而采纳水蒸气或过热水蒸气加热较为安全。

腐蚀性液体的蒸馏应防止塔壁、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，应防止冷却水突然漏入塔内，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。

蒸馏

萃取结晶

萃取：

指在欲分开的液体混合物中加入一种适宜的溶剂，使其形成两液相系统，利用液体混合物中各组分在两相中分配差异的性质，易溶组分较多地进入溶剂相从而实现混合液的分开。

结晶：

溶质和溶剂的回收一般还要采纳蒸馏或蒸发操作结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。

通过结晶可以制备产品与中间产品，获得高纯度的纯净固体物料。

结晶常采纳搅拌装置。

主要危险来源于物料和搅拌装置

2.8汲取与吸附操作的安全

汲取指气体混合物在溶剂中选择溶解实现气体混合物组元的分开。

主要分为物理汲取〔溶解性汲取〕和化学汲取〔发生反应汲取〕。

汲取过程要使用不同特性、危险性大的有机溶剂。

溶剂在高速流动过程中不仅存在大量汽化扩散的危险，而且还会产生大量静电，导致静电火花的危险。

吸附：

吸附是利用某些固体能够从流体混合物中选择性地凝集一定组分在其表面上的能力，使混合物中的组分彼此分开的单元操作过程。