萘酚磺化反应的安全控制论文---中国石油大学(北京)现代远程教育-

1、 中国石油大学（北京）现代远程教育毕 业 设 计（论文）2-萘酚磺化反应的安全控制姓 名：学 号：性 别：专 业: 批 次：学习中心： 指导教师： 20xx年x月x日（终稿截止日期）中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）2-萘酚磺化反应的安全控制摘 要2-萘酚又称-萘酚、乙萘酚，在化工生产中是一种用途十分广泛的重要的原料或中间体，主要用于染料、有机颜料、橡胶防老剂以及医药和农药工业中。其中，工业合成路线主要是萘磺化碱溶法。然而，正是由于在磺化碱熔法生产2-萘酚的过程中，存在污染严重、环境污染、生产安全隐患等问题已成为2-萘酚工业生存与发展的瓶颈。其中，在制备2-萘酚过程中，用98%硫

2、酸与精萘进行的磺化反应，如果对该阶段反应条件掌控不好的话，就会出现许多副产物，同时在磺化反应中还隐藏着诸多安全隐患因素（如：因磺化釜不密封、密封不严、搅拌轴封泄漏等导致高温萘蒸气泄漏，与空气形成爆炸性混合物，遇激发能源，可能发生火灾爆炸事故），一方面影响着最终产品质量好坏，另一方面还会直接损害生产厂家经济利益，并对人身造成很大的危害。因此，本文主要是以制备2-萘酚过程中的磺化反应作为研究对象，首先在系统了解了2-萘酚物化性质与应用途径的基础上，详细地探究了2-萘酚的化学反应生产原理，着重地分析用98%硫酸与精萘进行的磺化反应中反应原料的危害、磺化反应操作过程、磺化反应的自控设计，最后结合上述研

3、究的基础上，提出了磺化反应中存在的安全问题，并且分别从安全防范与安全管理控制两个角度提出相应地建议性措施，希望对2-萘酚的工业生产工艺贡献一定地借鉴性作用关键词：2-萘酚；磺化反应；安全防范、安全控制目 录第一章 引 言1第二章 2-萘酚简介22.1 2-萘酚的性质22.2 2-萘酚的用途2 2.2.1 在染料中的应用2 2.2.2 在香料工业中的应用2 2.2.3 其他应用3第3章 2-萘酚的化学反应生产过程43.1 2-萘酚磺化反应原理43.2 2-萘酚磺化反应原料的危害4 3.2.1 萘的危害4 3.2.2 硫酸的危害53.3 2-萘酚磺化反应磺化反应操作过程5 3.3.1 操作目的5

4、3.3.2 操作指标5 3.3.3 操作步骤63.4 2-萘酚磺化反应磺化反应自控设计7 3.4.1 磺化自控方案的说明7 3.4.2 自控控制的原理及达到的目的7 3.4.3 自动控制选型及安装注意事项8第四章 2-萘酚的磺化反应的安全控制94.1 存在的安全问题9 4.1.1 火灾爆炸9 4.1.2 容器爆炸10 4.1.3 中毒、窒息10 4.1.4 化学灼伤104.2 采取的安全防范措施114.3 采取的安全管理措施11第五章 结束语12参考文献13致谢15中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）第一章 引 言2-萘酚又称-萘酚、乙萘酚，是重要的有机化工原料及染料中间体，主要用

5、于染料、有机颜料、橡胶防老剂以及医药和农药工业中1。可以衍生出多种重要的染料中间体如2,3酸、吐氏酸、J酸、R酸、G酸、氨基J酸等。目前，其工业合成路线主要是萘磺化碱溶法，为间歇生产，劳动条件差，原料消耗高，且生产过程中排放大量废水。废水浓度高、毒性大、色泽深、酸碱缓冲性强、难以生化降解，对人体和环境造成较大的危害2。然而，正是由于2-萘酚在生产过程污染严重，环境污染、生产安全隐患等问题已成为2-萘酚工业生存与发展的瓶颈。目前，通过利用工业萘为主要原料，经磺化反应、水解反应、吹萘、中和反应、冷却、吸滤、碱熔、稀释、酸化等化学反应过程生产2-萘酚，是国内外工业化生产均采用的方法3,4。其中，在制

6、备2-萘酚过程中，用98%硫酸与精萘进行的磺化反应不仅是整个制备过程中的第一步，而且也是整个制备过程中的关键阶段，如果对该阶段反应条件掌控不好的话，就会出现许多副产物，严重影响着产物的纯度以及后续步骤的进行，同时在磺化反应中还隐藏着诸多安全隐患因素5，比如：因磺化釜不密封、密封不严、搅拌轴封泄漏等导致高温萘蒸气泄漏，与空气形成爆炸性混合物，遇激发能源，可能发生火灾爆炸事故等6，这些安全隐患一方面影响着最终产品质量好坏，另一方面还会直接损害生产厂家经济利益，并对人身造成很大的危害。因此，本文主要是以制备2-萘酚过程中的磺化反应作为研究对象，首先在系统了解了2-萘酚物化性质与应用途径的基础上，详细

7、地探究了2-萘酚的化学反应生产原理，着重地分析用98%硫酸与精萘进行的磺化反应中反应原料的危害、磺化反应操作过程、磺化反应的自控设计，最后结合上述研究的基础上，提出了磺化反应中存在的安全问题，并且分别从安全防范与安全管理控制两个角度提出相应地建议性措施，希望对2-萘酚的工业生产工艺贡献一定地借鉴性作用。0第二章 2-萘酚简介2.1 2-萘酚的性质2-萘酚又称-萘酚、乙萘酚，为灰白色薄片或均匀粉末，易溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等及苛性钠的水溶液中。相对密度1.217，熔点121.6123，沸点285286；不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、氯仿和苯；能升华，能与水蒸气一同挥发，水溶液与三氯化铁作用

8、显绿色。2-萘酚的分子式为C10H8O，分子量为144.16。通常情况下，2-萘酚装于内衬塑料袋的编织袋中，净重常为25Kg/袋，袋口用线扎紧，防止散落及雨水浸入7,8。2.2 2-萘酚的用途2-萘酚在化工生产中是一种用途十分广泛的重要的原料或中间体，主要用于染料和有机颜料及其中间体的生产。它可以衍生出多种重要的染料中间体，如2,3酸、吐氏酸、J酸、R酸、G酸、氨基J酸等。近年，我国蔡酚及其衍生物的出口量占染料中间体出口总量的三分之一，可以说是染料和有机颜料市场的一种“指示剂”9。2.2.1 在染料中的应用染料及颜料中间体是我国2-蔡酚最大的消费领域，其重要原因是染料中间体生产己发生，世界性的

9、转移，如2,3酸、J酸、Y酸、R酸、色酚AS等都是我国重要的中间体出口产品，出口量占国内总产量一半以上。除了用于合成染料及颜料中间体，2-蔡酚还可以作为偶氮基部分，和重氮化合物反应制得染料10。2.2.2 在香料工业中的应用2-蔡酚的醚类，具有橙花和杨槐花的香气，香气较为柔和，可用做香皂、花露水等香精和一些香料的定香剂。而且它们具有较高的沸点和较小的挥发度，故保香效果较好。2-蔡酚的醚类，包括甲醚、乙醚、丁醚和节醚，可由2-蔡酚和相应的醇在酸性催化剂作用下反应而得，或2-蔡酚和相应的硫酸酷或卤代烃反应而得11。2.2.3 其他应用2-蔡酚在医药工业中也有较为广泛的应用，可作为蔡普生、蔡酚辛酸酯

10、、发癣退或中间体的原料。同时，2-蔡酚还用于合成三烯高诺酮、18-甲基炔诺酮等计划生育用药12。另外，2-蔡酚在农业上还可以用于制造除草剂蔡丙胺、植物生长调节剂2-蔡氧基乙酸等13。11第三章 2-萘酚的化学反应生产过程3.1 2-萘酚磺化反应原理在2-萘酚的生产过程中，该磺化反应是在常压、130135温度之间，熔融精萘在磺化釜中，在搅拌的情况下加入定量的硫酸进行磺化反应，然后升温至163165，在此温度下保温反应2-3小时，磺化反应结束。化学反应方程式如下：3.2 2-萘酚磺化反应原料的危害3.2.1 萘的危害理化性质：白色易挥发晶体，有温和芳香气味，粗萘有煤焦油臭味。熔点为80.1；沸点为

11、217.9；相对密度(水=1)为1.16，不溶于水，溶于无水乙醇、醚、苯。危险特性：遇明火、高热易燃。燃烧时放出有毒的刺激性烟雾。与强氧化剂如铬酸酐、氯酸盐和高锰酸钾等接触，能发生强烈反应，引起燃烧或爆炸。粉体与空气可形成爆炸性混合物，当达到一定浓度时, 遇火星会发生爆炸。健康危害：具有刺激作用，高浓度致溶血性贫血及肝、肾损害。急性中毒：吸入高浓度萘蒸气或粉尘时，出现眼及呼吸道刺激、角膜混浊、头痛、恶心、呕吐、食欲减退、腰痛、尿频，尿中出现蛋白及红、白细胞。亦可发生视神经炎和视网膜炎。重者可发生中毒性脑病和肝损害。口服中毒主要引起溶血和肝、肾损害，甚至发生急性肾功能衰竭和肝坏死。慢性中毒：反复

12、接触萘蒸气，可引起头痛、乏力、恶心、呕吐和血液系统损害。可引起白内障、视神经炎和视网膜病变。皮肤接触可引起皮炎。3.2.2 硫酸的危害理化性质：无色透明油状液体。极易溶于水，同时放出大量热。相对密度：1.834，熔点：10.49，沸点：330。饱和蒸汽压：0.13KPa（145.8）。危险特性：具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。遇水大量放热，可发生沸溅。与易燃物（如苯）和可燃物（如糖、纤维素等）接触会发生剧烈反应，甚至引起燃烧。遇电石、高氯酸盐、雷酸盐、硝酸盐、苦味酸盐、金属粉末等猛烈反应，发生爆炸或燃烧。有强烈的腐蚀性和吸水性。健康危害：对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。可引起结膜

13、炎、水肿、角膜混浊，以致失明；引起呼吸道刺激症状，重者发生呼吸困难和肺水肿，高浓度引起喉痉挛或声门水肿而死亡。口服后引起消化道烧伤以至溃疡形成。严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、喉痉挛和声门水肿，肾损害、休克等。慢性影响有牙齿酸蚀症，慢性支气管炎，肺水肿和肝硬化。3.3 2-萘酚磺化反应磺化反应操作过程3.3.1 操作目的根据工艺规程，用98%硫酸与萘反应生成符合质量要求的2-萘磺酸，供水解、吹萘岗位用。3.3.2 操作指标表 3.1 加料表（一次作业投入量）名称浓度（%）折百重（kg）工业重（kg）体积（L）摩尔（Kmol）精萘9915681584165011.69硫酸98124412706901

14、1.96表 3.2 中控指标总酸度（%）24.028.0游离酸（%）6.08.03.3.3 操作步骤根据工艺规程，用98%硫酸与萘反应生成符合质量要求的2-萘磺酸，供水解、吹萘岗位用。(1)开车前准备工作检查清理所有设备、管道、阀件无滴渗漏现象。仪表、电器设备、传动装置等保持正常使用要求，备好岗位专用工具。开硫酸液下泵进酸于计量槽。磺化釜应无杂物，投料前应先开夹套导热油，预热烘干水份。调整磺化釜的各种阀门于正确位置。(2)正常手动操作方法开启精萘液下泵(或回收萘液下泵)，将熔融的萘打入萘计量槽，待回流时停泵，回流结束后开磺化进萘阀，全部加入磺化釜后，体积1650L。调整夹套导热油，使萘温升至1

15、35140，关闭导热油阀门，在搅拌运行的情况下1020分钟加酸完毕（根据生产经验，如加酸速度不作控制，加酸结束后釜温会升到155-160之间，不会发生超温现象）。加酸结束后再次打开导热油阀门，使物料温度升至161165，常压维持23小时。维持结束，关闭夹套导热油，停搅拌后测体积约22002400L，取样分析。产品合格，调整阀门，用蒸汽吹扫出料管道。待水解工段准备就绪，将物料压入水解工段，釜内压力0.15MPa，出料完毕调整阀门，检查釜内应无余料。操作台时、异常情况、分析数据应及时填入记录本。(3)停工方法按车间停工指令，停止投料，釜内不应存放物料。如需洗釜，先向釜内加少量水，搅拌下洗釜，洗釜水

16、通过出料管压入水解釜，再按车间规定程序操作，最后套用于生产。如若长时间停工，酸、萘计量槽不允许存放原料。(4)“三停”情况处理方法若突然停导热油炉，应关闭导热油阀，停止加酸，待导热油正常后继续操作；已维持的物料则继续维持至终点。突然停电，关闭夹套导热油阀，停止所有操作，来电后再恢复操作，如维持的物料再继续维持至终点。磺化出料时遇停电、停导热油，应停止出料，用余压或余汽把物料吹扫干净，防止堵管而影响下一次操作。3.4 2-萘酚磺化反应磺化反应自控设计3.4.1 磺化自控方案的说明磺化反应采用98%的硫酸进行磺化，反应为常压反应，反应平稳、放热量小，设备上有一根常开DN80的废气管与回收萘系统连接

17、，反应过程中生成的水蒸发带走热量，根据几十年的生产经验，在精萘温度不超过140时加酸，加酸结束后温度不会超过160，加酸结束后还需开启导热油进行加热至反应需要的163-165。3.4.2 自控控制的原理及达到的目的(1)先向磺化釜内加入计量后的精萘1650L，开启导热油进油阀门（电动调节阀门）加热至釜内温度达到140 后，先自动切断导热油阀门，再打开加酸阀门DN50进行加酸（加酸为切断阀）；(2)加酸过程中如釜内温度达到160时会自动切断加酸阀门，（停止加酸温度即会下降，不会再往上升，故本系统从实际生产情况分析不需考虑紧急冷却系统）低于155时会再次打开加酸阀，直至规定的690L硫酸全部加入反

18、应釜内，(现加这一条安全措施也是进一步保证由于反应放热引发超温，因为生产几十年下来从没有发生过类似的超温现象)，硫酸由液位计量，到液位后人工手动给出一个切断信号关闭加酸阀门；(3)加酸结束后再打开导热油阀门升温至165开始维持，导热油进油阀（电动调节阀门）会自动调温至反应需要的163-165，维持2.5小时（维持时间可调节），到达定的维持时间后，自动关闭进油阀门，给出一个维持终止信号，通知操作工出料。（165时系统为黄色报警、168时为红色报警，系统自动切断阀门）(4)该反应需设有温度报警，设有搅拌联锁，当反应釜内温度超过165时，现场会声光报警，搅拌通过电流信号来控制，搅拌电流与加酸阀门、导

19、热油阀门联锁（即没有搅拌就不让加酸和加温），如遇突然停电等异常情况时，系统会自动切断加酸阀门和导热油加热阀门，发生萘泄事故系统同时也会发生联锁系统，防止引发事故。(5)安全泄放系统，因本磺化工艺为常压反应，反应过程中始终有一根DN80废气管通至萘回收塔，现进一步在原釜的预留孔上再加一个DN80的防爆片直通室外，起破压力为0.2MPa。(6)精萘泄露监控报警系统，在磺化工段设有精萘可燃系统的报警系统与磺化反应系统联锁。3.4.3 自动控制选型及安装注意事项(1)磺化工段为防爆工段，所有现场仪表、切断阀、调节阀均需要防爆。(2)磺化操作室在防爆区域内要做防爆门斗，并要用风机引入新风进行正压保护。第

20、四章 2-萘酚的磺化反应的安全控制4.1 存在的安全问题磺化反应过程中具有易燃、易爆、有毒等物质，具有高温、高压设备，工艺较复杂，工艺过程存在的主要危险有害因素为：火灾爆炸、容器爆炸、中毒和窒息等16。4.1.1 火灾爆炸磺化反应过程中的萘属易燃易爆物质，易挥发且易燃。当这些物质与空气的混合达到一定浓度并遇到火源后，就有燃烧爆炸危险。同时，浓硫酸也是反应物之一，具有强腐蚀性。首先，在磺化反应前的萘精制过程中，主要存在以下几方面的安全隐患17：第一，萘可燃，遇明火，高热可燃。燃烧时放出有毒的刺激性烟雾。粉体与空气可形成爆炸性混合物，当达到一定的浓度时，遇火星会发生爆炸。生产过程中，因管道破损、泄

21、漏，遇明火、高热等，可能发生火灾、爆炸事故。第二，萘结晶过程中，结晶箱存在缺陷、阀门损坏、非法操作等导致熔融萘泄漏，遇激发能源，可能发生火灾爆炸事故。萘结晶过程中，系统不密封、密封不严、非法操作等导致高温萘蒸气泄漏，与空气形成爆炸性混合物，遇激发能源，可能发生火灾爆炸事故。第三，投萘时，若产生静电，遇萘蒸汽达到爆炸极限，则会产生爆炸。其次，在2-萘酚磺化反应过程中，正是由于磺化反应温度较高，初期温度在130135，磺化温度在150168，高温下萘大量挥发，如因磺化釜不密封、密封不严、搅拌轴封泄漏等导致高温萘蒸气泄漏，与空气形成爆炸性混合物，遇激发能源，可能发生火灾爆炸事故。磺化反应为放热反应，

22、且反应温度较高，如冷却不足，投料过快，导热油阀门损坏、仪表失灵及设备存在缺陷，导致反应釜超温、超压，可能发生火灾爆炸事故。4.1.2 容器爆炸存在容器爆炸安全隐患的主要有以下三个方面18：第一，压力容器在使用过程中安全附件损坏，有发生容器爆炸的危险。第二，在工业萘精制过程中，由于是加热结晶过程，可能使得萘蒸发，产生萘蒸气，同时管道结晶堵塞，使得结晶箱内超压而发生容器爆炸。第三，2-萘酚磺化反应过程中，正是由于磺化反应需要的温度较高，初期温度在130135，磺化温度在150168，在高温下萘大量挥发，磺化反应主要表现为放热反应，并且反应温度较高，如冷却不足，投料过快，导热油阀门损坏、仪表失灵及设

23、备存在缺陷，导致反应釜超温造成超过控制压力，可能发生容器爆炸事故。4.1.3 中毒、窒息在2-萘酚磺化反应过程中，由于使用物质萘和98%硫酸在高温条件下，反应生成2-萘磺酸，然而由于在温度没有达到反应所需温度时，就会生成少量的萘二磺酸及其转位产物，由于硫酸的氧化作用而析出二氧化硫气体，而产生物二氧化硫等均为毒物质。当出现管路、阀门、法兰等可能因腐蚀或安装等方面的原因，造成有毒物质泄漏，均会导致现场人员中毒事故的发生。另外，萘遇明火、高热易燃。燃烧时放出有毒的刺激性烟雾，人员不慎吸入，可能引起中毒。在磺化反应中生成的2-萘磺酸物质在受高热时就会分解产生有毒的硫化物烟气，人员不慎吸入引起中毒；亚硫

24、酸钠受高热分解产生有毒的硫化物烟气，人员不慎吸入可导致中毒；同时，2-萘酚对人体有刺激作用，能通过皮肤接触和呼吸进入人体发生中毒19。4.1.4 化学灼伤在2-萘酚生产制备过程当中，如磺化反应等过程中通常要使用的高浓度的硫酸、氢氧化钠等具有强烈的腐蚀性，所以对设备的材质和密封要求很高。操作人员一旦接触到这些物料，就会造成比较严重的化学灼伤。在硫酸、烧碱输送或装车过程中，硫酸、烧碱泵、管道、阀门、法兰等处有可能发生泄漏，喷溅到人的身上会造成化学性灼烫伤害。4.2 采取的安全防范措施安全控制重在提前预防，在今后的生产过程中，我们应该着重以下几个方面：第一，对精萘装置采用露天设计，防止萘蒸汽积聚。第

25、二，对磺化反应中散发可燃气体的生产岗位，采用加强通风减少可燃气体浓度的措施，安装了防爆型的轴流风机。第三，在有防爆要求的区域，所有电器设备以及线路均采用防爆型的级别和组别。第四，对于散发可燃气体的部位装有可燃气体监测探头，采用24小时监控。第五，所有设备均应该采用防静电措施，设备、管道配备防静电接地装置，涉及易燃物萘的管道法兰用铝片跨接。第六，健全消防水系统、灭火器、消防沙、消防桶、消防锹等设施。第七，制定并严格执行动火管理制度和禁烟管理制度，控制点火源。第八，操作人员及设备维修人员定期对生产设备进行巡检，防止液体跑冒滴漏20。4.3 采取的安全管理措施在完善安全防范措施的基础上，还需要进一步

26、建立健全生产反应过程中的安全管理措施：第一，应该设立相应地安全管理机构安全部，配备专职安全管理人员，且均取得危险化学品生产单位安全生产管理人员资格证，生产部门还应该设置几名兼职安全员。第二，制定化学生产安全管理规章制度，编制岗位安全操作规程，定期对职工进行考核。第三，划分生产企业卫生责任区，将各区域的卫生负责人明确到个人，切实加强职工工作、生活环境的卫生工作。第四，生产企业还应该制定对应地事故应急救援预案，并组织职工参加安全控制的演练。第五章 结束语近年来，我国2-萘酚需求旺盛，价格呈上涨之势，但生产工艺亟待改进。目前，2-萘酚工业合成路线主要是蔡磺化碱溶法，为间歇生产，劳动条件差，且腐蚀和环

27、境污染较严重。其生产企业普遍存在设备开工不足，工艺落后，规模较小，三废排放量大，环境污染严重等问题。其中，在制备2-萘酚过程中，用98%硫酸与精萘进行的磺化反应不仅是整个制备过程中的第一步，而且也是整个制备过程中的关键阶段，如果对该阶段反应条件掌控不好的话，就会出现许多副产物，严重影响着产物的纯度以及后续步骤的进行，同时在磺化反应中还隐藏着诸多安全隐患因素。因此，本文重点研究制备2-萘酚过程中的磺化反应中存在的安全控制，不仅系统地总结了磺化反应中存在的安全问题，而且还分别从安全防范与安全管理控制两个角度提出相应地建议性措施，希望对2-萘酚的工业生产工艺贡献一定地借鉴性作用。随着世界各国环保意识

28、加强及环保法规日益严格，环境污染日趋受到关注。加大科研开发力度，研究环境友好、安全可靠的2-萘酚生产工艺，提高生产效益，做到可持续生产成为当务之急。12参考文献1 张水鹤.浅谈萘磺化衍生物的绿色生产和可持续发展J.染料与染色,2016,(03):27-28+31.2 张水鹤.浅谈萘磺化衍生物的绿色生产和可持续发展J.中国石油和化工标准与质量,2016,(04):23-25.3 李晔凌.形成性评价在环境艺术设计教学中的应用J.科学中国人,2015,(35):178-179.4 陈斯倩.多元化评价理念在高校艺术设计教学中的运用J.艺术科技,2015,(03):226.5 薛勇.多元化评价理念在高校艺术设计教学中的运用J.大舞台,2015,(01):22