第二章-化工反应过程安全技术讲课教案

化工(huàgōng)安全与环境保护

化工安全(ānquán)与环境保护

第一页，共65页。氧化(yǎnghuà)反应2还原(huányuán)反应3概述1第二章化学反应(huàxuéfǎnyìng)安全技术卤化反应4硝化反应5磺化反应6第二页，共65页。聚合反应(jùhéfǎnyìng)8裂解(lièjiě)反应9催化反应7第二章化学反应安全(ānquán)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第三页，共65页。学习化工(huàgōng)反应的概念和基本类型，熟悉影响化工(huàgōng)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(huàgōng)生产过程中化工(huàgōng)反应的危险产生，培养学生具有稳定化工(huàgōng)反应操作过程和控制安全生产的工作能力。知识目标教学(jiāoxué)目标第四页，共65页。第一节概述(ɡàishù)12化工反应(fǎnyìng)的危险性分类热反应的危险性程度(chéngdù)分类第五页，共65页。一、化工(huàgōng)反应的危险性分类①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；②放热的化工反应；③含有易燃物料且在高温、高压下运行的化工反应；④含有易燃物料且在低温(dīwēn)状况下运行的化工反应；⑤在爆炸极限内或接近爆炸极限的化工反应；⑥有可能形成尘雾爆炸性混合物的化工反应；⑦有高毒物料存在的化工反应；⑧高压或超高压的化工反应。第六页，共65页。二、热反应的危险性程度(chéngdù)分类1.第一类化工(huàgōng)过程（1）加氢（2）异构化（3）水解（4）磺化（5）中和第七页，共65页。二、热反应的危险性程度(chéngdù)分类2.第二类化工过程（1）烷基化（2）氧化（3）酯化（4）聚合(jùhé)（5）缩聚第八页，共65页。二、热反应的危险性程度(chéngdù)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(xiāohuà)反应，用硝基取代有机化合物中的氢原子。第九页，共65页。第二节氧化(yǎnghuà)反应12氧化(yǎnghuà)反应及反应特点氧化反应过程(guòchéng)安全控制技术3过氧化物的特点及安全技术第十页，共65页。一、氧化反应(fǎnyìng)及反应(fǎnyìng)特点①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。②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8～10倍。③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(mǐngǎn)，遇高温则爆炸。第十一页，共65页。二、氧化反应过程(guòchéng)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(hélǐ)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第十二页，共65页。二、氧化反应(fǎnyìng)过程安全控制技术表2-1氧化(yǎnghuà)物质的理化性质序号氧化反应易燃介质爆炸极限备注空气氮气1乙烯氧化制取环氧乙烷乙烯3%～29%环氧乙烷3.0%～100%2甲苯氧化制取苯甲酸甲苯1.2%～7%3甲醇氧化制取甲醛甲醇6%～36.5%第十三页，共65页。三、过氧化物的特点(tèdiǎn)及安全技术1.过氧化物(ɡuòyǎnɡhuàwù)的特点2.有机过氧化物(ɡuòyǎnɡhuàwù)的分类3.过氧化合物的安全控制技术①过氧化物(ɡuòyǎnɡhuàwù)的易燃易爆性质的影响因素②活性添加料。③溶剂。④过氧化氢溶液和固体过氧化物(ɡuòyǎnɡhuàwù)贮存和运输。第十四页，共65页。第三节还原(huányuán)反应12还原(huányuán)反应及其特点危险性大的还原反应(fǎnyìng)及其安全技术第十五页，共65页。一、还原(huányuán)反应及其特点还原反应种类很多，有些还原反应会产生(chǎnshēng)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。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。第十六页，共65页。二、危险性大的还原反应(fǎnyìng)及其安全技术1.金属还原(huányuán)反应：金属和酸作用生成盐和氢，起还原(huányuán)作用。2.催化加氢还原(huányuán)：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(huányuán)反应。3.其他还原(huányuán)反应：还原(huányuán)反应中常用还原(huányuán)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。第十七页，共65页。第四节卤化(lǔhuà)反应12氯化反应(fǎnyìng)氟化反应(fǎnyìng)3溴化反应和碘化反应第十八页，共65页。一、氯化反应(fǎnyìng)1.常用(chánɡyònɡ)氯化方法①热氯化法。②光氯化。③催化氯化法。④氧氯化法。2.氯化反应安全技术要点（1）氯气的安全使用（2）氯化反应过程的安全第十九页，共65页。二、氟化反应(fǎnyìng)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(jùliè)，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。第二十页，共65页。三、溴化反应(fǎnyìng)和碘化反应(fǎnyìng)反应类似(lèisì)氯化，但反应条件要缓和得多。第二十一页，共65页。第五节硝化(xiāohuà)反应12硝化反应(fǎnyìng)的危险性分析混酸配制(pèizhì)的安全技术34硝化器的安全技术硝化过程的安全技术第二十二页，共65页。一、硝化(xiāohuà)反应的危险性分析硝化剂是强氧化剂，硝化反应(fǎnyìng)是放热反应(fǎnyìng)，温度越高，硝化反应(fǎnyìng)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(fǎnyìng)器要有良好的冷却和搅拌，不得中途停水断电及搅拌系统发生故障。第二十三页，共65页。二、混酸配制(pèizhì)的安全技术①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(lěngquè)。②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。③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。第二十四页，共65页。二、混酸配制(pèizhì)的安全技术④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。⑤硝化反应的腐蚀性很强，要注意设备及管道的防腐性能，以防渗漏。⑥硝化反应器设有泄漏管和紧急排放系统，一旦(yīdàn)温度失控，紧急排放到安全地点。第二十五页，共65页。三、硝化(xiāohuà)器的安全技术搅拌式反应(fǎnyìng)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(fǎnyìng)。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。第二十六页，共65页。四、硝化(xiāohuà)过程的安全技术1.硝化反应温度控制(kòngzhì)2.防氧化控制(kòngzhì)操作3.硝化反应过程控制(kòngzhì)技术4.进料操作控制(kòngzhì)技术5.出料操作控制(kòngzhì)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二十七页，共65页。第六节磺化反应(fǎnyìng)12磺化反应(fǎnyìng)及其特点磺化反应过程(guòchéng)的危险性分析第二十八页，共65页。一、磺化反应(fǎnyìng)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(sānyǎnɡhuàliú)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。第二十九页，共65页。二、磺化反应(fǎnyìng)过程的危险性分析①三氧化硫是氧化剂，遇到比硝基苯易燃的物质时会很快引起着火。②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。③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(wēndù)升高，使磺化反应变为燃烧反应，会引起燃烧或爆炸事故。第三十页，共65页。第七节催化反应12催化反应的危险性分析及安全(ānquán)技术催化重整(cuīhuàzhònɡzhěnɡ)过程的安全技术3催化加氢过程的安全(ānquán)技术第三十一页，共65页。第七节催化反应可按如下方法选择催化剂的类型①生产过程中产生水汽的，一般采用具有碱性(jiǎnxìnɡ)，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。②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。第三十二页，共65页。第七节催化反应③反应过程中产生硫化氢的，一般采用盐基、卤素(lǔsù)、碳酸盐、氧化物等。④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。第三十三页，共65页。一、催化反应的危险性分析(fēnxī)及安全技术催化反应又分为单相反应和多相反应两种。单相反应是在气态下或液态下进行(jìnxíng)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。第三十四页，共65页。二、催化重整过程的安全(ānquán)技术①在加热、加压和催化作用下进行(jìnxíng)汽油馏分重整，叫催化重整。②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。③催化重整反应器有催化剂引出管和热电偶管等附属部件。第三十五页，共65页。二、催化重整(cuīhuàzhònɡzhěnɡ)过程的安全技术④在催化重整过程中，加氢的反应需要大量的反应热。⑤催化重整装置中，安全警报应用(yìngyòng)较普遍，对于重要工艺参数，温度、流量、压力、液位等都有报警。⑥重整循环氢和重整进料量，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。第三十六页，共65页。三、催化加氢过程(guòchéng)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(chéngpǐn)（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。第三十七页，共65页。第八节聚合反应(jùhéfǎnyìng)12聚合反应的分类及不安全(ānquán)因素分析聚合反应的危险性分析及安全(ānquán)技术34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第三十八页，共65页。一、聚合反应的分类(fēnlèi)及不安全因素分析1.本体聚合(jùhé)2.悬浮聚合(jùhé)3.溶液聚合(jùhé)4.乳液聚合(jùhé)5.缩合聚合(jùhé)第三十九页，共65页。二、聚合反应的危险性分析及安全(ānquán)技术①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。②聚合反应中加入的引发剂都是化学活泼(huópo)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。第四十页，共65页。二、聚合反应的危险性分析(fēnxī)及安全技术③如搅拌发生故障(gùzhàng)、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。第四十一页，共65页。三、高压下乙烯聚合(jùhé)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(yètǐ)，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。第四十二页，共65页。四、氯乙烯聚合的安全(ānquán)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(dāntǐ)外，还有分散剂、引发剂。第四十三页，共65页。五、丁二烯聚合(jùhé)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(wēixiǎn)物质。酒精和丁二烯与空气混合都能形成有爆炸危险(wēixiǎn)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。第四十四页，共65页。第九节裂解(lièjiě)反应12裂解反应(fǎnyìng)及其特点裂解反应过程(guòchéng)危险性分析及安全技术第四十五页，共65页。一、裂解(lièjiě)反应及其特点广义地说，凡是有机(yǒujī)化合物在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）。第四十六页，共65页。二、裂解反应过程危险性分析(fēnxī)

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(qítā)公用工程故障第四十七页，共65页。第十节电解(diànjiě)反应12电解反应(fǎnyìng)及其特点食盐(shíyán)电解生产工艺3食盐电解过程的危险性分析及安全技术第四十八页，共65页。一、电解反应(fǎnyìng)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(tèzhēng)是电能转变为电解产物蕴藏的化学能。第四十九页，共65页。二、食盐(shíyán)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(chǎnpǐn)。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。第五十页，共65页。三、食盐(shíyán)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+NH4Cl→4HCl+NCl3－54.7kcal2NCl3→N2+3Cl2+110kcal4.设备维护(wéihù)与保养5.建筑厂房安全技术3Cl2+NH4Cl→4HCl+NCl3－54.7kcal第五十一页，共65页。第十一节烷基化反应(fǎnyìng)12烷基化反应(fǎnyìng)烷基化反应(fǎnyìng)的危险性第五十二页，共65页。一、烷基化反应(fǎnyìng)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(lǔhuà)烃、醇等作烷基化剂。如苯胺和甲醇作用制取二甲基苯胺。第五十三页，共65页。二、烷基化反应(fǎnyìng)的危险性①被烷基化的物质大都具有燃烧、爆炸等危险。②烷基化剂一般(yībān)比被烷基化物质的燃烧危险性要大。③烷基化过程所用的催化剂反应活性强。④烷基化反应都是在加热条件下进行。⑤烷基化的产品也有一定的火灾危险。第五十四页，共65页。二、烷基化反应(fǎnyìng)的危险性表2-2烷基化反应物质(wùzhì)性质物质类别物质名称闪点/℃燃点/℃爆炸极限/％毒性腐蚀性备注原料苯115381.3～7有甲类液体苯胺701.3～4.2见光变色丙类液体烷基化剂丙烯4972.0～11.1麻醉易燃气体甲醇12.2473自6.0～36.5强甲类液体十二烯77220乙类液体第五十五页，共65页。二、烷基化反应(fǎnyìng)的危险性续上表(shànɡbiǎo)物质类别物质名称闪点/℃燃点/℃爆炸极限/％毒性腐蚀性备注催化剂三氯化铝遇水分解放热放出热和HCl气体能引爆强忌湿物品三氯化磷遇水或乙醇剧烈分解有毒有忌湿液体产品异丙苯35.54340.68～4.2中度乙类液体二甲基苯胺61371中度丙类液体烷基苯127丙类液体第五十六页，共65页。第十二节重氮化反应(fǎnyìng)12重氮化反应(fǎnyìng)重氮化反应的安全(ānquán)技术第五十七页，共65页。一、重氮化反应(fǎnyìng)重氮化是芳伯胺变