化工安全工程概论-物质性质、物化原理与安全

第二章物质性质、物化原理与安全

第一节化学物质及其危险概述

第二节易燃物质的性质和特征

第三节毒性物质的性质和特征

第四节反应物质的性质和特征

第五节压力系统热力学行为与危险性

第六节化学反应系统物化原理与安全

第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY化学危险物质(危险化学品)是指具有燃烧、爆炸、毒害、腐蚀等性质，以及在生产、贮存、装卸、运输等过程中易造成人身伤亡和财产损失的任何化学物质。第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY危险化学品分类1）爆炸品2）压缩气体和液化气体3）易燃液体4）易燃固体和自燃物品及遇湿易燃物品5）氧化剂和有机过氧化物6）有害物品和有毒感染性物品7）放射性物品8）腐蚀品危险化学品名录（2002版）.doc第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY化学物质的危险性：化学物质危险可划分为3个类别：1、物理危险（1）爆炸性危险释放能量的形式：热、光、声、振动等。危害形式：冲击波、火灾能引起爆炸的可燃物质：易燃气体；易燃液体的蒸气；可燃固体（包括一些金属的粉尘）。形成爆炸的三个要素：可燃物质；空气或任何其他助燃剂；火源或高于着火点的温度。第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY（2）氧化性危险氧化性是指物质或制剂与其他物质，特别是易燃物质接触产生强放热反应。氧化性物质可分为中性、碱性和酸性的3类。绝大多数氧化剂都是高毒性化合物。第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY（3）易燃性危险（可细分为3个危险类别）①极度易燃性：指闪点低于0℃、沸点低于或等于35℃的物质或制剂具有的特征。②高度易燃性：指无需能量，与常温空气接触就能变热起火的物质或制剂具有的特征。③易燃性：指闪点在21～55℃的液体物质或制剂具有的特征。第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY2、生物危险

（1）毒性危险（2）腐蚀性和刺激性危险（3）致癌性和致变性危险3.环境危险

水质污染和空气污染第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY第一节化学物质及其危险概述ZHENGZHOUUNIVERSITY化学物质的危险性危险类别物理危险生物危险环境危险危害对象热、光、声、振动等形式释放能量。造成物理性破坏。对生命体造成伤害。污染环境具体表现爆炸性、氧化性、易燃性危险毒性腐蚀和刺激性致癌和致变性水质污染、空气污染一．易燃物质的性质易燃物质的火灾等级与其以下性质有关：1）闪点2）着火点（燃点）3）自燃温度（自燃点）4）蒸气相对密度5）熔点6）沸点7）分子式8）爆炸范围9）蒸发潜热10）燃烧热第二节易燃物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY易燃物质的性质与危险分级

我国目前把可燃物质的火灾危险级别分为：甲、乙、丙、丁、戊五个级别。建筑设计防火规范2006版.doc第二节易燃物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY物质易燃性评估（P18）

1.气体易燃性评估

2.可燃液体易燃性评估

3.可燃固体易燃性评估第二节易燃物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY1、毒性物质的类别P18

按毒性物质的物理状态分为:

粉尘、烟尘、烟雾、蒸气、气体2、毒性物质的临界限度和致死剂量（1）临界限度（2）致死剂量（单位：mg/㎏）

1）最小致死剂量2）半致死剂量LD50

职业性接触毒物危害程度分级.doc工作场所有害因素职业接触限值.doc第三节毒性物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY一、化学物质的反应性能1、自燃性质了解6类自燃化合物P21

惰性气体保护。2、过氧化性质可过氧化的有机化合物的一般结构特征：含有对自氧化转变为过氧化氢基团敏感的氢原子。对过氧化反应敏感的典型结构P213、水敏性质

6类水敏性物质P22第四节反应物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY二、反应物质不稳定性结构因素和热力学表征1、物质不稳定性的结构因素表征潜在不稳定性的结构基团P22表2、物质不稳定性的热力学表征△G＝△H—T△S≈△H

放热：△H＜0第四节反应物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY三、反应物质的氧差额1、定义：P23

氧差额＝系统中(具有氧量)—(完全氧化需氧量)2、意义：用于判断化合物爆炸性分解的潜在可能性。对化合物，氧差额＝氧化性第四节反应物质的性质和特征ZHENGZHOUUNIVERSITY一、温度对蒸气压的影响掌握：温度对蒸汽压的影响及其带来的危险性。1、T↑→PS↑，蒸汽浓度提高2、空气中可燃物质的任何加热→T↑→易燃物挥发→可燃蒸汽→燃烧、爆炸。3、空气中有害物质T↑→毒物挥发→毒物蒸汽→毒性加强。4、过压问题：①超常（非常）吸热，（产生的热量大于传出热量）②化学反应，③故障或失误（满罐）。第五节压力系统热力学行为与危险性ZHENGZHOUUNIVERSITY二、相变化引起的体积变化

了解相变化引起的体积变化及带来的危险。1、蒸汽“爆炸”引起物料喷射。2、易燃或毒物在有限空间内汽化3、蒸汽冷凝或被吸收引起的内爆（塌陷）第五节压力系统热力学行为与危险性ZHENGZHOUUNIVERSITY三、不同物质蒸气和液体的密度了解蒸汽和液体的密度对安全性的影响。1、气体或蒸汽P27①密度大的，在低位扩散、聚集。②密度小的，空中扩散，漂浮爆炸云，也可在通风不良的装置、建筑物的高位区聚集；冷却、缔结、水合都能使密度变大而沉降。③热气向空中扩散。第五节压力系统热力学行为与危险性ZHENGZHOUUNIVERSITY2、液体的密度差异①非互溶液体在加工和贮存装置中分层。②密度较小的液体分布或聚集在较重液体之上。③两种非互溶液体混合时会有各自独立的特征蒸气压，总压为两液体的蒸气压之和；混合物的沸点一般远低于纯组分沸点。第五节压力系统热力学行为与危险性ZHENGZHOUUNIVERSITY一、化学反应动力学

从反应动力学出发分析反应的危险性。反应速率r=kCAaCBbk=A×exp(-E/RT)①反应温度（强放热反应）②均相反应的反应物浓度不同反应的反应速率与温度的关系：P28第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY二、反应物质的非互容性了解反应物质的毒性危险、反应危险、水敏性危险等非互容性质。见

表2-5、表2-6三、化学反应类型及其危险性了解各种化工反应的危险性。1、燃烧反应点火时应注意物质的爆炸或燃烧极限。燃烧速率控制：温度、氧化剂、燃料加入量。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY2、氧化反应与燃烧的差别在于反应受到控制，最终产物不一定是CO2和H2O。(甲醇氧化、氨氧化)氧化反应是强放热反应。常采用较低的反应物浓度或较低的反应温度。应特别注意的强氧化剂：高锰酸盐、次氯酸及其盐、亚氯酸钠、二氧化氯、所有的氯酸盐、所有的过氧化物、硝酸、四氧化氮、臭氧等。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY3、中和反应放热反应。注意加料速度；低浓度易控制。危险性较低。4、电解反应电解反应本身不存在反应危险。存在危险：①高电流强度②氰化物毒性③可燃气体和高氧化态产物生成的爆炸危险。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY5、复分解反应反应热较低，危险性小。6、煅烧反应吸热反应，极少危险。7、硝化反应硝化反应常伴有不需要的氧化反应，皆为强放热过程；硝化试剂是强氧化剂，硝化产物常具爆炸性，故危险性大。须严格控制硝化反应温度与反应物浓度。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY8、酯化反应一般酯化反应的速率都较慢，较少危险性。9、还原反应：无反应危险。10、氨化反应：反应危险性小。11、卤化反应：反应危险性大。强放热反应。爆炸范围宽。卤素具腐蚀性。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY12、磺化反应反应易受控制，危险性小。13、水解反应①无机水解反应需移走反应热以控制反应温度。②大多数有机水解反应缓慢，无反应危险。14、加氢反应放热，常需应用催化剂加速反应，一般易受控制。危险性主要在于高压氢的应用。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY15、烷基化反应一般中等放热，反应速率较慢，无反应危险。危险主要在于其强腐蚀性的催化剂，如氢氟酸、浓硫酸等。16、缩合反应放热反应，当反应物质粘度过大时搅拌及反应热的移出均较困难，可能酿成火险。一般分步进行，可控制。17、聚合反应反应迅速剧烈，常需注入阻聚剂中止或减缓反应。第六节化学反应系统物化原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY一、化学反应与热量传递注意传热面的结垢会降低传热效率。反应器内温度梯度问题。事故常见原因：放热反应的热生成速率与温度成指数律，而热传递速率则与冷却介质与物料间的温差成线性关系。第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY二、相平衡与组元分离1、蒸馏（1）易燃液体的蒸馏在常压下、真空下或压力下操作，存在着空气进入、排出的可能性，有危险性。（2）蒸馏操作的危险性再沸器、冷凝器的堵塞问题蒸馏塔应配置真空或压力释放设施。第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY2、吸收

为了安全操作，应注意：①控制溶剂的流量和组成；②在设计限度内控制入口气流，检测其组成；③控制出口气的组成；④选择适当的结构材料；⑤在进口气流速、组成、温度和压力的设计条件下操作；⑥避免潮气转移至出口气中。控制变量不正常时应能自动启动报警装置。第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY3、液液萃取包含相混合、相分离、泵输送及溶剂和溶质的回收等过程。溶剂常具易燃性，应注意防静电。4、结晶危险性极少。第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY三、相混合和相分离1、混合（1）液-液混合（2）气-液混合（3）固-液混合（4）固-固混合（5）气-气混合注意：①机械危险②易燃易爆介质③避免混入过硬的固体杂质第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY2、蒸发蒸发器应配置真空或压力释放设施。操作区内应有防火设施。热交换器和蒸发器注意除垢。3、干燥需要干燥的物质分类为：（1）爆燃爆炸性物质应采用爆炸品工业特定的预防措施。（2）加热时放热分解并能释放出大量气体的物质适用于真空或惰性气氛下的干燥。第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY（3）在空气中加热发生放热氧化的物质须正确选择操作条件，严格排除火源，采取适当防爆措施。（4）在空气中加热既不放热分解又不放热氧化的物质。当含有易燃溶剂或明火直接加热时才有危险。4、过滤和离心注意毒性物质、易燃溶剂等带来的危险。第七节化工操作原理与安全ZHENGZHOUUNIVERSITY四、物料的输送和机械加工1