化工工艺的热安全课件

1、第五章是化工过程热安全，5.0典型案例5.1基本概念5.2化工过程热平衡5.3失控反应5.4热风险评估，1。PPT学习交流，5.0典型案例，在包含2600千克反应材料的间歇反应器中完成合成反应后，获得熔融状态的中间产物。将中间产品置于90无搅拌装置的储存容器中，容器由热水循环系统加热，温度限制在100以下。在正常生产过程中，处于熔融状态的中间产品应立即转移到较小的容器中进行下游操作。在一个周五晚上，由于技术原因，转移操作失败，所以熔体将在整个周末储存在容器中。由于中间产品容易分解，工厂经理研究了产品稳定性的相关数据。测试结果表明，熔体在90以每天1%的速度分解。由于没有其他选择，工厂经理认为这

2、样的质量损失在可接受的范围内。另外，差示扫描量热谱表明，中间产物在200时有一个分解放热峰，分解热为800千焦/千克。它可以在星期五保存到星期一吗？2、PPT学习与沟通，经理的计算方法：如果每天的转换率为1%，放热率将是温度转换成绝热温升率后3天，t=90，0.2/h (24h 3)=104.4，需要(200-90)，0.224=23天才能升至200。3，PPT研究和沟通，实际结果：周一早上容器爆炸了！为什么？我们应该如何计算？我该怎么办？4，PPT学习与交流，范特霍夫定律：温度由10K升高，反应速度加倍！因此，100时的放热速率应为0.4/h.假设90 100之间的平均放热率为0.3/h，6

3、4小时，正确的处理方法是：将中间产物以熔融状态储存在搅拌容器中，检测并控制温度。此时，0.1J/(skg)的放热率可以容易地从容器中移除。5、PPT学习交流，经验教训，热失控反应可能导致严重后果；化工过程的热安全问题需要专业知识的正确评估；热力学分析和解决热安全问题需要严格的评估方法。6，PPT研究与交流，5.1基本概念，5.1.1反应热5.1.2热容量5.1.3绝热温升5.1.4压力效应蒸汽压，溶剂蒸发5.1.5反应速率，7，PPT研究与交流，5.1.1反应热，即随着反应过程释放的热值摩尔反应焓HR:kj/mol；比反应热：千焦/千克。它们之间的关系：反应物密度，kg/m3；C反应物浓度，m

4、ol/m3；比反应热是一个具有重要实用价值的安全相关参数，无需放大即可直接用于实际过程。8、PPT学习交流，反应焓的典型值，注意：一些不稳定物质的分解热大于一般反应热，但低于燃烧热。因为它的分解产物通常是不确定的，所以很难从标准生成焓来估算分解热。9、PPT研究与交流，重点监管的18种危险工艺，光气和光气化工艺，电解工艺(氯碱)，氯化工艺，氨合成工艺，裂解(裂解)工艺，氟化工艺，加氢工艺，重氮化工艺和氧化工艺，过氧化工艺胺化工艺磺化工艺聚合工艺烷基化工艺煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制乙二醇、煤制甲醇、甲醇制乙酸等新型煤化工工艺。均匀氮化过程，10，PPT研究与交换，5.1.2热容量，系统的

5、热容量Cp指系统温度上升1K时所需的能量，单位为j/k，常用的是比热容，单位为kJ/(kgK)。水的比热容相对较大，无机化合物的比热容相对较小，有机化合物的比热容适中。比热容在小的温度范围内可以视为常数，冷凝物的比热容随温度的变化相对较小。出于安全原因，比热容应该更低，建议它可以表示为，这是评估失控反应严重程度的通用标准。12，PPT研究与交流，5.1.4压力效应，克劳修斯-克拉佩隆定律)- HV蒸气压-Hv:摩尔蒸发焓的经验法则：温度每升高20k，蒸气压就会增加一倍。13，PPT学习和交流，5.1.4压力效应，溶剂蒸发溶剂蒸发是通过反应热(或分解热)(反应沸点)计算的。反应释放的一部分能量用

6、于将反应物加热到沸点，另一部分用于蒸发材料。蒸发可以根据反应温度和沸点之间的温差来计算。(低于沸点的反应)，无量纲，相当于蒸发分数，即每千克材料可蒸发的气体量。14，PPT学习与交流，5.1.5反应速率，单反应AP速率表达式根据凡特霍夫方程，温度每升高一10K，反应速率就加倍。复杂反应系列反应APS平行反应AP AS，15，PPT学习与交流，关系：反应热：决定系统危险的根源，危险的能源；比热容：它决定了系统的温升程度，或者是决定系统热稳定性的重要依据；绝热温升：反映系统变化的重要参数和系统不稳定性的重要指标；压力效应：决定系统退化程度的直接因素取决于温度和系统中气态物质的数量。反应速度：受温度

7、影响，决定系统破坏的强度。16，PPT学习与交流，5.2化学过程热平衡，热平衡项：Qrx排热引起的对流换热Qex物料流，显热Qfd搅拌装置Qs热损失Qloss由fd进料引起的热积累可表示为：QAC=QRXQS-QEX-Qex，fd-QFD-QLOSS，17，PPT学习交流， 排热，物料流动引起的对流换热，进料引起的显热， 19，PPT学会交流，。 工业容器和实验室设备的典型热损失，20，PPT学习和交流，实验室三瓶实验：加热，工业反应器生产：传热，21，PPT学习和交流，热平衡问题可表示为Qac=qrxqsQexQex，FD-QFD-qloss，简化为Qac=Qrx- Qex，粘度小，0反应温

8、度为出料温度，0，原料预热至反应温度，0，保温措施，0，加热正常合成反应温度、最高合成反应温度、最终温度、23、PPT学习交换、5.3失控反应、全混流反应器零、24、PPT研究和通信、5.4热风险评估、25、PPT研究和通信、5.4.1临界温度TC、CRIT -反应系统中冷却介质允许的最高温度、零级反应、26、PPT研究和通信。 5.4.2绝热温升TAD 绝热条件下的放热反应反应物完全转化过程中释放的热量导致物料温度升高，27，PPT学习交换，5.4.3冷却失败后合成反应的最高温度MTSR，5.4.4二次反应后的最高温度，趋势=mtsr tad，d，5.4.5热爆炸的时间范围，TMRad，以及

9、未转化反应物的累积程度： 非回归时间，28，PPT学习交换，5.4.6失控反应的严重程度，5.4.7失控反应的可能性，29，PPT学习交换，例如：在1m3高压釜中，在10兆帕的均匀最大工作压力下，氯化芳香族化合物转化为相应的苯胺化合物，反应过程中使用氨水(大大超过化学计量比(41)，反应温度为180，停留时间为8h，反应转化率达到90%。反应方程式如下：Ar-Cl 2NH3 Ar-NH2 NH4Cl反应器：315千克氯化芳香族化合物(约2千摩尔)和453千克30%氨水(约8摩尔)。两种反应物均在室温下进料，然后将反应器加热至180并在恒温下保持12小时。基础数据：反应焓变化：H=175kJ/m

10、ol(包括中和反应)反应物料比热容：CP=3200J/(kgK)最终反应物料分解热：QD=840 kJ/kg；分解反应温度TMRad为24h:TD24=280；请评估此过程中失控反应的风险。30、PPT研究和交换工作时，氢化酮物质以浓度为0.1摩尔/升的30水溶液获得相应的醇，反应器压力为2巴(表压)，为了防止超压破坏，反应器装有安全阀，设定压力为3.2巴(表压)，且分子中没有其他官能团。已知反应焓为200kJ/mol，反应物的比热容为3.6kJ/(kgK)。我想问：(1)氢化反应失控的风险。(2)此反应中还存在哪些其他风险？(注：对于安全阀开启后的氢气泄漏，近似估算方法是每20乘以压力。不要

11、跳过去防止其他因素泄漏！)，31、PPT研究与交换，认为：将某芳烃磺化、硝化制备染料，反应后，用水稀释硫酸沉淀产物。如果在绝热条件下进行稀释，并且最终温度达到80，则温度迅速降低到20，以防止分解反应发生。研究表明，80时的热释放速率为10W/kg，总热为800kJ/kg，比热容为2.0kJ/(kgK)。问题：(1)一旦冷却失败，评估操作的严重性。(2)评估事故发生的可能性(提示：根据TMR计算中的凡特霍夫定律，当活化能上升10时，热释放速率加倍)(3)如果采取紧急措施，这些措施应实施多长时间？(提示：TNR计算)，32，PPT学习和沟通，TMR推导过程，单位时间放热=单位时间吸热温升Q dt

12、=VCp dT dT/dt=Q/(VCp)假设：不同温度下反应焓相同，则Q0=k0exp(-e/rT0)vhq=k0exp(-e/rt)vh由/获得，33，PPT学习沟通，如果t0和t接近，则1河北省赵县可儿化工厂爆炸事故PPT学习交流第六章过程安全管理第三十六讲2012年2月28日9时04分，位于石家庄市赵县的河北可儿化工有限公司发生重大爆炸事故，造成25人死亡，4人失踪，46人受伤，直接经济损失4459万元。6.0典型案例，37，PPT学习交流，直接原因：克尔公司员工不具备化工生产专业技能，某车间任意将导热油加热器出口温度设定上限从215提高到255，使反应釜内物料温度接近硝酸胍爆燃点(2

13、70)。1号反应器底部保温放料球阀伴热和导热油软管连接处泄漏着火后，值班人员处理不当，外部火源导致反应器底部温度升高，局部热量积聚，达到硝酸胍爆燃点，导致反应器内反应产物硝酸胍和未反应的硝酸铵迅速分解爆炸。1号反应釜爆炸产生的高强度冲击波和高温高速飞行的金属碎片瞬间引爆堆积在1号反应釜附近的硝酸胍，造成二次爆炸和强烈爆炸。、38、PPT研究和沟通、间接原因、39、PPT研究和沟通、间接原因、40、PPT研究和沟通、41、PPT研究和沟通、6.1过程安全信息和机械完整性、6.2安全检查、审查和变更管理、6.3工作许可和操作程序、6.4培训和所有员工参与、42、PPT研究和沟通、6.1过程安全信息

14、和机械完整性、热稳定性和化学稳定性反应特性腐蚀数据、化学安全技术规范GB16483编制规定主要参数安全运行范围内异常工况的风险评估，物料平衡表和能量平衡表的安全系统，是通风系统设计和设计的标准规范，工艺安全信息，43，PPT研究和交换，44，PPT研究和交换，符合设计规范：材料、尺寸、连接形式、装配质量、安装位置、连接器、气密性等。关键设备清单、检查频率、维护程序、记录等。人员资质、设备合格证、附件的采购、验收、储存和使用要求、安全阀、截止阀、爆破片状态要求、检验程序等。并了解工艺系统的基本情况；掌握操作程序；资格和技能培训；实施工艺培训、设备隔离、清洁、拆除后的处理、环保要求等。45、PPT

15、学习与交流、6.2安全检查、评审与变更管理、46、PPT学习与交流、合规性评审，国外公司通常开展过程安全管理合规性评审，评审范围包括：公司的政策法规；工厂类型(生产、加工、储存、运营或其他类型)；工厂的地理位置；装置或设施的所有过程安全管理要素(所有这些都要接受审查)；中国有类似的可行性研究报告审查、项目立项审查、安全预评价(立项评估)、验收评估和安全设施设计审查(安全专篇)的“三同时”审查制度：生产经营单位新建、改建、扩建项目的安全设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。47、PPT学习与沟通、变更管理、48、PPT学习与沟通、变更程序、文件和图纸更新、竣工确认、河北可儿化工擅自

16、变更流程、未执行变更管理程序，最终导致灾难！49，PPT学习和交流，6.3工作许可和操作程序。在PSM中，这些要素指的是“动火作业许可”，中国实行更严格的八项作业许可制度。50，PPT学习和交流，动火作业安全许可，动火作业：除了工艺设置以外的可直接或间接产生明火的非常规作业，如电焊、气焊(切割)、喷灯、电钻、砂轮和其他可能产生火焰、火花和热表面的非常规作业。化学品生产单位动火作业安全规程 (AQ 3022-2008)，51，PPT研究与交流，热点工作的典型案例。一年10月27日，大庆石化总厂工程公司在大庆石化公司炼油厂64万吨/年酸性水汽提装置V403原料水罐顶部切割DN200排气管线时，引爆了V402罐泄漏的爆炸性混合气体，造成重大爆炸事故。爆炸造成两人当场死亡，五人失踪。10月29日13: 00，在V402坦克中发现