典型化学反应的危险性及基本安全技术.doc

典型化学反应的危险性及基本安全技术
在化工生产中不同的化学反应有不同的工艺条件，不同的化工过程有不同的操作规程。评价一套化工生产装置的危险性，不要单看它所加工的介质、中间产品、产品的性质和数量，还要看它所包涵的化学反应类型及化工过程和设备的操作特点。因此，化工安全技术与化工工艺是密不可分的。作为基础，本节首先讨论典型化学反应的危险性及其相关基本安全技术。
    一、氧化反应
    绝大多数氧化反应都是放热反应。这些反应很多是易燃易爆物质〔如甲烷、乙烯、甲醇、氨等〕与空气或氧气参加，其物料配比接近爆炸下限。倘假设配比及反应温度控制失掉，既能发生爆炸燃烧。某些氧化反应能生成危险性更大的过氧化物，它们化学稳定性极差，受高温、摩擦或撞击便会分解，引燃或爆炸。
    有些参加氧化反应物料的本身就是强氧化剂，如高锰酸钾、氯酸钾、铬酸酐、过氧化氢，它们的危险性极大，在与酸、有机物等作用时危险性就更大了。
    因此，在氧化反应中，一定要严格控制氧化剂的投料量〔即适当的投料比例〕，氧化剂的加料速度也不易郭凯。要有料号的搅搅和冷却装置，防止温升过快、过高。此外，要防止由于设备、物料含有的杂质而引起的不良副翻译你干，例如有些氧化剂遇金属杂质会引起分解。使用空气是一定要净化，除掉空气中的灰尘、水分和油污。
    当氧化反应过程以空气和氧为氧化剂是，反应物料配比应严格控制在爆炸范围以外。如乙炔氧化制环氧乙烷，乙烯在氧气中的爆炸下限为91%，及含氧量9%。反应系统中氧含量要严格控制在9%以下。其产物环氧乙烷在空气中的爆炸极限范围很宽，为3%--100%。其次，反应放出大量的热增加了反应体系的温度。在高温下，由乙烯、氧和环氧乙烷组成的循环气体具有更大的爆炸危险性。针对上述两个问题，工业上采纳加入惰性气体〔氮气、二氧化碳或甲烷等〕的方法，来改变循环气的成分，缩小混合气的爆炸极限，增加反应系统的安全性；其次，这些惰性气体具有较高的热熔，能效地带走部分反应热，增加反应系统的稳定性。
    这些惰性气体叫做致稳气体，致稳气体在反应中不消耗，可以循环使用。
    二、还原反应
    还原反应种类很多。虽然多数还原放映的反应过程比较缓和，但是许多还原反应会产生氢气或使用氢气，增加了反应火灾爆炸的危险性，从而使防火防爆问题特别；另外有些反应使用的还原剂和催化剂具有很大的燃烧和爆炸危险性，下面就不同状况作一介绍。
    1、利用初生态氢还原
    利用铁粉、锌粉等金属在酸、碱作用下生成初生态氢起还原作用。例如硝基苯在盐酸溶液中被铁粉还原成苯胺。
    在此反应中，铁粉和锌粉在潮湿空气中遇酸性气体是可能引起自燃，在存储时应特别注意。
    反应时酸、碱的浓度要控制适宜，浓度过高或过低均使产生初生态氢的量不稳定，使反应难以控制。反应温度也不易过高，否则容易突然产生大量氢气而造成冲料。反应过程中应注意搅拌效果，防止铁粉、锌粉下沉。一旦温度过高，底部金属颗粒动能加大，将加速反应，产生大量氢气而造成冲料。反应结束后，反应器内残渣中仍有铁粉、锌粉仍继续作用，不断放出氢气，很不安全，应将残渣放入室外储槽中，加冷水稀释，槽上加盖并设排气管一导出氢气。待金属粉消耗殆尽，再加碱中和。假设急于中和，则容易产生大量氢气并生成大量的热，将导致燃烧爆炸。
    2、在催化剂作用下加氢
    有机合成工业和油脂化学工业中，常用雷尼镍、钯碳等为催化剂使氢活化，然后加入有机物质分子中起还原反应，例如苯在催化作用下，经加氢气生成环乙烷。
    催化剂雷尼镍和钯碳在空气中吸潮后有自燃的危险。钯碳更易自燃，平常不能暴露在空气中，而要浸在酒精中储存。反应前必必须用氮气置换反应器中的全部空气，经测定证实含氧量降低到规定要求后，方可通入氢气。反应结束后应先用氮气把氢气置换掉，并以氮封储存。
    此外，无论是利用初生态氢还原，还是用催化加氢，都是在氢气存在下，并在加热加压下进行。氢气的爆炸极限为4%--75%，如果操作失误或设备泄露，都极易引起爆炸。操作中要严格控制温度、压力和流量。厂房的电气设备必必须符合防爆要求，且应采纳轻质屋顶，开设天窗或风帽，使氢气易于飘逸。尾气排放管管要高出房顶并设置阻火器。
    高温高压下的氢对金属有渗碳作用，易造成氢腐蚀，所以对设备和管道的选材要符合要求。对设备和管材要定期检测，以防事故。
    3、使用其他还原剂还原
    常用还原剂中火灾危险性大的有硼氢类、四氢化锂铝、氢化钠、保险粉〔连二亚硫酸钠〕，异丙醇铝等。
    常用的硼氢类还原剂为钾硼氢和钠硼氢。它们都是与水燃烧物质，在潮湿空气中能自燃，遇水和酸即分解放出大量的氢，同时产生大量的热，可使氢气燃爆。所以应储与密闭容器中，置于干燥处。钾硼氢通常溶解在液碱中比较安全。在生产中，调节酸、碱度时要特别注意防止加酸过多、过快。
    四氢化锂铝有合格的还原性，但遇潮湿空气、水和酸极易燃烧，应浸在煤油中存储。使用时应先将反应器用氮气置换干净，并在氮气保护下投料和反映。反应热应由油类冷却剂取走，不应用水，防止水漏入反应器内，发生爆炸。
    用氢化钠作还原剂与水、酸的反应与四氢化锂铝相似，它与甲醇、乙醇等反应也相当激烈，有燃烧爆炸的危险。
    保险粉是一种还原效果不错且较为安全的还原剂。它与水发热，在潮湿的空气中能分解析出黄色的硫磺蒸汽。硫磺蒸汽自燃点低，易自燃。使用时应在不断搅拌先，将保险粉缓缓溶于水中，待溶解后再投入反应器与物料反应。
    异丙醇铝常用语高几醇的还原，反应较温柔。但在制备异丙醇铝是须加热回流，将产生大量氢气和异丙醇蒸汽，如果铝片或催化剂三氯化铝的质量不佳，反应就不正常。往往先是不反应，温度升高后有突然反应，引起冲料，增加了燃烧爆炸的危险性。
    采纳还原性强而危险性又小的新型还原剂对安全生产很有意义。例如用硫代钠代替铁粉还原，可以避免氢气产生，同时也消除了铁泥堆积问题。
    三、硝化反应
    有机化合物分子中引入硝基〔-NO2〕取代氢原子而生成硝基化合物的反应，称为硝化。硝化反应时生产燃料、药物及某些炸药的重要反应。常用的硝化剂是浓硝酸或浓硝酸与浓硫酸的混合物〔俗称混酸〕。
    硝化反应使用硝酸作为硝化剂，浓硫酸为触媒，也有使用氧化氮气体做硝化剂的。一般的硝化反应是先把硝酸和硫酸配成混酸，然后在严格控制温度的条件下将混酸滴入反应器，进行硝化反应。制备混酸时，应先用水将浓硫酸适当稀释，稀释应在有搅搅和冷却状况下将浓硫酸缓缓加入水中，并控制温度。如温度升高过快，应停止加酸，否则易发生爆溅，引发危险。
    浓硫酸适当稀释后，在不断搅搅和冷却条件下加浓硝酸。应严格控制温度和酸的配比，直到充分搅拌均匀为止。配酸是要严防因温度猛升而冲料或爆炸。更不能把未通过稀释的浓硫酸与硝酸混合，因为浓硫酸猛烈汲取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，引起爆沸冲料或爆炸。浓硫酸稀释时，不可将水注入酸中，因为水的密度比浓硝酸小，上层的水被溶解放出的热量加热而沸腾，引起四处飞溅。
    配制成的混酸具有激烈的氧化性和腐蚀性，必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，硝化反应的腐蚀性很强，要注意设备及管道的防腐蚀性能，以防止渗漏。
    硝化反应时放热反应，温度越高，硝化反应速率越快，放出的热量越多，极易造成温度失控而爆炸。所以硝化反应器要有合格的冷却和搅拌，不得中途停水断电及搅拌系统发生故障。要有严格的温度控制系统及报警系统，遇有超温或搅拌故障，能自动报警并自动停止加料。反应物料不得有油脂、醋酐、甘油、醇类等有机杂质，含水也不能过高，否则易于酸反应，发生燃烧爆炸。