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1、化工安全化工单元操作安全技术青岛理工大学青岛理工大学 张启波张启波前 言 一、化工生产过程与单元操作一、化工生产过程与单元操作 化学工业将自然界的各种物质如（煤、石油、海水等）农作物如（玉米、甘薯等）经过物理和化学方法的加工制备成为各种生产资料（乙烯、合成橡胶、塑料等），各种生活资料（医药产品、化妆用品、衣物等）这些将原料从产品制备成为成品的生产工序就称为化工生产过程。就称为化工生产过程。 一般情况下，化工生产过程大体上可以分为三一般情况下，化工生产过程大体上可以分为三个基本部分，个基本部分，原料的预处理原料的预处理、反应反应、产品的分离产品的分离。高压聚乙烯、混合芳烃分离生产流程示意图的比高
2、压聚乙烯、混合芳烃分离生产流程示意图的比较较比较结论：比较结论：1、具有相似、具有相似的单元操作过的单元操作过程程吸收、吸收、流体输送、传流体输送、传热、分离；热、分离；2、生产过程、生产过程多由物理加工多由物理加工过程组成；过程组成；高压聚乙烯合成高压聚乙烯合成前 言 一、化工生产过程与单元操作一、化工生产过程与单元操作 各种化工生产过程都是由化学反应与物理生产过程串各种化工生产过程都是由化学反应与物理生产过程串联而成的，线框中各种物理操作都是基本的化工生产过程，联而成的，线框中各种物理操作都是基本的化工生产过程，因此因此将以物理过程为主的处理方法概括为具有共同物理变将以物理过程为主的处理方
3、法概括为具有共同物理变化特点的基本操作，称为化工单元操作。化特点的基本操作，称为化工单元操作。前 言 一、化工生产过程与单元操作一、化工生产过程与单元操作单元操作分五类单元操作分五类 流体流动过程的操作： 流体的输送、搅拌、沉降、过滤 传热过程操作： 热交换、蒸发、冷凝 传质过程操作： 蒸馏、吸收、干燥、膜分离、萃取、结晶 热力过程: 冷冻 机械过程: 固体输送、粉碎第一节 物料输送第二节 熔融和干燥第三节 蒸发和蒸馏第四节 加热第五节 冷却、冷凝和冷冻第六节 筛分和过滤第七节 粉碎和混合目 录第一节第一节 物物 料料 输输 送送 在工业生产过程中，经常需要将各种原材料、中间体、产品以及副产品
4、和废弃物，由前一个工序输往后一个工序，由一个车间输往另一个车间，或输往储运地点，这些输送过程就是物料输送。第一节第一节 物料输送物料输送 固体物料的输送方式： 1）采用皮带输送机、螺旋输送器、刮板输送机、链斗输送机、斗式提升机等机械输送设备； 2）采用气力输送（风送）形式。 3）有的还可以利用位差采用密闭溜槽等简单方式进行输送。 一、固体物料的输送一、固体物料的输送 1. 1.皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备 这类输送设备连续往返运动，可连续加料，连续卸载。在运行中除除设备本身会发生事故以外，还会造在运行中除除设备本身会发生事故以外，还会
5、造成人身伤害成人身伤害。 传动方式：皮带传动、齿轮传动。 存在的主要风险存在的主要风险： 机械伤害：皮带同皮带接触部位，齿轮与齿轮、齿条、链带相啮合的部位及它的端面均是极其危险的部位，可能因操作者操作方式或位置不对，造成断肢伤害甚至危及生命安全，这些部位应安装防护罩。一、固体物料的输送一、固体物料的输送 1. 1.皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备 存在的主要风险存在的主要风险： 运行负荷过载，卡料或设备缺陷等原因而拉断链条、链板，甚至拉毁整个输送设备机架，造成机毁人亡事故。如斗式提升机应有因链拉断而坠落。 运行过程中，因装料过满落料也可造
6、成伤害事件发生 输送设备应设有预防故障、事故发生自动停车和就地手动事故按钮停车系统，为保证输送设备安全，应安装超负荷、超行程停车装置，紧急事故停车开关应设在操作者经常停留的部位。 一、固体物料的输送一、固体物料的输送 1. 1.皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备皮带、刮板、链斗、螺旋、斗式提升机等输送设备 存在的主要风险存在的主要风险： 输送设备的日常维护（润滑、加油和清扫）中，因未制定严格的作业规程或违章操作，导致触电或机械伤害事故发生，是机械设备导致操作者致伤的主要环节。 因此，减少这类工作次数就可以减少操作者发生危险的概率，安装自动注油和清扫装置，否则应一律停车处理。停车检修，
7、开关应上锁或撤掉电源停车检修，开关应上锁或撤掉电源。一、固体物料的输送一、固体物料的输送 2. 2. 气力（流）输送气力（流）输送 气力输送又称风力输送，它主要凭借真空泵或风机产生的气流动力以实现物料输送。 分四种类型：吸送式系统；压送式系统；封闭循环系统；特殊式系统。最常见的是吸送式和压送式系统。 （1 1）吸送式系统）吸送式系统。也称为负压输送，风机 或真空泵安装在系统的尾部，靠形成的吸力将空气与物料一起吸入，经分离器将物料与空气分离，由分离器底部排 出，空气则由 除尘器净化后排入大气或循 环使用。 特点：具有输送量大、动力消耗小、防尘效果好、系统紧凑、工作可靠和磨损小等优点。宜于输送干燥
8、、松散、流动性好的粉状物料。一、固体物料的输送一、固体物料的输送 （2 2）压送式系统）压送式系统。风机是装在系统的前端，风机启动后，管道压力高于大气压，从料斗下来的物料通过喉管与空气混合送至分离器，被分离出的物料经卸料器卸出，空气经除尘器净化后排入大气。 特 点：气力输送系统密封性好、物料损失少、构造简单、操作简便，易实现自动化且输送距离远（达数百米），但能量消耗大、管道磨损大，不适于输送湿度大、易黏结的物料。一、固体物料的输送一、固体物料的输送 气力输送系统除设备本身因故障损坏外，最大的风险是系统的堵塞和由静电引起的粉尘爆炸。 1）堵塞。 易发生堵塞的情况：黏性或湿度过高的物料较易在供料处
9、、转弯处粘附管壁最终造成堵塞，悬浮速度高的物料比悬浮速度低的物料较易沉淀堵塞；管道连结不同心，有错偏或焊渣突起等障碍处易堵塞；大管径长距离输送管比小管径短距离输送管，更易发生堵塞；输料管径突然扩大，物料在输送状态中突然停车易造成堵塞。 易堵塞的部位：弯管和供料处附近的加速段，由水平向垂直过渡的弯管也易堵塞。一、固体物料的输送 为避免堵塞，设计时应确定合适的输送速度，以及选择管系的合理结构和布置形式，应尽量减少弯管，尤其要少用由水平向垂直过渡的弯管，严禁两个弯管直接连接。 气力输送系统应保持良好的严密性，否则，吸送式系统的漏风会导致管道堵塞，而压送式系统漏风，会将物料带出污染环境。一、固体物料的
10、输送一、固体物料的输送 2 2）静电）静电。粉料在气力输送中，因管壁摩擦而使系统产生静电，这是导致粉尘爆炸的重要原因之一。 采取的措施包括： 管道应选用导电性材料，并应有良好的接地； 应对粉料的粒度、形状、物料与输送管道材料的匹配，管道直径大小问题等进行试验，优选产生静电小的进行配置； 输送管道直径要尽量大些，管路弯曲和变径应缓慢，弯曲和变径处要少，管内壁应平滑、不要装设网格之类的部件； 输送速度不应超过规定风速值，输送量不应有急剧的变化； 粉料不要堆积管内，要定期使用空气进行清扫。 一、固体物料的输送一、固体物料的输送 由于化工生产中输送的液体物料种类繁多、性质各异（有高黏性溶液、悬浮液、腐
11、蚀液、腐蚀性溶液等），且温度、压强又有高低之分，因此所需要泵的种类较多。 输送方式：往复泵、离心泵、旋转泵、流体作用泵等四类。 二、二、液体物料的输送液体物料的输送 1.往复泵。往复泵主要是由泵体、活塞（或活柱）和两个单向活门构成，依靠活塞的往复运动将外能以静压力形式直接传给液态物料，借以输送。 往复泵开动前，需对各种运动部件进行检查，观其活塞、缸套是否磨损，吸液管上的垫片是否适合法兰大小，以防泄漏，各注油处应适当加润滑油。 开车时，将泵体内壳充满水，排出缸中空气，若出口装有阀门，必须将出口阀门打开。（为什么要保持出口畅通） 往复泵等正位移泵严禁用出口阀门调节流量。二、二、液体物料的输送液体物
12、料的输送- - 往复泵往复泵 2、旋转泵。旋转泵通往复泵一样，同属于正位移泵，同往复泵的主要区别是泵中没有活门，只有在泵中旋转着的转子，它就是依靠旋转时排送液体，流出空间形成低压将液体连续吸入和排出。 常见的旋转泵有：齿轮泵、转子泵、螺杆（旋泵）、偏心旋转泵和叶片泵等。 因为旋转泵属于正位移泵，故流量不能用出口管路上的阀门进行调解，而用改变转子转速或装回流支路调节流量。 旋转泵结构简单、紧凑，操作可靠，管理和使用方便，且转速较高可与电动机直接相连，因此常用于化工生产。二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 旋转泵旋转泵 3、离心泵。 离心泵将机械能通过泵体内高速旋转的叶片给液体以动能，再由
13、动能转化成静压能，然后排出泵外。 由于离心力量的作用，使叶轮通道内的液体被排除，此时叶轮进口处呈负压，液体则被吸入。这样，液体可源源不断地被吸入和送出，而且不需要安设吸入和压出活门。二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 离心泵二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 离心泵离心泵工作简图离心泵工作简图 操作注意： 离心泵在开动前，泵内和吸入管必须用液体充满或采取其他措施以防气缚（汽蚀）现象发生。 操作前及时压紧填料函，但不要过紧、放松，以防磨损轴部使物料喷出，停车时慢慢关闭泵出口阀门，使泵进入空转，使用后放净泵与管道内积液，以防冬季冻坏设备、管道。 在输送可燃液体时，其管道内流速不应大
14、于安全流速，且管道应有可靠的接地措施以防静电，同时要避免吸入口产生负压，使空气进入系统导致爆炸或抽瘪设备。 二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 离心泵气缚（汽蚀）现象： 离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近。当此处压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的蒸汽泡在随液体从入口向外周流动中，又因压力迅速增大而急剧冷凝。会使液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，这种现象称为汽蚀现象。二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 离心泵气缚（汽蚀）现象： 危害：汽蚀时传递到叶轮及泵壳的冲击波，加上
15、液体中微量溶解的氧对金属化学腐蚀的共同作用，在一定时间后，可使其表面出现斑痕及裂缝，甚至呈海绵状逐步脱落；发生汽蚀时，还会发出噪声，进而使泵体震动；同时由于蒸汽的生成使得液体的表观密度下降，于是液体实际流量、出口压力和效率都下降，严重时可导致完全不能输出液体。 针对不同液体、不同型号泵会有最大允许吸上高度。二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 离心泵 4.流体作用泵。这类泵的特点为无活动部分，液体物料的输送主要靠空气等气体的压力，或运动着的流体本身。前者如空气升液器，由于这类泵无活动部分且结构简单，因此可衬以耐酸或耐腐蚀材料，在化工生产中有着特殊的用途。 气体压送方式：是以空气等气体为动
16、力的设备，因此应由足够的耐压强度。 再输送有爆炸性或燃烧性物料时，要采用氮气、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防造成燃烧或爆炸。（我国标准规定，输送甲、乙类易燃液体，需采用惰性气体）。二、二、液体物料的输送液体物料的输送- - 流体作用泵 喷射泵系用工作流体流动时产生静压能（负压）与动能的相互转换，以吸入和排出液体，此泵压头小，效率低，输送物料会被工作流体稀释。 临时输送液体的泵和管道（胶管、软管）连接处必须紧密、牢固，以免输送过程中胶管或软管受压脱落、漏料而引起火灾。二、二、液体物料的输送液体物料的输送 - - 流体作用泵总 结： 往复泵、旋转泵等正位移泵，因出口回路不畅通（堵塞、关闭或采用出
17、口管路上的阀门进行流量调节）导致管线超压开裂。 离心泵因安装或运行控制不好，因汽蚀造成现象造成设备损坏。同时因吸入口产生负压，使空气进入系统导致爆炸或抽瘪设备。 用各种泵类输送易燃可燃液体时，流速过快能产生静电积累，其管内流速不应超过安全速度。 使用气体压送方式输送有爆炸性或燃烧性物料时，要采用氮气、二氧化碳等惰性气体代替空气，以防造成燃烧或爆炸。 泵出口密封、泵动密封或管线因疲劳振动或缺陷导致刺漏开裂。二、二、液体物料的输送液体物料的输送风险提示风险提示二、二、液体物料的输送液体物料的输送风险提示风险提示关键部位关键部位温度很高的动温度很高的动设备，设备，如何考虑泄漏与保如何考虑泄漏与保护？
18、护？带有报警的双机械密封带有报警的双机械密封。报警和保护水幕联动。报警和保护水幕联动。三、气体物料的输送三、气体物料的输送气体与液体不同之处是气体具有可压缩性，在其输送过程，气体与液体不同之处是气体具有可压缩性，在其输送过程，当气体压力发生变化时，其体积和温度也随之变化。当气体压力发生变化时，其体积和温度也随之变化。 输送和压缩气体的设备统称为输送和压缩气体的设备统称为气体压送机械。气体压送机械。气体压送机械气体压送机械也分离心式、旋转式、往复式等类型。也分离心式、旋转式、往复式等类型。三、气体物料的输送三、气体物料的输送类类 型型终压终压/ /kPakPa（表压）表压）压缩比压缩比用途用途通
19、风机通风机15151 11.151.15用于换气通风用于换气通风鼓风机鼓风机15153003001.151.154 4用于送气用于送气压缩机压缩机3003004 4造成高压造成高压真空泵真空泵当地大气压当地大气压由真空度决定由真空度决定用于减压操作用于减压操作气体压送机械的分类气体压送机械的分类 根据压力不同可采用通（送）风机、鼓风机、压缩机和真空泵。三、气体物料的输送三、气体物料的输送 在化工生产中，用于气体物料输送的设备种类较多，按气体运动方式可分为两类。 1.往复压缩机。利用气缸内活塞的往复运动，使气体压缩，往复机又可以分为以下几类： 按压缩机汽缸的活门装置可分为平动与双动压缩机。 按压
20、缩机汽缸位置，可分为横卧、直立、V形、W形和星形等压缩机。 按气体受压缩的级数，可分为单级式，双级式与多级式压缩机。 按汽缸排列方法，可分为串列和并列的多级压缩机。三、气体物料的输送三、气体物料的输送 按压缩机传动方式，可分为电动、蒸汽传动、燃气轮机等压缩机。 按生产能力，分为小型（10m3/min以下）、中型（1030m3/min）和大型（30m3/min以上）压缩机。 按压缩机生产的压强分，可分为低压（小于1MPa）、中压（小于18MPa）和高压（8100MPa）压缩机。 按被压缩的气体可分为空气压缩机、氢气压缩机、氨气压缩机、氮气压缩机以及裂解气压缩机、甲烷压缩机等。三、气体物料的输送三
21、、气体物料的输送 2.旋转压缩机。利用机壳中一个或两个转子的不断旋转，与机壳间间歇地形成一种密闭的空间将气体吸入，在连续旋转时，空间缩小将气体压缩，最后排入压出导管。 旋转压缩机按其压缩比可分为两类： 一类可生产较高的压缩比值，如转动活板压缩机和液环环泵； 另一类只能生产非常低的压缩比，如旋风鼓风机其终压不超过80kPa。三、气体物料的输送三、气体物料的输送 操作注意及安全保护操作注意及安全保护： 超压保护：为避免压缩机汽缸、储气罐以及输送管路因压力增高而引起爆炸，应要求有足够的强度。 要安装可靠的压力表和安全阀（爆破片），安全阀泄压应将其危险气体导至安全的地方； 还可安装压力超高报警器、自动
22、调节装置或压力超高自动停车装置。 防止空气吸入：输送可燃气体，采用液环泵比较安全，抽送或压送可燃气体时，进气口应该经常保持一定余压，以免造成负压吸入空气形成爆炸性混合物。三、气体物料的输送三、气体物料的输送 冷却与润滑保护：压缩机在运行中应有可靠的润滑和冷却保护，防止运转轴承等部位超温。可安装温度监测与停车保护设施。 应注意冷却水不能进入汽缸，以防发生水锤。 对于氧压机严禁与油类接触，一般采用含10%以下的甘油的蒸馏水作为润滑剂。 气体抽送、压缩设备上的垫圈易损坏漏气，应经常检查及时修换。 可燃气体的输送管道，应经常保持正压，并根据实际需要安装逆止阀、水封和阻火器等安全装置。三、气体物料的输送
23、三、气体物料的输送 易燃气体、液体管道不允许同电缆一起敷设，而可燃气体管道同氧气管一同敷设时，氧气管道应设在旁边，并保持250mm的净距，管内可燃气体流速不应过高，管道应良好接地以防止静电引起事故。 对于易燃、易爆气体或蒸汽的抽送、压缩设备的电动机部分，应采用防爆型，否则，应穿墙隔离设置。三、气体物料的输送三、气体物料的输送压缩机运行还可遇见的问题： 气液分离不好，气体带液，对汽缸或叶片造成冲击； 运行工况控制不好，压缩机因喘振（在不稳定区工作时，风机的流量和能头在瞬间内发生不稳定的周期性反复变化的现象）导致设备、管线损坏； 驱动设施（如汽轮机）因调速系统故障、压缩机甩负荷等原因导致超速损坏。
24、 振动过大或因频繁振动导致设备、管线疲劳腐蚀开裂。三、气体物料的输送三、气体物料的输送4.长途管路敷设四、长途管路的四、长途管路的输送输送西气东输西气东输气啸八千里，造福十省市气啸八千里，造福十省市四、长途管路四、长途管路输送输送 管道运输是原油和成品油最主要的运输方式，与铁路运输、公路运输、水路运输相比，具有以下特点：运输量大。一条720mm管道年输油量达2107t，相当于一条铁路的运输量；管道大部分埋设于地下，占地少，受地形、地物的限制少，可以缩短运输距离；密闭安全，能够长期稳定运行，输油受恶劣气候影响小，无噪音，油气损耗小，对环境污染少；便于管理，易于实现远程集中控制；能耗少，运费低；适
25、于大量、单向、定点运输石油等流体货物，不如车、船等运输灵活、多样。管道运输的特点：管道运输的特点：四、长途管路四、长途管路输送输送表表1 1969年年1990年四川天然气管道事故统计年四川天然气管道事故统计事故原因事故原因事故次数事故次数比例（比例（%）腐蚀腐蚀6743.22 其中：内腐蚀（46）（29.67）外腐蚀（21）（13.55）施工和材料缺陷施工和材料缺陷6038.71 其中：施工质量（41）（26.45） 制管质量（19）（12.26）不良环境影响不良环境影响2214.20人为破坏及其它因素人为破坏及其它因素63.87合合 计计155100四、长途管路四、长途管路输送输送第二节第二
26、节 熔融熔融和干燥和干燥 在化工生产中常常需将某些固体物料（如苛性钠、苛性钾、萘、磺酸等）熔融之后进行化学反应。碱熔过程中的碱屑或碱液飞溅到皮肤上或眼睛里会造成灼伤。 从安全的角度出发，熔融这一单元操作的主要危险来源于被熔融物料的化学性质、固体质量，熔融时的粘稠程度、熔融中副产物的生成、熔融设备、加热方式以及被熔融物料的破碎等方面。一、熔融 1.熔融物料的危险性质 被熔固体物料本身的危险特性对操作安全有很大影响。譬如，熔融过程中的碱，可使蛋白质变为胶状碱蛋白的化合物，又可使脂肪变为胶状皂化物质。所以碱比酸具有更强的渗透力，且深入组织较快，因此碱灼伤要比酸灼伤更为严重。 2.熔融物的杂质 熔融物
27、的杂质对安全操作也是十分重要的，譬如，在碱熔过程中，碱和硫酸盐的纯度是该过程中影响安全的最重要因素之一。无机盐杂质应尽量除掉，否则这些无机盐不熔融、而是呈块状残留于反应物内，块状杂质的存在，妨碍反应物质的混合，并能使其局部过热、烧焦，致使熔融物喷出，容易造成烧伤。一、熔融 3.防止低沸点液体进入 低沸点液体（如水）进入固体熔融物，会导致低沸点液体急剧汽化，产生“蒸汽爆炸”，熔融物会从设备口抛射至相当远处，有可能造成人员伤亡或引起火灾。一、熔融 4.物质的粘稠程度 反应物的流动性越好，熔融过程越安全。为使熔融物具有较好的流动性，可用水将碱适当稀释。 在化学反应中，使用40%45%的碱液代替固碱较
28、为合理，这样可以免去固碱粉碎及其熔融过程。在必须用碱时，最好使用片碱。 5. 熔融设备 熔融设备一般分为常压操作与加压操作两种，对于加压熔融的操作设备，应安装压力表、安全阀和排放装置。 熔融过程一般在150350下进行，为防止局部过热，必须不间断地搅拌。一、熔融 干燥是利用热能使固体物料中的水分（或溶剂）除去的单元操作。 干燥的热源有热空气、过热蒸汽、烟道气和明火等。 二、干燥二、干燥QN对流传热对流传热 kH气体气体t, H气膜气膜对流传质对流传质液滴表液滴表面面tw , Hw 湿分湿分湿物料湿物料二、干燥分 类： 按操作压力，分为常压和减压干燥； 按操作方式，分为间歇式与连续式干燥； 按干
29、燥介质类别，分为空气、烟道气或其他干燥介质的干燥； 按干燥介质与物料流动方式，分为并流、逆流和错流干燥。 在干燥方法中间歇干燥比连续式干燥危险，因为在这类操作过程中，操作人员不但劳动强度大，而且还需要在高温、粉尘或有害气体的环境下操作。二、干燥被干燥的物料的危险性： 1、爆燃爆炸性物质。应采用特殊干燥方式。 2、加热时放热分解并能释放大量气体的物质。在真空下或使用惰性气体保护，严格禁止明火加热并采用适当的防爆措施。 3、溶剂中含有易燃液体。严格禁止明火加热并采用适当的防爆措施。 4、在空气中加热发生放热氧化的物质；控制加热温度。 6、在空气中加热既不分解又不发生放热氧化的物质（不含易燃溶剂）。
30、二、干燥 1.间歇式干燥 间歇式干燥，物料大部分靠人力输送，热源采用热空气自然循环或鼓风机强制循环，温度艰难控制，易造成局部过热导致的物料分解，引起火灾或爆炸。干燥过程中散发出来的易燃蒸汽或粉尘同空气混合达到爆炸极限，遇明火、炽热表面和高温即燃烧爆炸。因此，在干燥过程中，应严格控制干燥温度。 一切电气设备开关（非防爆的）均应装在室外或箱外，电热设备应搞好隔离措施，干燥室内不得存放易燃物，并要定期清除墙壁积灰。 2.连续干燥 连续干燥采用机械化操作，干燥过程连续进行，因此物料过热的危险性较小，且操作人 员脱离了有害环境，所以连续干燥比间歇干燥安全。二、干燥 在干燥中注意采取措施，防止易燃物料与明
31、火直接接触，干燥设备上应安装爆破片，并定期清理设备中的积灰。 3.真空干燥 在干燥易燃、易爆的物料时，最好采用连续式或间歇式真空干燥比较安全，因为在真空条件下，易燃液体蒸发速度快、并且干燥温度可适当控制低一些，从而防止由于高温引起物料局部过热和分解，因此，大大降低了火灾、爆炸危险性。 当真空干燥后消除真空时，一定要使温度降低后方能放入空气，否则，空气过早放入，会引起干燥物着火或爆炸。二、干燥第三节第三节 蒸发蒸发和蒸馏和蒸馏 蒸发是借加热作用使溶液中所含溶剂不断汽化、不断被除去，以提高溶液中溶质的浓度或使溶质析出，使挥发性溶剂与不挥发性溶剂分离的物理操作过程。 蒸发按操作压力可分为常压蒸发、加
32、压蒸发和减压蒸发（真空蒸发），按蒸发所需热量的利用次数可分为单效蒸发和多效蒸发。 蒸发所需设备称蒸发器，一般由加热室和蒸发室两部分组成。 按蒸发器操作所依据溶液循环原理可分为：自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、单程蒸发器和其他操作原理的蒸发器。一、蒸发 对具有腐蚀性溶液的蒸发，需考虑设备的防腐蚀问题，为了防腐，有的设备需要采用特种钢材制造。 对于热敏性溶液的蒸发，尚需考虑温度的控制问题，特别是由于溶液的蒸发产生结晶和沉淀，而这些物质又是不稳定的，局部过热可使其分解变质或燃烧、爆炸，则更应注意严格控制蒸发温度。 为防止热敏性物质的分解，可采用真空蒸发的方法，降低蒸发温度，或者使溶液在蒸发器内停留时
33、间和与加热面接触时间尽量缩短。例如，采用单程循环、高速蒸发等。一、蒸发 蒸馏是借液体混合物各组分挥发度的不同，使其分离为纯组分的操作。蒸馏操作可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。 按压力分为常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏（高压蒸馏）和特殊蒸馏，例如蒸汽蒸馏、萃取蒸馏、恒沸蒸馏和分子蒸馏等。 二、蒸馏二、蒸馏二、蒸馏F, xFD, xDW, xW二、蒸馏原理与组成部分精馏原理精馏原理：多次部分冷凝、多次：多次部分冷凝、多次部分汽化、液相回流及上升蒸气部分汽化、液相回流及上升蒸气进进 料料 板：板：原料液进入的那层塔原料液进入的那层塔板板精精 馏馏 段段：进料板以上的塔段：进料板以上的塔段提提 馏馏 段：段：
34、进料板以下（包括进进料板以下（包括进料板）的塔段料板）的塔段塔顶冷凝器和塔低再沸器。塔顶冷凝器和塔低再沸器。n+1nn-1tn+1tntn-1yn+1xnyn二、蒸馏 减压蒸馏：在安全技术上，对不同的物料应选择正确的蒸馏方法和设备。在处理难于挥发的物料时（常压下沸点在150以上）应采用真空蒸馏，这样可以降低蒸馏温度，防止物料在高温下分解、变质或聚合。 常压蒸馏：在处理中等挥发性物料（沸点为100左右）时，采用常压蒸馏。 加压蒸馏：对沸点低于30的物料，则应采用加压蒸馏。二、蒸馏分类 1.常压蒸馏 在常压蒸馏中，易燃液体的蒸馏不能用明火做热源，而应采用水蒸气或过热水蒸汽加热较为安全。还应注意防止
35、管道被凝固点较高的物质凝结堵塞，使塔内压力增高而引起爆炸。 对于蒸馏腐蚀性液体，应防止塔壁、塔盘腐蚀，使易燃液体或蒸气逸出，遇明火或灼热的炉壁而燃烧。 对于蒸馏自燃点很低的液体，应注意蒸馏系统的密闭，防止因高温泄露遇空气而自燃。 对于高温的蒸馏系统，应防止冷却水突然漏入塔内，否则水迅速汽化致使塔内压力突然增高而将物料冲出或发生爆炸。 冷凝器中的冷却水或冷冻盐水不能中断，否则，为冷却的易燃蒸汽逸出使后部系统温度增高，或串出遇明火而引燃。二、蒸馏常压蒸馏 2.真空蒸馏（减压蒸馏） 真空蒸馏是一种比较安全的蒸馏方法。对于沸点较高、而在高温下蒸馏时又能引起分解、爆炸或聚合的物质，采用真空蒸馏较为合适。
36、 真空蒸馏设备的密闭性是很重要的。 当易燃易爆物质蒸馏完毕，待其蒸馏锅冷却，冲入氮气后，再停止真空泵运转，以防止空气进入热的蒸以防止空气进入热的蒸馏锅引起燃烧或爆炸。馏锅引起燃烧或爆炸。 真空蒸馏应注意其操作顺序，先打开真空阀门，然后打开冷却器阀门，最后打开蒸汽阀门(用喷射蒸气产生真空），否则，物料被吸入真空泵，引起爆炸。真空蒸馏易燃物质的排气管道应通至厂房外，管道上应安装阻火器。二、蒸馏减压蒸馏 3.加压蒸馏 在加压蒸馏中，气体或蒸汽更容易从装置的不严密处泄露，极易造成燃烧、中毒的危险。因此，设备应严格地进行气密性和耐压试验检查，并应安装安全阀和温度、压力调节、控制装置，严格控制蒸馏温度与压
37、力。 在蒸馏易燃液体时，应注意系统的静电消除。室外蒸馏塔应安装可靠的避雷装置，蒸馏设备应经常检查、维修，认真搞好停车后、开车前的系统清洗、置换，避免发生事故。 对易燃易爆物质的蒸馏，厂房要符合防爆要求，有足够的泄压面积，室内电动机、照明等电器设备均应符合场所的防爆要求二、蒸馏加压蒸馏 4.特殊蒸馏 蒸汽蒸馏是一种较为简单的蒸馏方法，通常用于在常压下沸点较高、或在其沸点时易于分解物质的蒸馏，也常用于高沸点物与不挥发杂质的分离。 萃取蒸馏与恒沸蒸馏主要用来分离由沸点极相似或恒沸组成的各组分所组成的难以用普通蒸馏方法分离的混合物。 分子蒸馏是用于从矿物油及其残渣中提取特种油和脂，用于分离煤焦油的精制
38、产品，用于从原油及原脂中获取维他命和碳氢化合物。分子蒸馏也能有效地用以分离和净化许多化合物。二、蒸馏特殊蒸馏四、加四、加 热热一、加热 加热是促进化学反应和物料蒸发、蒸馏等 操作的必要手段。加热的方法一般有直接火加热（烟道气加热）、蒸汽或热水加热、载体加热以及电加热等。 （1）温度过高会使化学反应速度加快，若是放热反应，则放热量增加，一旦散热不及时，温度失控，发生冲料，甚至会引起燃烧和爆炸。 （2）升温速度过快不仅容易使反应超温，而且还会损坏设备（？），例如，升温过快会使带有衬里的设备及各种加热炉、反应炉等设备损坏。 （3）当加热温度接近或超过物料的自燃点时，应采用惰性气体保护；若加热温度接近
39、物料分解温度，此生产工艺称为危险工艺，必须设法改进工艺条件，如负压或加压操作。 1.直接火加热 一般来说，处理易燃、易爆物质时，直接火加热危险性最大，因为直接火加热温度不易控制，可能造成局部过热烧坏设备，由于加热不均匀易引起易燃液体蒸汽的燃烧爆炸。所以，一般不采用此法？ 一、加热 2.水蒸气、热水加热 对于易燃、易爆物质，采用水蒸气或热水加热是比较安全的。 用水蒸气或热水加热时，应定期检查蒸汽夹套和管道的耐压强度，并应装设压力计和安全阀，以免容器或管道炸裂。 在处理与水会发生反应的物料时，不宜用水蒸汽或热水加热，高压水蒸气加热的设备和管道应很好保温，避免烤着可燃、易燃物品以及发生烫伤事故。一、
40、加热-水蒸气、热水加热一、冷却和冷凝 3.载体加热 载体加热中所用载体种类很多，通常应用的有油类、联苯、二苯、二苯醚、无机盐等使用有机载体热体可使加热均匀，并能获得较高的温度。 （1）用直接火通过充油夹套进行加热。这种方法加热均匀，但在设备中处理有燃烧、爆炸危险物质时，使用该法有一定的危险性，这时，需将加热炉门与反应设备用墙隔绝，或将加热炉设于车间外面，将热油输送到需要加热的设备内循环使用油循环系统应严格密闭，严禁热油泄漏。另外，使用封闭式电加热器进入油域内进行加热可以完全隔绝明火。 （2）最有实用价值的是使用联苯和二苯醚的低熔 点混合物，即二苯混合物（二苯醚73.5%、联苯26.5%）作为载
41、体进行加热。这种加热方法温度易控制，且比较稳定，对普通金属材料均不腐蚀。一、加热-载体加热 二苯混合物具有较强的渗透能力它能透过软质衬垫（如石棉、橡胶板），因此，管路连接最好采用焊接方法或采用金属垫片进行法兰连接。在使用二本混合物作为热载体进行加热时，其中不得混入低沸点杂质（如水等），否则含水的二苯混合物到加热炉中遇高温（2000C以上）水迅速汽化，压力骤增导致爆炸。另外，二苯混合物也不准混入易燃易爆杂质，否则在升温过程中极易产生危险。 （3）使用无机载体加热，其加热温度可达3505000C。无机载体加热可分为盐浴（如亚硝酸钠和亚硝酸钾的混合物）和金属浴（如铅、锡、锑等低熔点的金属）。在熔融的
42、硝酸盐浴中如加热温度过高，或硝酸盐漏入加热炉燃烧室中，或有机物落入硝酸盐浴内，均能发生燃烧或爆炸。采用金属浴加热，操作时应防止其蒸气对人体的危害。一、加热-载体加热 4.电加热 电加热比较安全，且易控制和调节温度，一旦发生事故，可迅速切断电源。 采用电炉加热易燃物质时，应采用封闭式电炉，电炉丝与被加热的器壁应有良好的绝缘，以防短路击穿器壁，使设备内易燃物质漏出产生气体或蒸气着火、爆炸。 电感加热不用灼热的电阻丝，是电加热的一种较安全的设备。如果电感线圈绝缘破坏、受潮，发生漏电、短路，产生电火花、电弧，或接触不良发热，均能引起易燃、易爆物资着火、爆炸。因此，应该提高电感加热设备的安全可靠程度，如
43、采用较大面积的导线，以防过负荷，采用防潮、防腐蚀、耐高温的绝缘，增加绝缘层厚度，添加绝缘保护层等，接线部分加大接触面积，增加跨接条，以防产生接触电阻等。一、加热电加热 2005年年11月月13日日13时时40分左右，地处吉林省吉林分左右，地处吉林省吉林市的中石油吉林石化公司市的中石油吉林石化公司101厂厂(双苯厂双苯厂)一化工车间一化工车间(硝基苯精馏塔硝基苯精馏塔)连续连续(5次）发生爆炸（次）发生爆炸（ 5人死亡、人死亡、1人人失踪）。失踪）。 从远处眺望爆炸现场从远处眺望爆炸现场 错误关了进料，没关蒸汽阀，导致T101温度升高。 11月13日，因苯胺二车间硝基苯精馏塔塔釜蒸发量不足、循环
44、不畅，班长组织停硝基苯初馏塔和硝基苯精馏塔进料，排放硝基苯精馏塔塔釜残液，降低塔釜液位。10时10分，徐某组织人员进行排残液操作。在进行该项操作前，错误地停止了硝基苯初馏塔T101进料，没有按照规程要求关闭硝基苯进料预热器E102加热蒸汽阀，导致进料温度升高，在15分钟时间内温度超过150量程上限。11时35分左右，徐某回到控制室发现超温，关闭了硝基苯进料预热器蒸汽阀，硝基苯初馏塔进料温度开始下降至正常值。再次组织进料时，没有按照“先冷后热”的原则进行操作，导致冷料进入超温容器，物料急剧气化。 13时21分，在组织T101进料时，再一次错误操作，没有按照“先冷后热”的原则进行操作，而是先开启进
45、料预热器的加热蒸汽阀，7分钟后，进料预热器温度再次超过150量程上限。13时34分启动了硝基苯初馏塔进料泵向进料预热器输送粗硝基苯，当温度26粗硝基苯进入超温的进料预热器后由于温差较大，加之物料急剧气化，造成预热器及进料管线法兰松动，导致系统密封不严，空气被吸入到系统内（ T101塔为负压操作），与T101塔内可燃气体形成爆炸性气体混合物，引发硝基苯初馏塔和硝基苯精馏塔相继发生爆炸。 引起T101塔、T102塔发生爆炸，随后致使与T101、T102塔相连的两台硝基苯储罐及附属设备相继爆炸，随着爆炸现场火势增强，引发装置区内的两台硝酸储罐爆炸，并导致与该车间相邻的55#灌区内的一台硝基苯储罐、两
46、台苯储罐发生燃烧。 吉化吉化11.13事故事故对松花对松花江造成江造成污染。污染。第五节第五节 冷却冷却、冷凝和冷冻、冷凝和冷冻 冷却与冷凝被广泛应用与化工操作中。 二者的区别在于被冷却的物料是否发生相的改变，若发生相变（如气相变为液相）则称为冷凝，否则，无相变只是温度降低则成为冷却。 冷却与冷凝所用的设备，就结构而言大同小异，可分为直接冷却与间接冷却两类。一、冷却和冷凝一、冷却和冷凝 在化工生产中，把物料冷却在大气温度以上时，可以用空气或循环水作为冷却介质；冷却温度在15以上，可以用地下水；冷却温度在015之间，可以用冷冻盐水。 还可以借某种沸点较低的介质的蒸发从需冷却的物料中取得热量来实现
47、冷却，常用的介质有氟里昂、氨等。此时，物料被冷却的温度可达-15左右。 （1）冷却操作时，冷却介质不能中断，否则会造成积热，系统温度、压力骤增，引起爆炸。开车时，应先通冷却介质；停车时，应先停物料，后停冷却系统。 （2）有些凝固点较高的物料，遇冷易变得黏稠或凝固，在冷却时要注意控制温度，防止物料卡住搅拌器或堵塞设备及管道。 1.直接冷却法 直接冷却法是指可直接向所需冷却的物料加入冷水或冰，也可将物料置入敞口槽中在、或喷洒于空气中，使之自然汽化而达到冷却的目的。在直接冷却中常用的冷却剂为水，一般采用自来水，依季节不同其温度变化为4250C左右，而地下水温度较低，平均为8150C。直接冷却法的缺点
48、是物料被稀释。 2.间接冷却法 间接冷却通常是在具有间壁式的换热器（冷却器）中进行的。壁的一边为低温载体，壁的另一边为所需冷却的物料。一般冷却水所达到的冷却效果不能低于00C。浓度约20%的盐水，其冷却水效果可达0-150C,冷冻混合物（以压碎的冰或雪与盐类混合制成），以其成分不同，冷却效果可达0-450C。一、冷却和冷凝 3.冷凝、冷却器分类 冷凝、冷却所使用的设备统称为冷凝、冷却器。冷凝器、冷却器就其实质而言均属换热器，依其传热面形势和结构可分为： （1）管式冷凝、冷却器。常用的有蛇管式、套管式和列管式等。 （2）板式冷凝、冷却器。常用的有夹套式、螺旋式、平板式、翼片式等。一、冷却和冷凝
49、4.冷凝、冷却的安全技术 （1）根据被冷却物料的温度、压力、理化性质以及所要求冷却的工艺条件，正确选用冷却设备和冷却剂。 （2）对于腐蚀性物料的冷却，最好选用耐腐蚀材料的冷却设备。 （3）严格注意冷却设备的密闭性，不允许物料串入冷却剂中，也不允许冷却剂串入被冷却的物料中（特别是酸性气体）。一、冷却和冷凝 （4）冷却操作时，冷却介质不能中断，否则会造成积热，系统温度、压力骤增，引起爆炸。开车时，应先通冷却介质；停车时，应先停物料，后停冷却系统。 （5）有些凝固点较高的物料，遇冷易变得黏稠或凝固，在冷却时要注意控制温度，防止物料卡住搅拌器或堵塞设备及管道。 （6）开启设备前首先应清除冷凝器中的积液
50、，再打开冷却水，然后通入高温物料。 （7）为保证不凝可燃气体排空安全可充氮保护。 （8）检修冷凝、冷却器，应彻底清洗、置换，切勿带料焊接。一、冷却和冷凝 在工业生产过程中，蒸气、气体的液化，某些组分的低温分离，以及某些物品的输送、储藏等，常需将物料降到比水或周围空气更低的温度，这种操作称为冷冻或叫制冷。 一般说来，冷冻程度与冷冻操作技术有关，凡冷冻范围在-100以内的称冷冻；而-100-200或更低的温度，则称深度冷冻或简称深冷。 1.冷冻方法 （1）低沸点液体的蒸发。如液氨在0.2MPa压力下蒸发，可以获得-150C的低温。 （2）冷冻剂于膨胀机中膨胀，气体对外做功，致使内能减少而获取低温。