化工典型工艺过程危险性分析

化工典型工艺过程及危险性分析Lhjlyby:吸附过程及危险性分析吸附是利用某些固体能够从流体混合物中选择性地凝聚一定组分在其表面上的能力，使混合物中的组分彼此分离的单元操作过程。

吸附现象早已被人们发现和利用，在人们生活中用木炭和骨灰使气体和液体脱湿和除臭已有悠久的历史。

18世纪末在生产上已应用骨灰脱除糖水溶液中的色素，20世纪20年代首次出现从气体中分离酒精和苯蒸气以及从天然气中回收乙烷等碳氢化物的大型生产装置。

目前吸附分离广泛应用于化工、石油化工、医药、冶金和电子等工业部门，用于气体分离、干燥及空气净化、废水处理等环保领域。

如常温空气分离氧氮，酸性气体脱除，从各种混合气体中分离回收H2、C02、CO、CH4、C2H4等气相分离；也可从废水中回收有用成分或除去有害成分，石化产品和化工产品的分离等液相分离。

在吸附过程中选用的吸附剂活性炭等材料由于吸附热的积累或者由于空气进入吸附系统可能会引起活性炭的自燃，进而引起系统介质的燃烧。

吸附是一种界面现象，其作用发生在两个相的界面上。

例如活性炭与废水相接触，废水中的污染物会从水中转移到活性炭的表面上。

固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附，其中具有一定吸附能力的固体材料称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。

与吸附相反，组分脱离固体吸附剂表面的现象称为脱附(或解吸)。

与吸收—解吸过程相类似，吸附—脱附的循环操作构成一个完整的工业吸附过程。

吸附过程所放出的热量称为吸附热。

根据吸附剂对吸附质之间吸附力的不同，可以分为物理吸附与化学吸附。

物理吸附是指当气体或液体分子与固体表面分子间的作用力为分子间力时产生的吸附，它是一种可逆过程。

吸附质分子和吸附剂表面分子之间的吸附机理，与气体液化和蒸汽冷凝时的机理类似。

因此，吸附质在吸附剂表面形成单层或多层分子吸附时，其吸附热比较低，接近其液体的汽化热或其气体的冷凝热。

化学吸附是由吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成，即在吸附质和吸附剂之间发生了电子转移、原子重排或化学键的破坏与生成等现象。

因而，化学吸附的吸附热接近于化学反应的反应热，比物理吸附大得多，化学吸附往往是不可逆的。

人们发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行的是物理吸附；随着温度升高到一定程度，就开始产生化学变化，转为化学吸附。

在气体分离过程中绝大部分是物理吸附，只有少数情况如活性炭(或活性氧化铝)上载铜的吸附剂具有较强选择性吸附CO或C2H4的特性，具有物理吸附及化学吸附性质。

萃取过程及危险性分析工业上对液体混合物的分离，除了采用蒸馏的方法外，还广泛采用液—液萃取。

例如，为防止工业废水中的苯酚污染环境，往往将苯加到废水中，使它们混合和接触，此时，由于苯酚在苯中的溶解度比在水中大，大部分苯酚从水相转移到苯相，再将苯相与水相分离，并进一步回收溶剂苯，从而达到回收苯酚的目的。

再如，在石油炼制工业的重整装置和石油化学工业的乙烯装置都离不开抽提芳烃的过程，因为芳香族与链烷烃类化合物共存于石油馏分中，它们的沸点非常接近或成为共沸混合物，故用一般的蒸馏方法不能达到分离的目的，而要采用液—液萃取的方法提取出其中的芳烃，然后再将芳烃中各组分加以分离。

液—液萃取也称溶剂萃取，简称萃取。

这种操作是指在欲分离的液体混合物中加入一种适宜的溶剂，使其形成两液相系统，利用液体混合物中各组分在两相中分配差异的性质，易溶组分较多地进入溶剂相从而实现混合液的分离。

在萃取过程中，所用的溶剂称为萃取剂，混合液体为原料，原料液中欲分离的组分称为溶质，其余组分称为稀释剂(或称原溶剂)。

萃取操作中所得到的溶液称为萃取相，其成分主要是萃取剂和溶质，剩余的溶液称为萃余相，其成分主要是稀释剂，还含有残余的溶质等组分。

需要指出的是，萃取后得到的萃取相往往还要用精馏或反萃取等方法进行分离，得到含溶质的产品和萃取剂，萃取剂供循环使用。

萃余相通常含有少量萃取剂，也需应用适当的分离方法回收其中的萃取剂，因此，生产上萃取与精馏这两种分离混合液的常用方法是密切联系、互相补充的，常配合使用。

另外，有些混合液的分离(如稀乙酸水溶液的去水，从植物油中分离脂肪酸等)既可采用精馏，也可采用萃取。

选择何种方法合适，主要是由经济性来确定。

与蒸馏比较，整个萃取过程的流程比较复杂，且萃取相中萃取剂的回收往往还要应用精馏操作，但是萃取过程具有在常温下操作、无相变化以及选择适当溶剂可以获得较好的分离效果等优点，在很多情况下仍显示出技术经济上的优势。

一般而言，以下几种情况采用萃取操作较为有利：①混合液中各组分之间的相对挥发度接近于1，或形成恒沸物，用一般的蒸馏方法难以达到或不能达到分离要求的纯度；②需分离的组分浓度很低且沸点比稀释剂高，用精馏方法需蒸出大量稀释剂，消耗能量很多；③溶液要分离的组分是热敏性物质，受热易于分解、聚合或发生其他化学变化。

目前萃取操作仍是分离液体混合物的常用单元操作之一，在石油化工、精细化工、湿法冶金(如稀有元素的提炼)、原子能化工和环境保护等方面已被广泛地应用。

干燥过程及危险性分析化工生产中的固体物料，总是或多或少含有湿分(水或其他液体)，为了便于加工、使用、运输和贮藏，往往需要将其中的湿分除去。

除去湿分的方法有多种，如机械去湿、吸附去湿、供热去湿，其中用加热的方法使固体物料中的湿分汽化并除去的方法称为干燥，干燥能将湿分去除得比较彻底。

干燥在化工、轻工、食品、医药等工业中的应用非常广泛，其在生产过程中的作用主要有以下两个方面。

①对原料或中间产品进行干燥，以满足工艺要求。

如以湿矿(俗称尾砂)生产硫酸时，为满足反应要求，先要对尾砂进行干燥，尽可能除去其水分；再如涤纶切片的干燥，是为了防止后期纺丝出现气泡而影响丝的质量。

②对产品进行干燥，以提高产品中的有效成分，同时满足运输、贮藏和使用的需要。

如化工生产中的聚氯乙烯、碳酸氢铵、尿素，食品加工中的奶粉、饼干，药品制造中的很多药剂，其生产的最后一道工序都是干燥。

干燥按其热量供给湿物料的方式，可分为以下几种。

(1)传导干燥湿物料与加热介质不直接接触，热量以传导方式通过固体壁面传给湿物料。

此法热能利用率高，但物料温度不易控制，容易过热变质。

(2)对流干燥热量通过干燥介质(某种热气流)以对流方式传给湿物料。

干燥过程中，干燥介质与湿物料直接接触，干燥介质供给湿物料汽化所需要的热量，并带走汽化后的湿分蒸汽。

所以，干燥介质在干燥过程中既是载热体又是载湿体。

在对流干燥中，干燥介质的温度容易调控，被干燥的物料不易过热，但干燥介质离开干燥设备时，还带有相当一部分热能，故对流干燥的热能利用程度较差。

(3)辐射干燥热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面，被湿物料吸收后再转变为热能将湿物料中的湿分汽化并除去，如红外线干燥器。

辐射干燥生产强度大，产品洁净且干燥均匀，但能耗高。

(4)介电加热干燥将湿物料置于高频电场内，在高频电场的作用下，物料内部分子因振动而发热，从而达到干燥目的。

电场频率在300MHz以下的称为高频加热，频率在300—300X10sMHz的称为微波加热。

在上述四种干燥方法中，以对流干燥在工业生产中应用最为广泛。

在对流干燥过程中，最常用的干燥介质是空气，湿物料中的湿分大多为水。

因此，本章主要讨论以湿空气为干燥介质、以含水湿物料为干燥对象的对流干燥过程。

干燥按操作压力可分为常压干燥和真空干燥；按操作方式可分为连续干燥和间歇干燥。

其中真空干燥主要用于处理热敏性、易氧化或要求干燥产品中湿分含量很低的物料；间歇干燥用于小批量、多品种或要求干燥时间很长的场合。

在化学工业中，常指借热能使物料中水分(或溶剂)汽化，并由惰性气体带走所生成的蒸气的过程。

例如干燥固体时，水分(或溶剂)从固体内部扩散到表面再从固体表面汽化。

干燥可分为自然干燥和人工干燥两种。

并有真空干燥、冷冻于燥、气流干燥、微波干燥、红外线干燥和高频率干燥等方法。

干燥过程安全措施是指确保干燥设备、干燥介质、加热系统等安全运行，防止火灾、爆炸、中毒事故的发生。

即干燥装置在运行中应该严格控制各种物料的干燥温度。

根据情况采取温度计、温度自动调节和信号报警等控制措施。

当干燥物料中含有自燃点很低或含有其他有害杂质时必须在烘干前彻底清除掉；干燥室内也不得放置容易自燃的物质。

干燥室与生产车间应用防火墙隔绝，并安装良好的通风设备，电气设备开关应安装在室外。

在干燥室或干燥箱内操作时，应防止可燃的干燥物直接接触热源，以免引起燃烧。

干燥易燃易爆物质，应采用蒸汽加热的真空干燥箱。

真空能降低爆炸的危险性。

但当烘干结束后，去除真空时，一定要等到温度降低后才能放进空气。

对易燃易爆物质采用流速较大的热空气干燥时，排气用的设备和电动机应采用防爆的。

在用电烘箱烘烤能够蒸发易燃蒸气的物质时，电炉丝应完全封闭，箱上应加防爆门。

利用烟道气直接加热可燃物时，在滚筒或干燥器上应安装防爆片，以防烟道气混入一氧化碳而引起爆炸。

同时注意加料不能中断，滚筒不能中途停止回转，如发生上述情况应立即封闭烟道的人口，并灌入氮气。

于燥按操作压强可分为常压干燥和减压干燥；按操作方式可分为间歇式干燥与连续式干燥；按干燥介质类别可划分为空气干燥、烟道气干燥或其他干燥介质的干燥；按干燥介质与物料流动方式可分为并流干燥、通流干燥和错流干燥。

就其干燥设备而言，可分为间歇式常压干燥器，如箱式干燥器；间歇式减压干燥器，如减压干燥器、附有搅拌器的干燥器；连续式常压干燥器，如洞道式干燥器、多带式干燥器、回旋式干燥器、滚筒式干燥器、圆筒式干燥器、气流式干燥器和喷雾式干燥器等；连续减压干燥器，如减压滚筒式干燥器等。

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，温度较难以控制，易造成局部过热，引起物料分解造成火灾或爆炸。

因此，在干燥过程中，应严格控制温度。

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，所以连续干燥较间歇式干燥安全。

在采用洞道式、滚筒式干燥器干燥时，主要是防止机械伤害。

在气流干燥、喷雾干燥、沸腾床干燥以及滚筒式干燥中，多以烟道气、热空气为干燥热源。

干燥过程中所产生的易燃气体和粉尘同空气混合易达到爆炸极限。

在气流干燥中，物料由于迅速运动相互激烈碰撞、摩擦易产生静电；滚筒干燥中的刮刀有时和滚筒壁摩擦产生火花，这些都是很危险的。

因此，应该严格控制干燥气流风速，并将设备接地；对于滚筒干燥应适当调整刮刀与筒壁间隙，并将刮刀牢牢固定，或采用有色金属材料制造刮刀，以防产生火花。

用烟道气加热的滚筒式干燥器，应注意加热均匀，不可断料，滚筒不可中途停止运转。

斗口有断料或停转应切断烟道气并通氮。

干燥设备上应安装爆破片。

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，从而可以防止由于高温物料局部过热分解，降低了火灾爆炸的危险性。