內(nèi)容
一、典型化學反應的危險性
化學反應是科學研究和工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ),然而,它們也可能帶來潛在的危險。以下是一些典型的化學反應及其可能的風險:
1. 氧化反應:在氧氣或其他氧化劑存在下發(fā)生的反應,可能導致火災或爆炸,如金屬燃燒。
2. 還原反應:與氧化反應相反,可能導致有毒氣體產(chǎn)生,如氫氣還原氧化銅時可能產(chǎn)生一氧化碳。
3. 酸堿反應:可能釋放大量熱量,引發(fā)熱燙傷,或生成有害氣體,如鹽酸和氨的反應會生成刺激性煙霧。
4. 配位反應:涉及形成配位鍵,某些配合物可能有毒,如含汞或鉛的配合物。
5. 聚合反應:聚合物鏈增長可能導致壓力升高,甚至爆炸,如聚乙烯的制備。
二、基本安全技術(shù)規(guī)程
1. 個人防護裝備:操作化學反應時,應穿戴防護眼鏡、實驗服、手套和防化鞋,防止化學物質(zhì)接觸皮膚和眼睛。
2. 通風設施:實驗室應設有良好的通風系統(tǒng),確保有害氣體及時排出。
3. 安全設備:配備滅火器、緊急洗眼裝置和應急淋浴設備,以應對意外情況。
4. 化學品管理:儲存化學品時,應遵循化學相容性原則,避免相互接觸引發(fā)反應。使用后及時密封,標簽清晰。
5. 操作規(guī)程:嚴格按照實驗步驟進行,避免過快添加反應物,尤其在加熱或攪拌過程中。
6. 應急響應:熟悉應急預案,一旦發(fā)生事故,迅速采取措施,如疏散、報警和急救。
7. 培訓和監(jiān)督:所有實驗人員都應接受安全培訓,并在有經(jīng)驗的監(jiān)督下進行高風險操作。
8. 廢物處理:正確處置化學廢物,避免污染環(huán)境。
9. 定期檢查:定期檢查實驗室設備和安全設施,確保其功能正常。
10. 記錄與報告:詳細記錄實驗過程和結(jié)果,及時報告任何異?,F(xiàn)象或事故。
通過遵守這些規(guī)程,我們可以最大限度地降低化學反應的潛在危險,保障實驗人員的安全和實驗的順利進行。
標準
本規(guī)程參照《實驗室安全管理規(guī)范》(gb/t 3797-2008)、《化學品安全操作規(guī)程》(gbz 159-2004)等相關(guān)國家標準制定,旨在為化學實驗操作提供科學、實用的安全指導。各實驗室應結(jié)合自身實際情況,制定具體的安全操作細則,并定期進行安全審核和培訓,確保規(guī)程的有效執(zhí)行。
典型化學反應的危險性及基本安全技術(shù)規(guī)程范文
在化工生產(chǎn)中不同的化學反應有不同的工藝條件,不同的化工過程有不同的操作規(guī)程。評價一套化工生產(chǎn)裝置的危險性,不要單看它所加工的介質(zhì)、中間產(chǎn)品、產(chǎn)品的性質(zhì)和數(shù)量,還要看它所包含的化學反應類型及化工過程和設備的操作特點。因此,化工安全技術(shù)與化工工藝是密不可分的。作為基礎(chǔ),本節(jié)首先討論典型化學反應的危險性及其相關(guān)基本安全技術(shù)。
一、氧化反應
絕大多數(shù)氧化反應都是放熱反應。這些反應很多是易燃易爆物質(zhì)(如甲烷、乙烯、甲醇、氨等)與空氣或氧氣參加,其物料配比接近爆炸下限。倘若配比及反應溫度控制失掉,既能發(fā)生爆炸燃燒。某些氧化反應能生成危險性更大的過氧化物,它們化學穩(wěn)定性極差,受高溫、摩擦或撞擊便會分解,引燃或爆炸。
有些參加氧化反應物料的本身就是強氧化劑,如高錳酸鉀、氯酸鉀、鉻酸酐、過氧化氫,它們的危險性極大,在與酸、有機物等作用時危險性就更大了。
因此,在氧化反應中,一定要嚴格控制氧化劑的投料量(即適當?shù)耐读媳壤?,氧化劑的加料速度也不易郭凱。要有料號的攪拌和冷卻裝置,防止溫升過快、過高。此外,要防止由于設備、物料含有的雜質(zhì)而引起的不良副翻譯你干,例如有些氧化劑遇金屬雜質(zhì)會引起分解。使用空氣是一定要凈化,除掉空氣中的灰塵、水分和油污。
當氧化反應過程以空氣和氧為氧化劑是,反應物料配比應嚴格控制在爆炸范圍以外。如乙炔氧化制環(huán)氧乙烷,乙烯在氧氣中的爆炸下限為91%,及含氧量9%。反應系統(tǒng)中氧含量要嚴格控制在9%以下。其產(chǎn)物環(huán)氧乙烷在空氣中的爆炸極限范圍很寬,為3%--100%。其次,反應放出大量的熱增加了反應體系的溫度。在高溫下,由乙烯、氧和環(huán)氧乙烷組成的循環(huán)氣體具有更大的爆炸危險性。針對上述兩個問題,工業(yè)上采用加入惰性氣體(氮氣、二氧化碳或甲烷等)的方法,來改變循環(huán)氣的成分,縮小混合氣的爆炸極限,增加反應系統(tǒng)的安全性;其次,這些惰性氣體具有較高的熱熔,能效地帶走部分反應熱,增加反應系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
這些惰性氣體叫做致穩(wěn)氣體,致穩(wěn)氣體在反應中不消耗,可以循環(huán)使用。
二、還原反應
還原反應種類很多。雖然多數(shù)還原放映的反應過程比較緩和,但是許多還原反應會產(chǎn)生氫氣或使用氫氣,增加了反應火災爆炸的危險性,從而使防火防爆問題突出;另外有些反應使用的還原劑和催化劑具有很大的燃燒和爆炸危險性,下面就不同情況作一介紹。
1、利用初生態(tài)氫還原
利用鐵粉、鋅粉等金屬在酸、堿作用下生成初生態(tài)氫起還原作用。例如硝基苯在鹽酸溶液中被鐵粉還原成苯胺。
在此反應中,鐵粉和鋅粉在潮濕空氣中遇酸性氣體是可能引起自燃,在存儲時應特別注意。
反應時酸、堿的濃度要控制適宜,濃度過高或過低均使產(chǎn)生初生態(tài)氫的量不穩(wěn)定,使反應難以控制。反應溫度也不易過高,否則容易突然產(chǎn)生大量氫氣而造成沖料。反應過程中應注意攪拌效果,防止鐵粉、鋅粉下沉。一旦溫度過高,底部金屬顆粒動能加大,將加速反應,產(chǎn)生大量氫氣而造成沖料。反應結(jié)束后,反應器內(nèi)殘渣中仍有鐵粉、鋅粉仍繼續(xù)作用,不斷放出氫氣,很不安全,應將殘渣放入室外儲槽中,加冷水稀釋,槽上加蓋并設排氣管一導出氫氣。待金屬粉消耗殆盡,再加堿中和。若急于中和,則容易產(chǎn)生大量氫氣并生成大量的熱,將導致燃燒爆炸。
2、在催化劑作用下加氫
有機合成工業(yè)和油脂化學工業(yè)中,常用雷尼鎳、鈀碳等為催化劑使氫活化,然后加入有機物質(zhì)分子中起還原反應,例如苯在催化作用下,經(jīng)加氫氣生成環(huán)乙烷。
催化劑雷尼鎳和鈀碳在空氣中吸潮后有自燃的危險。鈀碳更易自燃,平時不能暴露在空氣中,而要浸在酒精中保存。反應前必須用氮氣置換反應器中的全部空氣,經(jīng)測定證實含氧量降低到規(guī)定要求后,方可通入氫氣。反應結(jié)束后應先用氮氣把氫氣置換掉,并以氮封保存。
此外,無論是利用初生態(tài)氫還原,還是用催化加氫,都是在氫氣存在下,并在加熱加壓下進行。氫氣的爆炸極限為4%--75%,如果操作失誤或設備泄露,都極易引起爆炸。操作中要嚴格控制溫度、壓力和流量。廠房的電氣設備必須符合防爆要求,且應采用輕質(zhì)屋頂,開設天窗或風帽,使氫氣易于飄逸。尾氣排放管管要高出房頂并設置阻火器。
高溫高壓下的氫對金屬有滲碳作用,易造成氫腐蝕,所以對設備和管道的選材要符合要求。對設備和管材要定期檢測,以防事故。
3、使用其他還原劑還原
常用還原劑中火災危險性大的有硼氫類、四氫化鋰鋁、氫化鈉、保險粉(連二亞硫酸鈉),異丙醇鋁等。
常用的硼氫類還原劑為鉀硼氫和鈉硼氫。它們都是與水燃燒物質(zhì),在潮濕空氣中能自燃,遇水和酸即分解放出大量的氫,同時產(chǎn)生大量的熱,可使氫氣燃爆。所以應儲與密閉容器中,置于干燥處。鉀硼氫通常溶解在液堿中比較安全。在生產(chǎn)中,調(diào)節(jié)酸、堿度時要特別注意防止加酸過多、過快。
四氫化鋰鋁有良好的還原性,但遇潮濕空氣、水和酸極易燃燒,應浸在煤油中存儲。使用時應先將反應器用氮氣置換干凈,并在氮氣保護下投料和反映。反應熱應由油類冷卻劑取走,不應用水,防止水漏入反應器內(nèi),發(fā)生爆炸。
用氫化鈉作還原劑與水、酸的反應與四氫化鋰鋁相似,它與甲醇、乙醇等反應也相當激烈,有燃燒爆炸的危險。
保險粉是一種還原效果不錯且較為安全的還原劑。它與水發(fā)熱,在潮濕的空氣中能分解析出黃色的硫磺蒸汽。硫磺蒸汽自燃點低,易自燃。使用時應在不斷攪拌先,將保險粉緩緩溶于水中,待溶解后再投入反應器與物料反應。
異丙醇鋁常用語高幾醇的還原,反應較溫和。但在制備異丙醇鋁是須加熱回流,將產(chǎn)生大量氫氣和異丙醇蒸汽,如果鋁片或催化劑三氯化鋁的質(zhì)量不佳,反應就不正常。往往先是不反應,溫度升高后有突然反應,引起沖料,增加了燃燒爆炸的危險性。
采用還原性強而危險性又小的新型還原劑對安全生產(chǎn)很有意義。例如用硫代鈉代替鐵粉還原,可以避免氫氣產(chǎn)生,同時也消除了鐵泥堆積問題。
三、硝化反應
有機化合物分子中引入硝基(-no2)取代氫原子而生成硝基化合物的反應,稱為硝化。硝化反應時生產(chǎn)燃料、藥物及某些炸藥的重要反應。常用的硝化劑是濃硝酸或濃硝酸與濃硫酸的混合物(俗稱混酸)。
硝化反應使用硝酸作為硝化劑,濃硫酸為觸媒,也有使用氧化氮氣體做硝化劑的。一般的硝化反應是先把硝酸和硫酸配成混酸,然后在嚴格控制溫度的條件下將混酸滴入反應器,進行硝化反應。制備混酸時,應先用水將濃硫酸適當稀釋,稀釋應在有攪拌和冷卻情況下將濃硫酸緩緩加入水中,并控制溫度。如溫度升高過快,應停止加酸,否則易發(fā)生爆濺,引發(fā)危險。
濃硫酸適當稀釋后,在不斷攪拌和冷卻條件下加濃硝酸。應嚴格控制溫度和酸的配比,直到充分攪拌均勻為止。配酸是要嚴防因溫度猛升而沖料或爆炸。更不能把未經(jīng)稀釋的濃硫酸與硝酸混合,因為濃硫酸猛烈吸收濃硝酸中的水分而產(chǎn)生高熱,將使硝酸分解產(chǎn)生多種氮氧化物,引起爆沸沖料或爆炸。濃硫酸稀釋時,不可將水注入酸中,因為水的密度比濃硝酸小,上層的水被溶解放出的熱量加熱而沸騰,引起四處飛濺。
配制成的混酸具有強烈的氧化性和腐蝕性,必須嚴格防止觸及棉、紙、布、稻草等有機物,以免發(fā)生燃燒爆炸,硝化反應的腐蝕性很強,要注意設備及管道的防腐蝕性能,以防止?jié)B漏。
硝化反應時放熱反應,溫度越高,硝化反應速率越快,放出的熱量越多,極易造成溫度失控而爆炸。所以硝化反應器要有良好的冷卻和攪拌,不得中途停水斷電及攪拌系統(tǒng)發(fā)生故障。要有嚴格的溫度控制系統(tǒng)及報警系統(tǒng),遇有超溫或攪拌故障,能自動報警并自動停止加料。反應物料不得有油脂、醋酐、甘油、醇類等有機雜質(zhì),含水也不能過高,否則易于酸反應,發(fā)生燃燒爆炸。
硝化反應器應有泄露管和緊急排放系統(tǒng)。一旦溫度失控,緊急排放到安全地點。
硝化產(chǎn)物具有爆炸性,因此處理硝化物事要格外小心。應避免摩擦、撞擊、高溫、日曬,不能接觸明火、酸、堿。卸料是或處理堵塞管道是,可用水蒸氣慢慢疏通,千萬不能用黑色金屬敲打或明火加熱。拆卸的管道,設備應移至車間外安全地點,用水蒸氣反復沖洗,刷洗殘留物,經(jīng)分析合格后,才能進行檢修。
四、磺化反應
在有機分子中導入磺酸基或其衍生物的化學反應稱為磺化反應。磺化反應使用的磺化劑主要是濃硫酸、發(fā)煙硫酸和硫酸酐,都是強烈的吸水劑。吸水時放熱,會引起溫度升高,甚至發(fā)生爆炸?;腔瘎┯懈g作用?;腔磻拖趸磻诎踩夹g(shù)上基本相似。不再贅述。
五、氯化反應
以氯原子取代有機化合物中的氫原子的反應稱為氯化反應。最常用的氯化劑是液態(tài)或氣態(tài)的氯、氣態(tài)的氯化氫和不同濃度的鹽酸、磷酰氯(三氯氧化磷)、三氯化磷、硫酰氯(二氯硫酰)、次氯酸鈣(漂白粉)等。最常用的氯化劑是氯氣。氯氣由氯化鈉電解得到,通過液化存儲和運輸。常用的容器有儲罐、氣瓶和槽車,它們都是壓力容器。氯氣的毒性很大,要防止設備泄漏。
在化工生產(chǎn)中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、戊烷、苯、甲苯及萘等,他們都是易燃易爆物質(zhì)。
氯化反應是放熱反應。有些反應比較容易進行,如芳烴氯化,反應溫度較低。而烷烴和烯烴氯化反應溫度高達300-500攝氏度。在這樣苛刻的反應條件下,一定要控制好反應溫度、配料比和進料速度。反應器要有良好的冷卻系統(tǒng)。設備和管道要耐腐蝕,因為氯氣和氯化產(chǎn)物(氯化氫)的腐蝕性極強。
氣瓶和儲罐中的氯氣呈液態(tài),冬天氣化較慢,有時需加熱,以促使氯氣的氣化。加熱一般用溫水而切忌用蒸汽或明火,以免溫度過高,液氯劇烈氣化,造成內(nèi)壓過高而發(fā)生爆炸。停止通氯時,應在氯氣瓶尚未冷卻的情況下關(guān)閉出口閥,以免溫度驟降,瓶內(nèi)氯氣體積縮小,造成物料倒灌,形成爆炸性氣體。
三氯化磷、三氯氧磷等遇水猛烈分解,會引起沖料或爆炸所以要防水。冷卻劑做好不用水。
氯化氫極易溶于水,可以用來冷卻和吸收氯化反應的尾氣。
六、裂解反應
廣義地說,凡是有機化合物在高溫下分子發(fā)生分解的反應過程都稱為裂解。而石油化工中所謂的裂解是指石油烴(裂解原料)在隔絕空氣和高溫條件下,分子發(fā)生分解反應而生成小分子烴類的過程。在這個過程中還伴隨著其他的反應(如縮合反應),生成一些特別的反應物(如有較小分子的烴縮合成較大分子的烴)。
裂解是總稱,不同的情況,可以有不同的名稱。如單純加熱不使用催化劑的裂解稱為熱裂解;使用催化劑的裂解稱為催化裂解;使用添加劑的裂解,隨著添加劑的不同,有水蒸汽裂解、加氫裂解等。
石油化工中的裂解與石油煉制工業(yè)中的裂化有共同點,即都符合前面所說的廣義定義。但是也有不同,主要區(qū)別有二:一是所用的溫度不同,一般答題以600℃為分界,在600℃以上所進行的過程為裂解,在600℃以下的過程為裂化;二是生產(chǎn)的目的不同,前者的目的產(chǎn)物為乙烯、丙烯、乙炔、聯(lián)產(chǎn)丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等化工產(chǎn)品,后者的目的產(chǎn)物是汽油、煤油等燃料油。
在石油化工中用的最為廣泛的是水蒸氣裂解。其設備為管式裂解爐。
裂解反應在裂解爐的爐管內(nèi)并在很高的溫度(以輕柴油裂解指乙烯為例,裂解氣的出口溫度近800℃)很短的時間內(nèi)(0.7s)完成,以防止裂解氣體二次反應而是裂解爐管內(nèi)結(jié)焦。
爐管內(nèi)結(jié)焦會使流體阻力增加,影響生產(chǎn)。同時影響傳熱,當焦層達到一定厚度時,因爐管壁溫度過高,而不能繼續(xù)運行下去,必須進行清焦,否則會燒穿爐管,裂解氣外泄,引起裂解爐爆炸。
裂解爐運轉(zhuǎn)中,一些外界因素可能危及裂解爐的安全。這些不安全因素大致有以下幾個。
1、引風機故障,引風機是不斷排除爐管內(nèi)煙氣的裝置。在裂解爐正常運行中,如果由于斷電或引風機機械故障而使引風機突然停轉(zhuǎn),則爐膛內(nèi)很快變成正壓,會從窺視孔或燒嘴等處向外噴火,嚴重時會引起爐膛爆炸。為此,必須設置連鎖裝置,一旦引風機故障停車,則裂解爐自動停止進料并切斷燃料供應。但應繼續(xù)供應稀釋蒸汽,以帶走爐膛內(nèi)的余熱。
2、燃料氣壓力降低裂解爐正常運行中,如果燃料系統(tǒng)大幅度波動,燃料氣壓力過低,則可能造成裂解爐燒嘴回火,使燒嘴燒壞,甚至會引起爆炸。
裂解爐內(nèi)采用燃料油做燃料是,如燃料油的壓力降低,也會使油嘴回火。因此,當燃料油壓降低時應自動切斷燃料油的供應,同時停止進料。當裂解爐同時使用油和氣為燃料是,如果油壓降低,則在切斷燃料油的同時,將燃料氣切入燒嘴,裂解爐可繼續(xù)維持運轉(zhuǎn)。
3、其他公用工程故障,裂解爐其他公用工程中斷,則廢熱鍋爐汽包液面迅速下降,如果不及時停爐,必然會使廢熱鍋爐爐管、裂解爐對流段鍋爐給水預熱管損壞。
此外,水、電、蒸汽出現(xiàn)故障,均能使裂解爐造成事故。在這種情況先,裂解爐應能自動停車。
七、聚合反應
由低分子單體合成聚合物的反應稱為聚合反應。聚合反應的類型很多,按聚合物和單體元素組成結(jié)構(gòu)的不同,可分成加聚反應和縮聚反應兩大類。
單體加成而聚合起來的反應叫做加聚反應。氯乙烯聚合成聚氯乙烯就是加聚反應。
加聚反應產(chǎn)物的元素組成與原料單體相同,僅結(jié)構(gòu)不同,其分子量是單體分子量的整數(shù)倍。
另外一種聚合反應中,除了生成聚合物外,同時還有低分子副產(chǎn)物生成,這類聚合反應稱為縮聚反應。例如己二胺和己二醇反應生成尼龍-66的縮聚反應。
縮聚反應中的單體分子中都有官能團,根據(jù)單體官能團的不同,低分子副產(chǎn)物可能是誰、醇、氨、氯化氫等。
由于聚合物的單體大多數(shù)都是易燃易爆物質(zhì),聚合反應多在高壓下進行,反應本身又是放熱過程,所以如果反應條件控制不當,很容易出事故。例如乙烯在溫度為150~3000℃;壓力為130~300mpa的條件下聚合成聚乙烯。在這種條件先,乙烯不穩(wěn)定。一旦分解,會產(chǎn)生巨大的熱量。進而反應加劇,可能引起暴聚,反應器和分解器可能發(fā)生爆炸。
聚合反應過程中的不安全因素
1、單體在壓縮過程中或在高壓系統(tǒng)中泄漏,發(fā)生火災爆炸。
2、聚合反應中加入的引發(fā)劑都是化學活潑性很強的過氧化物,一旦配料比控制不當,容易引起暴聚,反應器壓力驟增易引起爆炸。
3、聚合反應未能及時導出,如減半發(fā)生故障、停電、停水,由于反應釜內(nèi)聚合物粘壁作用,使反應熱不能導出,造成局部過熱或反應釜急劇升溫,發(fā)生爆炸,引起容器破裂,可燃氣外泄。
針對上述不安全因素,應設置可燃氣體檢測報警器,一旦發(fā)現(xiàn)設備、管道有可燃氣體泄漏,將自動停車。
對催化劑、引發(fā)劑等要加強存儲、運輸、調(diào)配、注入等工序的嚴格管理。反應釜的攪拌和溫度應有檢測和聯(lián)鎖,發(fā)現(xiàn)異常能自動停止進料。高壓分離系統(tǒng)應設置爆破片、導爆管,并有良好的靜電接地系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)異常,及時泄壓。