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化工常见化学反应及其安全技术

化工常见化学反应及其安全技术 2011年12月02日 来源： 　　1 引言

化工生产是以化学反应为主要特征的生产过程，具有易燃、易爆、有毒、有害、有腐蚀等特点，因此安全生产在化工中尤为重要。不同类型的化学反应，因其反应特点不同，潜在的危险性亦不同，生产中规定有相应的安全操作要求。一般情况下，中和反应、复分解反应、脂化反应较少危险性，操作较易控制；但不少化学反应如氧化、硝化反应等就存在火灾和爆炸的危险，操作较难控制，必须特别注意安全。

2 不同类型的化学反应及其安全技术

2.1氧化反应

绝大多数氧化反应都是强放热反应，作为氧源的氧化剂具有助燃作用，若反应物与空气或氧配比不当，反应温度或压力控制失调，就易发生燃烧爆炸。因此，对氧化反应一定要严格控制氧化剂的配料比，投料速度也不宜过快，并要有良好的搅拌和冷却装置，以防温升过快、过高。尤其是沸点较低（挥发度则较大）的有机物，存在高火险，如乙醚、乙醛、乙酸甲脂等具有极度易燃性，其闪点＜0℃；乙醇、乙苯、乙酸丙脂等具有高度易燃性，其闪点＜21℃。大多数化学溶剂属于易燃性物质，闪点在21-55℃。闪点和爆炸极限是液体火灾爆炸危险性的主要标志，即闪点越低，越易起火燃烧，燃烧爆炸的危险性越大。所以，对氧化剂和反应物料配比应严格控制在爆炸范围以外，如：乙烯氧化制环氧乙烷，必须控制氧含量＜9%，其产物环氧乙烷在空气中的爆炸极限范围很宽，为3%-100%，工业上采用加入惰性气体（N2或CO2）的方法来缩小反应系统的爆炸极限，增加其安全性。

在使用高锰酸盐、亚氯酸钠、过氧化物、硝酸等强氧化剂时，为安全起见，应采用低浓度或低温操作，以免发生燃烧和爆炸。对具有高火险的粉状金属（钙、钛）、氢化钾、乙硼烷、硼化氢、磷化氢等自燃性物质，为避免可能发生的火灾或爆炸，同样在加工时必须与空气隔绝，或在较低的温度条件下操作。绝大多数氧化剂都是高毒性化合物，会造成氧化性危险，有些是刺激性气体，如硫酸、氯酸烟雾；有些是窒息性气体，如硝酸烟雾、氯气，所以在防火防爆的同时还要注意防毒。

2.2还原反应

多数还原反应的反应过程比较缓和，但不少还原反应会产生或使用氢，增加了发生火灾爆炸的危险性。如：钠、钾、钙及氢化物，与水或水蒸气会发生程度不同的水敏性放热反应，释放出易燃气体氢；氮、硫、碳、硼、硅、砷、磷类化合物与水或水蒸气反应，会生成挥发性氢化物；苯加氢生成环己烷，还原剂本身就具有燃烧爆炸的危险性。氢气的爆炸极限为4%-75.6%，当反应不仅有氢气存在，而且又在加温加压条件下进行时，若操作不当或设备泄漏，就极易引发爆炸，所以操作中要严格控制温度、压力和流量。

常用还原剂中火险大的物质有硼氢类、氢化钠、异丙醇铝等。硼氢类还原剂常用钾硼氢和钠硼氢，它们都遇水燃烧，在潮湿的空气中能自燃，所以应储存于干燥的密闭容器内。采用还原性强而危险性又小的新型还原剂如硫化钠对安全生产具有重要意义，近年来已在推广使用。

2.3硝化反应

硝化反应中常用的硝化剂是浓硝酸或混酸（浓硝酸和浓硫酸的混合物），也有用氧化氮气体作硝化剂的。制备混酸时，应先用水将浓硫酸稀释，在不断搅拌和冷却条件下加浓硝酸，并且严格控制温度和酸的配比，严防冲料或爆炸。配制成的混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性，必须防止触及人体和衣物。

硝化剂是强氧化剂，硝化反应是放热反应，硝化产物具有爆炸性，所以硝化反应潜在的危险性较大。为避免反应失常或产生爆炸，操作中必须精心控制反应温度和浓度，避免一切摩擦、撞击、高温因素，不得接触明火和酸、碱物质等。硝化反应器要有良好的冷却和搅拌装置，要有灵敏的温度控制和报警系统。同时，硝化反应的腐蚀性很强，要注意设备、管道的防腐蚀性能，以防渗漏酿成事故。

2.4氯化反应

常用的氯化剂有液态或气态氯、气态氯化氢和不同浓度的盐酸、三氯化磷、次氯酸钙等。最常用的氯化剂是氯气，其毒性很大，必须严防泄漏，用气瓶或储罐灌装时要密切注意外界温度和压力的影响。三氯化磷遇水会猛烈分解，易引起冲料或爆炸，所以一定要防水。

化工生产中用以氯化的原料一般是甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯等，它们都是易燃易爆物质。氯化反应是放热反应，芳烃氯化的反应温度较低，而烷烃和烯烃的氯化则高达300-500℃。在这样苛刻的反应条件下，控制温度、浓度和加料速度至关重要。另外，氯化反应器要有良好的冷却系统，设备和管道要能耐腐蚀。

2.5裂解反应

石油化工中的裂解是指石油烃在隔绝空气和高温条件下分子发生分解反应的过程，一般温度＞600℃，比如用轻柴油裂解制乙烯，裂解炉的出口温度近800℃。要排除一切可能危及裂解炉的不安全因素，维持炉内负压防止向外喷火，控制燃料气压力不得过低等。

2.6聚合反应

聚合反应可分成加聚反应和缩聚反应两大类，氯乙烯聚合成聚氯乙烯就是加聚反应，己二胺和己二酸反应生成尼龙-66就是缩聚反应。由于聚合物的单体大多数是易燃易爆物质，聚合反应多在高压下进行，反应本身又是放热过程，所以反应控制不当极易发生事故。例如：乙烯在130MPa-300MPa的条件下聚合成聚乙烯，此时乙烯不稳定，一旦分解会产生巨大的热量造成反应加剧，有可能引起暴聚，进而引发反应器爆炸。所以，对聚合反应中的不安全因素，如设备泄漏、加入引发剂配料不当、反应热不能及时导出等必须排除。

2.7卤化反应

氟、氯、溴、碘是有重要工业价值的卤族元素。卤化反应为强放热反应，氟化反应放热最强，反应最难控制。如氟与烃类的直接反应很强烈，易引发爆炸，所以气相反应一般要用惰性气体稀释。氯化反应不论气相或液相反应，都具有潜在的危险性。

3 防火防爆安全措施

综上所述，化工生产中必须对各类化学反应所具有的燃、爆、毒、腐蚀等危害性给予高度重视，应采取以下安全措施进行防火防爆：对易燃易爆气体，控制其浓度在安全范围内；用惰性气体取代空气；把氧气浓度降至极限值以下。对易燃易爆液体，避免其蒸气浓度达到爆炸下限，采取在液面上方施加惰性气体覆盖；降低加工温度，保持较低的蒸气压，使其达不到爆炸浓度。对易燃易爆固体，加工时避免暴热和形成爆炸性粉尘，采取粉碎、研磨、筛分时施加惰性介质保护；安装降温设施，迅速移走摩擦热、撞击热；配置通风设备，使易燃粉尘迅速排除。对遇湿空气或水燃烧的物质，采取隔绝空气或防水、防潮措施。对自燃性物质，采取通风、散热、降温等措施，以免达到自燃点。为防止易燃气体、蒸气与空气混合形成爆炸性气体，设备应保持良好的密闭性，并在生产场所避免明火或火花，切实做到防火防爆。总之，重视安全生产，安全措施得当，操作严格认真，化工燃爆中毒事故就是可以避免的。

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