典型化学反应的危险性及基本安全技术

典型化学反应的危险性及

基本安全技术

Written by Peter at 2021 in January

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，还要看它所包含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。倘若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。要有料号的搅拌和冷却装置，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，工业上采用加入惰性气体（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突出；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，下面就不同情况作一介绍。

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。若急于中和，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，平时不能暴露在空气中，而要浸在酒精中保存。反应前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，并以氮封保存。

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。厂房的电气设备必须符合防爆要求，且应采用轻质屋顶，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。

四氢化锂铝有良好的还原性，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，反应较温和。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。

采用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，稀释应在有搅拌和冷却情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，在不断搅拌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。更不能把未经稀释的浓硫酸与硝酸混合，因为浓硫酸猛烈吸收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。

配制成的混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性，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良好的冷却和搅拌，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。