乙炔生产充装操作基础知识培训讲义

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理想气体状态方程对所有气体都适用，其条件是低压、高温。 �实际气体不能按理想气体求取三者关系。因此，我们把某一任意状态下的 pV 乘积 值与该气体在标准状态（0℃、1atm）下的 p0V0 乘积值之比称为阿玛伽单位压缩系数 （亦称压缩成度系数） ，以 Am 表示。 �Am 是实验系数。乙炔在不同温度、压力下的 Am 值列于教材中表 5.5。
乙炔瓶安全充装四四四四乙炔设备操作乙炔设备操作乙炔设备操作乙炔设备操作五五五五乙炔瓶充装操作乙炔瓶充装操作乙炔瓶充装操作乙炔瓶充装操作六六六六习题习题习题习题乙炔生产充装操作基础知识培训讲义2一一乙炔性质及生产工艺乙炔性质及生产工艺1
乙炔生产充装操作基础知识
培训讲义
######乙炔制造有限公司 2007 年 7 月
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一、 乙炔性质及生产工艺
1. 乙炔性质 ⑴ 物理性质： 乙炔是一种不饱和的碳氢化合物。在常温常压下乙炔呈气态，比空气略轻。纯乙炔是 一种无色的可燃气体，具有微弱的醚味。用电石制取的工业乙炔，因含有少量的磷化 氢和硫化氢等杂质而具有刺鼻的臭味。 （一） 、基础物性参数 1.分了式：C2H2；结构式 HC≡CH；乙炔分子量 26.038；标准状态下的克分子体积 22.223L.，熔点-81.8℃/119Kpa，密度 1.17167Kg/m3,相对密度（空气=1）0.91，临界 温度 35.18℃，临界压力 6.19Mpa。 2.密度 乙炔气体在标准状态下的密度为 1.17167kg/m3。乙炔的密度随温度、压力而变化。 乙 炔对空气的比重为 0.906（空气为 1） 。由于比空气轻,在空气中扩散时它是上升的。 3.相点参数 物质的气、 液、 固三相处于平衡状态时称为三相点。 乙炔的三相点温度 192.6K （-80.55 ℃）三相点压力为 128kPa。若将纯乙炔气冷却到-83～-84℃以下，在常压下乙炔并不 液化而直接固化，得到雪状带弹性的固体乙炔。液体乙炔具有爆炸性，但固体乙炔在 通常状态下是比较稳定的。 当在 189.13K 时，固态乙炔的密度为 0.729g/cm3。 4.临界点参数 �对瓶装介质的状态而言，主要是气态和液态之间的互变，即气-液相变。在临界点， 气液不分，介面消失。乙炔的临界温度为 308.33K(35.18℃)；临界压力为 6.19kPa； 临界密度为 230.85kg/m3。 乙炔液化压力与温度的关系 温度[℃] -20 -15 -10 -5 5 3 压力[Kgf/m ] 17.5 20.0 22.5 26.05 28.5 5.粘度 �粘度是用来度量流体粘性大小的物理量。粘度大，流体流动时粘性力大，流动性差。 6．导热系数 �乙炔在临界状态下的导热系数为 212.522J/m.h.K,在 0℃和 760 毫米汞柱时， 乙炔的导 热系数为 66.319J/m.h.K。 7.热容量 �乙炔气体，在压力或容积不变的情况下使温度变化 1℃所需的热量显著不同，故分 为定压比热容 Cp 和定容比热容 cv。气体量的单位可取公斤、摩尔等。 8.在 0℃和 760mmHg 状态下，声音在乙炔中的传播速度为 328m/s。 (二)、乙炔的ρ-V-T 关系 �理想气体状态方程如下： pV=nPT �式中：p——气体压力（Pa） � V——n 摩尔气体在 p、T 时所占体积（m3） ； � n——气体的摩尔数（mol） ； � T——绝对温度（K） ； � R——通用气体常数，R=8.314(J/K·mol) --- 2 ---
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(三)、溶解性 乙炔的溶解性: 乙炔易溶于丙酮等有机溶剂中,稍溶于水。压力增大时溶解度增 加,温度降低时解度增加。15℃、1.52 MPa 压力下 1Kg 丙酮可溶解 546g 的乙炔，在 常压下释放时可放出 512 g 的乙炔，34g 乙炔被溶解残留在丙酮中，此残留部分称为 饱和气体。同样，在乙炔生产的回用水中也存在饱和乙炔。 乙炔在不同溶剂中的溶解度(1atm) 饱和盐水 石灰乳 溶剂 水 水 水 水 丙酮 DMF 温度[℃] 1 10 20 30 25 15 15 20 溶解度[体积/体积] 1.97 1.561 1.229 1.006 0.32 0.75 23 33-37 1、乙炔溶剂的选择 �能适合作为溶解乙炔的溶剂，要符合下述条件： �a.溶解度大。在 15 个大气压力下和常压下对乙炔的溶解度差值要大，解吸容易。 �b.稳定性好。长时间反复进行乙炔的溶解和释放稳定性要好，危险性尽可能小。 �c.挥发性小。随乙炔气释放的消耗量尽可能少。 �d.价格较便宜。 �目前被确认为最适合的溶剂是丙酮和 DMF。我国采用丙酮作为乙炔的溶剂。 2、影响溶解度的因素 �溶解度（平衡溶解度）是一定温度下气液平衡时，一定量溶剂能溶解的最大溶解量。 �a.温度：温度升高气体溶解度降低。因为温度升高，气体分子动能增大，向外逃逸 分子数增多。从提高溶质在溶剂中溶解度来说，采用较低温度为好。 �b.压力：在低压下气体在液体中溶解度与气相中分压成正比。故增大气相中溶质压 力，可提高气体在液体中的溶解度。 �c.溶剂：典型的无机化合物，一般不在有机溶剂中溶解，但多数可溶于水中。典型 的有机化合物，一般不溶于水却易溶于有机溶剂中。乙炔易溶于丙酮、DMF 等有机 溶剂中， ， 稍溶于水。 另外， 化学结构相类似的物质， 彼此容易相互溶解， 乙炔在 DMF 中的溶解度比丙酮大。 �乙炔能溶解于许多液体中。我国在溶解乙炔的生产中采用丙酮作为溶解剂。1kg 的 丙酮在 15℃，1.52Mpa 压力下，溶解 546g 的乙炔；如在常压下将其释放，放出 512g 气体，34g 被溶解残留在溶剂中。此残留部分称为饱和气体。 3．溶解热 �气体（如乙炔）溶于液体（如丙酮）中时，产生的热效应为溶解热。乙炔气溶于丙 酮中是一个放热过程。当压力为 0.1～2.13Mpa，温度为 17～25℃时，乙炔在丙酮中 的平均溶解热为 14.067kJ/mol。据此数据，对容积 40L，丙酮装量 17L，在环境温度 20℃下充装 6.5kg 乙炔，可求得乙炔瓶如不冷却，则温度可升至 95℃。这是一个极为 危险的温度，它可能导致乙炔分解爆炸。这是为什么在充装乙炔气时，流速不能太快 而且必须冷却、静置的根本原因。 --- 3 ---
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�（四） 、聚合反应和分解爆炸 �乙炔容易聚合。 �乙炔聚合时放热，温度越高聚合速度越快，热量的积聚会进一步加速聚合，同时也
会发生分解，其结果会引起爆炸。 �通常，物质分解时是吸热的，而乙炔分解时是放热的 。乙炔分解时放出了由碳、 氢 二种组份组成 C2H2 时的全部能量，因而会引起分解爆炸 乙炔主要用途：有机合成的重要用料；合成橡胶、合成纤维和塑料的单体；用于氧炔 焊割。 ⑶ 乙炔的爆炸性质 危险特性：极易燃烧爆炸，与空气混合能形成爆炸混合物。遇明火、高热能引起燃烧 爆炸，与氧化剂接触会猛烈反应，与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。能与铜、 银、汞等化合物生成爆炸性物质。禁忌与氯气、四氯化碳、助燃物、铜、银、汞等化 合物接触。 �溶解乙炔工业的工艺并不复杂，技术上也是成熟的。但是，乙炔生产和使用中都发 生过许多火灾爆炸事故，给人们带来很大的损失。因此，对乙炔的燃烧爆炸危险性要 有足够的认识。 （一） 、乙炔的易燃易爆特性 �1．乙炔的自燃点比较低 �乙炔气在空气中的自燃点为 305℃，在氧中自燃点 296℃。当乙炔气中磷化氢含量大 于 200PPm 时，它在空气中的自燃点可低达 100℃。 �2．最小点火能最小 �乙炔气在空气中的最小点火能只有 0.019mJ， 与氢气相同， 约为一般易燃气体的十分 之一。乙炔在氧气中最小点火能为 0.0003mJ。 �3．乙炔的爆炸范围大 �乙炔气在空气中的爆炸范围为 2.5%～100%,在氧气中的爆炸范围为 2.8%～100%。 �4．乙炔的传播能力强 �乙炔的最小传播间隙小于 0.4mm。乙炔的传播速度在点火距离 10m 处可达 2000m/s 以上。 �5．乙炔能发生分解爆炸 �纯乙炔在压力 0.147Mpa 时，温度达到 580℃就开始分解爆炸。高压乙炔，更容易产 生分解爆炸。 �6．乙炔还具有化合爆炸性 乙炔与氯气相遇，会发生激烈化学反应，在一定条件下产生燃爆。乙炔与铜、银 等金属长期接触，能生成乙炔铜、乙炔银等易爆物质。 (二)、乙炔燃烧爆炸的发火源 乙炔与空气（或氧气）混合，达到一定浓度。遇有足够的点火能就会引起爆炸。 各种发火源如表： �各种发火源中，光能对乙炔几乎没有影响，其他各种发火源都能引起乙炔的燃烧和 爆炸。 �人们对明火（如火焰、电火花、电弧等）比较重视并通过管理加以制止，而对一些 不明显而又微小的发火源（如静电、摩擦、撞击、绝热压缩）则容易忽视。 1.静电 �乙炔在生产中的设备管道内流动时可能产生静电，乙炔气由阀门，喷口式缝隙处高 --水合物 乙炔的水合物:在一定压力和温度下，乙炔与水接触时，能生成冰雪状的水合晶 体，乙炔水合晶体是由一个乙炔分子和 5.75 个水分子构成，分子式为 C2H2·5.75H2O， 乙炔水合晶体形成时，可淤塞管道，使管子通径缩小，严重时可完全堵塞，通常所说 的乙炔管道“冻死”多数情况就是在管道中形成了乙炔水合晶体。 乙炔水合晶体在低温、高压及乙炔带水的情况下形成，产生水合晶体的临界温度 为+16℃，16℃以上时，无论压力多高，都不会形成水合晶体。 乙炔水合晶体平平状态下温度与压力的关系 压力（MPa） （表压） 0.59 0.78 0.98 1.18 1.47 1.96 2.45 2.94 极限温度（℃） +2 +4 +6 +8 +10 ++12 +13.5 +15 �一般认为，乙炔水合晶体只能在压缩机至高压干燥器之间的管道内生成。如果发现 有水合晶体生成，可通过升温降压予以消除。 （五） 、蒸汽压 �液体蒸发产生蒸汽，蒸汽分子碰撞器壁的压力称为蒸汽压，对纯液体而言，在一定 的温度压力下，当液体的蒸发量与蒸汽的冷凝量相等时，达到汽液动平衡，这种状态 称为饱和状态，其对应压力称为饱和蒸汽压，而液体称为饱和液体，此时对应的温度 称饱和温度。液体蒸汽压随温度升高而升高。 �高压气态乙炔的化学性质很不稳定，高压液态乙炔更危险，激发能量很低，稍受震 动或冲击就会发生爆炸，十九世纪末，美国、法国、德国在常温的条件下输送液态乙 炔，结果都导致了灾难性的大爆炸，所以在乙炔的生产过程中，一定要避免，防止液 态乙炔的生成。 �防止液态乙炔产生的措施：①不要超压特别是环境温度较低，且压力超高时就可能 产生液体乙炔。②要求高压干燥器必须保持在 5℃以上操作。③乙炔充灌切忌超压， 超温，防止在乙炔瓶中产生液体乙炔。 ⑵化学性质 �乙炔的化学性质非常活泼，容易和其他物质起化学反应，而且乙炔的氧化、加成、 聚合、分解等反应大都是放热反应，释放出大量能量，甚至发生爆炸。 �（一） 、氧化反应 �乙炔性质活泼，特别容易被氧化剂氧化，氧化时三键断裂生成 CO2。 如乙炔燃烧---被氧气氧化反应，温度可达 3500℃ �（二） 、加成反应 �1.加氢：乙炔在催化剂作用下，可与一分子氢加成生成乙烯，当氢过量时，可进一 步加氢生成乙烷。 �2．加氯：乙炔与氯也能进行加成反应生成二氯乙烯及四氯乙烷 �3．加氯化氢：乙炔能和二个 HCL 进行反应，且反应能停留在中间阶段，工业合成 氯乙烯方法之一是乙炔法，它是在 150～160℃下，使乙炔与 HCL 的混合气通过吸附 在活性炭上的氯化汞的催化作用反应的。 �4．加氰化氢：在催化剂作用下，乙炔在 80～90℃时能与氰化氢进行加成反应，生 成丙烯腈产品。 �5． 加水： 乙炔在一般条件下不与水反应， 但条件改变， 乙炔也能和水反应生成乙醛 。 �（三） 、取代反应 �在乙炔分子中三键碳原子上的氢原子，非常活泼，我们叫它为活泼氢，它最大特性 是易被某些金属取代，生成乙炔的金属化合物（称炔化物） 。 --- 4 ---
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目录
一、 乙炔性质及生产工艺 1. 乙炔性质 [1] 物理性质 [2] 化学性质 [3] 乙炔的爆炸性质 [4] 乙炔对人体的影响 电石 丙酮 2. 乙炔生产工艺 3. 乙炔危险性及事故预防措施 二、 乙炔设备 1. 乙炔发生器 2. 乙炔净化装置 3. 乙炔压缩机 4. 乙炔干燥器 5. 乙炔充灌排 6. 乙炔安全附件 7. 乙炔设备控制 三、 乙炔瓶构造及安全充装 1. 乙炔瓶构造 2. 乙炔瓶安全充装 四、 乙炔设备操作 五、 乙炔瓶充装操作 六、 习题