典型化工过程安全技术及实例分析
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（2）向塔内提供一定量的易挥 发组分，以维持精馏塔的正常操作。
y1 L,xD D,xD
W, xW
9
精馏操作流程
将原料液进入的层板 称为加料板，加料板 以上的塔段，作用是 把上升蒸气中易挥发 组分进一步提浓，称 为精馏段；加料板以 下的塔段（包括加料 板），其作用是从下 降液体中提取易挥发 10 组分，称为提馏段。
化工安全工程
典型化工过程安全技术及实例分析
7.1空分过程安全技术
空分就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再 经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的过程。
污氮放空
Biblioteka Baidu
空气 空
气 除 尘
氧气
空
空
前
深
氮气
气
气
端
冷
压
预
净
分
粗氩
缩
冷
化
离
液态
产品
空分全过程示意图
2
16
5）储存
(1)储存压力不同，相应的储存设备也不一样，有胶质储气囊、湿式储气柜、球形罐和筒 形罐等。
(2)液氧储槽与其他建筑物、储罐及道路等，应按气态氧折算后(液氧在常温常压下体积扩 大798倍)留出防火距离。
(3)制氧车间不得设有储油量大于25L的高压开关。
(4)从分离装置中排出的液氧，不得向室内排放，应用管道排至室外的安全地点，宜设回 收装置。
7
精馏原理 1、液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的难挥发组 分 2、汽体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的易挥发组 分 3、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作 精馏塔由若干块塔板构成，每块塔板均为理论板，其上温度 为泡点
8
精馏操作流程和精馏塔 主要设备：精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝 器、原料液预热器、回流液泵等。 再沸器的作用：提供一定量的上升蒸气流。 冷凝器的作用：提供塔顶液相产品及保证有 F,xF 适宜的液相回流。 回流的作用:（1）提高塔顶产品纯度；
也可能引起燃烧或爆炸事故。
15
4）空分过程异常工况在线安全诊断技术 目前，对空分过程的监视主要是利用现场DCS（分布式控制系统 ，Distribute
d Control System ）进行实时单变量监视，采用人工观测的方法基于机理和经验 对“氮塞”等空分异常判断。也有采用比较前沿的现代分析技术，结合空分过程的 故障诊断特性，应用动态主元分析(Dynamic Principal Component Analysis， DPCA)方法建立了空分过程异常工况的在线诊断系统，该系统对故障的报警率为10 0%，误报率约4%。
对于化工企业来说，重点应在以下环节对空分设备加强管理和监测：
①空压机系统 ②预冷系统
③纯化系统
④增压膨胀系统
⑤冷箱
⑥液体储槽
⑦主冷防爆
17
SASOL，102,200Nm3/h，冷箱，APCI
18
特立尼达，82,000Nm3/h，APCI
19
唐山，28,000Nm3/h，APCI
20
南化，48,200Nm3/h，APCI
过程危险性分析及安全技术
1）空气压缩单元 空分装置最容易发生的安全事故是因装置总烃含量超标，造
成主冷凝器发生爆炸。所以对空分空气吸入口的空气的质量要 求较高，一般要求空分装置空气入口的空气总烃含量小于8×1 0-6。在空气压缩单元，火灾爆炸事故大多发生在压缩机轴瓦、 排气管道和设备(冷却器、油分离器和缓冲器等)中。
板式塔
•分类 填料塔
x ，t n-1 n-1
yn，tn
工作原理：
理论板： 精馏段： 提馏段：
y ，t n+1 n+1
xn，tn
进料板（加料板）：
11
如何确定加料 板位置？
精馏段
进料板 提馏段
12
最小回流比 当回流比减少到某一极限值时，两条操作线的交点d 落在相平 衡线上，此时梯级无法跨过d，所需的理论塔板数为无穷大， 这时的回流比称为最小回流比Rmin 当回流比小于Rmin,操作线和q 线的交点落在平衡线外，精馏操 作无法完成
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介质危险性分析
1）氧气 常压下，当氧的浓度超过40％时，有可能发生氧中毒。吸入40％～60％的氧
时，出现胸骨后不适感、轻咳，进而胸闷、胸骨后烧灼感和呼吸困难，咳嗽加剧；严 重时可发生肺水肿，甚至出现呼吸窘迫综合征。吸入氧浓度在80％以上时，出现面 部肌肉抽动、面色苍白、眩晕、心动过速、虚脱，继而全身强直性抽搐、昏迷、呼吸 衰竭而死亡。
3
外压缩流程
4
内压缩流程
5
空压机组
6
2）精馏单元 空气在精馏塔内经液化分离成氧气和氮气，这是空分装置的关键设备。精馏塔操
作中的主要危险性是乙炔以及其他危险物质在液态氧中引起的爆炸。导致精馏塔爆 炸的主要原因是液氧中富集了过量的易燃易爆物质，主要是乙炔、碳氢化合物、油 及其热裂解的轻馏分，其次还有氯氧化物、臭氧、二氧化碳和硫化物等。
长期处于氧分压为60～100kPa(相当于吸入氧浓度40％左右)的条件下可发生眼 损害，严重者可失明。 2）氮气
空气中氮气含量过高，使吸入氧气分压下降，引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不 太高时，患者最初感胸闷、气短、疲软无力；继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫 喊、神情恍惚、步态不稳，称之为“氮酩酊”，可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度， 患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
影响塔板效率的因素 （1）物系性质 （2）塔板结构 （3）操作条件
13
回流比
再沸器
L
D
RL D
1、为什么要回流？ 2、为什么要再沸？
14
3）压送环节 （1）液氧压送 液氧的压送主要是通过液氧泵来完成的，液氧泵由于管理不善，检修质量差，
采用材质不当时，也会发生爆炸。 （2）氧气输送 氧气一般通过管道来输送，由于管理不当或操作失误，输送氧气的管道阀门处
潜水员深潜时，可发生氮的麻醉作用；若从高压环境下过快转人常压环境，体 内会形成氮气气泡，压迫神经、血管或造成微血管阻塞，发生“减压病”。 3）危险杂质的清除
危险杂质在一定的条件下会引起爆炸，因此，清除大气中有害杂质，是保证空 分装置安全的基本要求。
22
7.2氧化反应过程安全技术
广义地讲，氧化是指失去电子的作用；狭义的讲，氧化是指 物质与氧的化合作用。氧化反应在化工生产中得到广泛的应用。 如氨氧化制硝酸、甲苯氧化制苯甲酸、乙烯氧化制环氧乙烷等。 氧化剂包括无机氧化剂和有机氧化剂，无机氧化剂包括：高价 金属氧化物、高价金属盐、硝酸、硫酸、氯酸钠、臭氧、过氧 化氢等；有机氧化剂一般是缓和的氧化剂，包括硝基物、亚硝 基物、过氧酸以及与无机氧化物形成的复合氧化剂。
y1 L,xD D,xD
W, xW
9
精馏操作流程
将原料液进入的层板 称为加料板，加料板 以上的塔段，作用是 把上升蒸气中易挥发 组分进一步提浓，称 为精馏段；加料板以 下的塔段（包括加料 板），其作用是从下 降液体中提取易挥发 10 组分，称为提馏段。
化工安全工程
典型化工过程安全技术及实例分析
7.1空分过程安全技术
空分就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再 经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的过程。
污氮放空
Biblioteka Baidu
空气 空
气 除 尘
氧气
空
空
前
深
氮气
气
气
端
冷
压
预
净
分
粗氩
缩
冷
化
离
液态
产品
空分全过程示意图
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16
5）储存
(1)储存压力不同，相应的储存设备也不一样，有胶质储气囊、湿式储气柜、球形罐和筒 形罐等。
(2)液氧储槽与其他建筑物、储罐及道路等，应按气态氧折算后(液氧在常温常压下体积扩 大798倍)留出防火距离。
(3)制氧车间不得设有储油量大于25L的高压开关。
(4)从分离装置中排出的液氧，不得向室内排放，应用管道排至室外的安全地点，宜设回 收装置。
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精馏原理 1、液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的难挥发组 分 2、汽体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的易挥发组 分 3、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作 精馏塔由若干块塔板构成，每块塔板均为理论板，其上温度 为泡点
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精馏操作流程和精馏塔 主要设备：精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝 器、原料液预热器、回流液泵等。 再沸器的作用：提供一定量的上升蒸气流。 冷凝器的作用：提供塔顶液相产品及保证有 F,xF 适宜的液相回流。 回流的作用:（1）提高塔顶产品纯度；
也可能引起燃烧或爆炸事故。
15
4）空分过程异常工况在线安全诊断技术 目前，对空分过程的监视主要是利用现场DCS（分布式控制系统 ，Distribute
d Control System ）进行实时单变量监视，采用人工观测的方法基于机理和经验 对“氮塞”等空分异常判断。也有采用比较前沿的现代分析技术，结合空分过程的 故障诊断特性，应用动态主元分析(Dynamic Principal Component Analysis， DPCA)方法建立了空分过程异常工况的在线诊断系统，该系统对故障的报警率为10 0%，误报率约4%。
对于化工企业来说，重点应在以下环节对空分设备加强管理和监测：
①空压机系统 ②预冷系统
③纯化系统
④增压膨胀系统
⑤冷箱
⑥液体储槽
⑦主冷防爆
17
SASOL，102,200Nm3/h，冷箱，APCI
18
特立尼达，82,000Nm3/h，APCI
19
唐山，28,000Nm3/h，APCI
20
南化，48,200Nm3/h，APCI
过程危险性分析及安全技术
1）空气压缩单元 空分装置最容易发生的安全事故是因装置总烃含量超标，造
成主冷凝器发生爆炸。所以对空分空气吸入口的空气的质量要 求较高，一般要求空分装置空气入口的空气总烃含量小于8×1 0-6。在空气压缩单元，火灾爆炸事故大多发生在压缩机轴瓦、 排气管道和设备(冷却器、油分离器和缓冲器等)中。
板式塔
•分类 填料塔
x ，t n-1 n-1
yn，tn
工作原理：
理论板： 精馏段： 提馏段：
y ，t n+1 n+1
xn，tn
进料板（加料板）：
11
如何确定加料 板位置？
精馏段
进料板 提馏段
12
最小回流比 当回流比减少到某一极限值时，两条操作线的交点d 落在相平 衡线上，此时梯级无法跨过d，所需的理论塔板数为无穷大， 这时的回流比称为最小回流比Rmin 当回流比小于Rmin,操作线和q 线的交点落在平衡线外，精馏操 作无法完成
21
介质危险性分析
1）氧气 常压下，当氧的浓度超过40％时，有可能发生氧中毒。吸入40％～60％的氧
时，出现胸骨后不适感、轻咳，进而胸闷、胸骨后烧灼感和呼吸困难，咳嗽加剧；严 重时可发生肺水肿，甚至出现呼吸窘迫综合征。吸入氧浓度在80％以上时，出现面 部肌肉抽动、面色苍白、眩晕、心动过速、虚脱，继而全身强直性抽搐、昏迷、呼吸 衰竭而死亡。
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外压缩流程
4
内压缩流程
5
空压机组
6
2）精馏单元 空气在精馏塔内经液化分离成氧气和氮气，这是空分装置的关键设备。精馏塔操
作中的主要危险性是乙炔以及其他危险物质在液态氧中引起的爆炸。导致精馏塔爆 炸的主要原因是液氧中富集了过量的易燃易爆物质，主要是乙炔、碳氢化合物、油 及其热裂解的轻馏分，其次还有氯氧化物、臭氧、二氧化碳和硫化物等。
长期处于氧分压为60～100kPa(相当于吸入氧浓度40％左右)的条件下可发生眼 损害，严重者可失明。 2）氮气
空气中氮气含量过高，使吸入氧气分压下降，引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不 太高时，患者最初感胸闷、气短、疲软无力；继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫 喊、神情恍惚、步态不稳，称之为“氮酩酊”，可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度， 患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
影响塔板效率的因素 （1）物系性质 （2）塔板结构 （3）操作条件
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回流比
再沸器
L
D
RL D
1、为什么要回流？ 2、为什么要再沸？
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3）压送环节 （1）液氧压送 液氧的压送主要是通过液氧泵来完成的，液氧泵由于管理不善，检修质量差，
采用材质不当时，也会发生爆炸。 （2）氧气输送 氧气一般通过管道来输送，由于管理不当或操作失误，输送氧气的管道阀门处
潜水员深潜时，可发生氮的麻醉作用；若从高压环境下过快转人常压环境，体 内会形成氮气气泡，压迫神经、血管或造成微血管阻塞，发生“减压病”。 3）危险杂质的清除
危险杂质在一定的条件下会引起爆炸，因此，清除大气中有害杂质，是保证空 分装置安全的基本要求。
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7.2氧化反应过程安全技术
广义地讲，氧化是指失去电子的作用；狭义的讲，氧化是指 物质与氧的化合作用。氧化反应在化工生产中得到广泛的应用。 如氨氧化制硝酸、甲苯氧化制苯甲酸、乙烯氧化制环氧乙烷等。 氧化剂包括无机氧化剂和有机氧化剂，无机氧化剂包括：高价 金属氧化物、高价金属盐、硝酸、硫酸、氯酸钠、臭氧、过氧 化氢等；有机氧化剂一般是缓和的氧化剂，包括硝基物、亚硝 基物、过氧酸以及与无机氧化物形成的复合氧化剂。