论文总字数：24517字

摘 要

近年来，随着MDI（4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯）的飞速发展，工业对于硝基苯的需求量大幅增加。国内化工企业开始将部分生产资源向硝基苯生产倾斜。在硝基苯为社会发展带来巨大帮助的同时，生产安全越来越被人们所重视。甲苯一段硝化会生成硝基苯，硝基苯，也被称作人造苦杏仁油、米耳班油。纯硝基苯颜色为无色，工业品硝基苯与纯硝基苯不同，其中含有杂质，颜色表现为浅黄色，气味类似于苦杏仁。在基本有机中间体中，硝基苯的地位极其重要，在当代它被运用于医药、制造、农药和染料等领域。硝基苯的制备工艺所涉及的反应是非常典型的硝化反应，会放出大量的热。硝化工艺有以下几大特性：一是反应很快；二是甲苯和硝基苯都会燃烧爆炸；三是硝化物与不饱和有机化合物会发生反应，会导致燃烧甚至爆炸。生产设备运行时间过长、停车检修降温不够和副产物生成过多都会造成硝基苯生产装置爆炸。本文主要对甲苯一段硝化反应生产工艺流程及主要装置进行分析，对甲苯一段硝化反应过程进行危险有害因素辨识，开展甲苯一段硝化反应工艺及管线设计、装备设计及安全附件设计、控制系统设计及仿真，利用合适的分析评价方法（FTA，HAZOP）分析甲苯一段硝化反应的安全风险及管控措施。本文针对甲苯一段硝化装置进行安全评价和风险分析，将对企业在硝基苯生产过程中的安全工作提供参考，进而针对问题制定有效的解决措施，对安全事故数目的降低、企业正常生产有很大的帮助。

关键词：硝化反应 安全设计 风险分析

Safety Design and Risk Analysis of Toluene Primary Nitrification Unit

Abstract

In recent years, with the rapid development of MDI (4,4-diphenylmethane diisocyanate), the industry's demand for nitrobenzene has increased significantly.Domestic chemical companies have begun to tilt some production resources towards nitrobenzene production. While nitrobenzene has brought tremendous help to social development, production safety has been paid more and more attention by people.Nitrification of toluene in a period will produce nitrobenzene, nitrobenzene, also known as artificial bitter almond oil, milban oil.The color of pure nitrobenzene is colorless. The industrial product nitrobenzene is different from pure nitrobenzene, which contains impurities, the color is light yellow, and the smell is similar to bitter almond.Among the basic organic intermediates, nitrobenzene is extremely important, and it is used in medicine, manufacturing, pesticides and dyes in the contemporary era.The reaction involved in the preparation process of nitrobenzene is a very typical nitration reaction, which will emit a lot of heat.The nitrification process has the following characteristics: first, the reaction is fast; second, both toluene and nitrobenzene will burn and explode; third, the nitrate will react with unsaturated organic compounds, which will cause combustion and even explosion.Excessive running time of production equipment, inadequate cooling during shutdown and overproduction and excessive production of by-products will cause explosion of nitrobenzene production equipment.This article mainly analyzes the production process and main equipment of the first-stage nitrification reaction of toluene, identifies the hazardous and harmful factors of the first-stage nitrification reaction of toluene, and develops the first-stage toluene nitration reaction process and pipeline design, equipment design and safety accessory design, control system design and simulation, Use appropriate analysis and evaluation methods (FTA, HAZOP) to analyze the safety risks and control measures of the first stage nitrification reaction of toluene.This article conducts safety evaluation and risk analysis on the first-stage nitrification unit of toluene, which will provide a reference for the safety work of the enterprise in the production process of nitrobenzene, and then formulate effective solutions to the problem.This will reduce the number of safety accidents and the normal production of the enterprise.Great help.

Keywords: safety evaluation，nitrobenzene，risk analysis.

目录

第一章 概述 1

第二章 工艺过程安全问题 4

2.1 工艺流程 4

2.1.1 工艺流程简介 4

2.1.2 工艺流程图 6

2.2 工艺过程安全问题 8

2.2.1 反应工段 8

2.2.2 洗涤提纯工段 9

2.2.3 废酸提浓工段 9

2.3 危险有害因素辨识 10

2.3.1 安全技术说明书 10

2.3.2事故辨识 12

第三章 甲苯一段硝化反应装备设计及安全附件设计 14

3.1 装备设计 14

3.1.1设备一览表 14

3.1.2生产工艺装备设计 15

3.2 安全附件设计 16

3.2.1 硝化反应釜 16

3.2.2闪蒸罐 18

3.3 安全监控系统 18

3.3.1器材 18

3.3.2设备防护等级 18

3.3.3监控系统功能 18

3.3.4安全仪表及控制仪表系统 18

第四章 对甲苯一段硝化生产过程中安全性的分析和研究 20

4.1 事故树分析 20

4.2 危险与可操作性分析 22

第五章 甲苯一段硝化生产过程工艺安全控制的分析设计 28

5.1反应安全控制 28

5.2物料处理和输送安全控制 28

5.3封闭单元的安全控制 28

5.4温度安全控制 29

5.5防爆安全控制 29

5.6正压安全控制 29

5.7容量安全控制 30

5.8腐蚀工艺安全控制 30

5.9泄漏安全控制 30

第六章 甲苯一段硝化生产过程的安全技术措施和管理措施 32

6.1 安全技术措施 32

6.1.1生产工艺安全对策措施 32

6.1.2设备的选型 33

6.1.3电气装备 33

6.2 管理措施 34

6.2.1 制度的制定和实施 34

6.2.2应急管理 35

6.3硝化事故的启示 36

第七章 结论 37

第一章 概述

近年来，随着MDI（4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯）的飞速发展，工业对于硝基苯的需求量大幅增加。国内化工企业开始将部分生产资源向硝基苯生产倾斜。在硝基苯为社会发展带来巨大帮助的同时，生产安全也越来越成为人们关注的问题。停车检修降温不够、装置运行时间过长和副产物生成过多都会造成硝基苯生产装置爆炸。苯、多硝基苯、硝基苯、硫酸、氢氧化钠和硝酸等物质都是硝基苯生产中的危险介质^[1]。

由于硝化工艺存在极高的风险，从业人员一旦进行违规操作，就可能酿成严重的安全事故。在过去十年，全国范围内的硝化工艺生产企业共发生7起较大和重大事故，造成了184人受伤，71人死亡。下表列举了近年来部分硝化事故。

表1-1 事故案例分析

以上列举的多起硝化生产事故，根本原因在于企业自身，企业自身责任没有达到全方位落实，无法做到本质安全。事故原因具体可细分为三类，一是企业监管远远不够，从业人员严重缺乏安全意识。二是危险化工工艺没有完成自动化控制，工艺无法在遭遇突发情况下紧急停车，自动化控制系统虽然已经按要求装备，但是却没有投入实际生产当中。三是采用已经落伍的安全技术工艺，企业无视生产设备的生命周期。

在企业管理中建立科学有效的安全管理体系、在化工生产中进行安全设计和风险分析是化工企业正常生产的前提。只有真正重视安全、排除事故隐患，才能完成企业希望达到的效益，才能将安全事故的风险降到最低^[3]。

本课题针对甲苯一段硝化装置进行安全评价和风险分析，目的在于对企业在硝基苯生产过程中的安全工作提供参考，进而采取有效措施防范风险，对降低企业安全风险、保证生产正常有序进行有着重要的参考意义。

第二章 工艺过程安全问题

2.1 工艺流程

2.1.1 工艺流程简介

1. 反应工段

先将混酸通入反应釜，再将甲苯通入。因为反应会放出大量的热，故在硝化反应釜内部装备双层搅拌叶片，并且设置冷却蛇管用以导出反应热。在硝化反应釜中的反应结束之后，紧接着其产物进入分离器，一分为二，通往洗涤提纯工段的有机相是粗硝基苯，通往废酸提浓工段的酸相是硫酸。

1. 洗涤提纯工段

粗硝基苯从分离器排出后先要经过碱水洗涤，然后进行分离操作，分为有机相和水相。为了将酸相分离，将有机相二次水洗，水相排入废水罐，此时剩下的物质是含有少部分甲苯杂质的硝基苯。经过二次水洗的硝基苯再通入回收塔中进行分离并且回收原料甲苯，甲苯和水从回收塔经过精馏进入回收罐，分离出甲苯之后重新作为原料使用，水相通入废水罐。回收塔底部得到的物质就是产物硝基苯的雏形，将其再通入硝基苯精馏塔中除去重组分，塔顶的馏出物就是产品硝基苯。

1. 废酸提浓工段

参加反应的废酸利用真空浓缩法处理，主要是为了除去其多余的水分，这一工段的主要设备是真空浓缩罐和闪蒸罐，通过反应产生的反应热将废酸在真空浓缩罐中加热至高温，然后在闪蒸罐中闪蒸出多余的水分。

绝热硝化法相较于其他方法有如下优势：在比较高的温度下进行反应，反应的速度非常快，因为使用过量的甲苯硝酸近乎完全转化，并且副产物二硝基苯的含量比较少（质量分数小于500×10^-6），采用这种工艺混酸中酸的含量会很低，能够有效的提高安全性。还可以利用反应产生的热在废酸提浓工段浓缩废酸。绝热硝化法能耗较低、生产设备全密闭、造成的污染有限、生产所需要的成本较低、废水含量很少，是当代较为先进的生产工艺，是生产硝基苯的极佳方案。绝热硝化为了阻止硝基苯的逸散，造成热量损耗，并阻止空气氧化，必须在压力下密闭操作。绝热硝化法产生的废酸含水量高，闪蒸设备需要采用耐腐蚀、耐高压、耐毒性物质的钽，设备投资偏高^[5]。

2.1.2 工艺流程图

2.2 工艺过程安全问题

2.2.1 反应工段

（1）管道输送

管道输送没有导除静电，静电放电会引起火灾甚至爆炸。甲苯属于有毒物质，若法兰连接不严、管道破损等引发泄漏，会造成从业人员中毒，遇明火、高热将导致火灾、爆炸。

（2）混酸

作为危险化学品的浓硫酸和浓硝酸都是理工科耳熟能详的物质，其强氧化性和强腐蚀性会造成很大的安全隐患。如果操作不当或未佩戴防护用具易导致人员受伤。浓硫酸在反应中主要作为脱水剂和吸水剂，浓硫酸和浓硝酸的配比错误可能会引发事故。在混酸器中制备混酸的时候会释放出大量的混合热，会使混合器中的温度极速升高，达到90℃以上，还有可能发生更严重的情况即硝酸分解产生二氧化氮和水，若硝基物若存在的话也会导致硝基物爆炸^[6]。

如果水进入混酸中会造成硝酸大量挥发，长此以往设备会被强烈服饰，而且还会酿成爆炸。如果水通过硝化反应釜釜体和冷却蛇管的泄露部位渗入到硝化物料时，会造成液态甲苯的气压和温度迅速提高，反应速度非常快，会分解产生气体进而造成爆炸。

1. 装置

冷却蛇管是反应部分的重要装置，如果冷却蛇管发生泄漏，会导致甲苯硝化过程冷却失效，体系温度升高至150℃以上或在98℃停留足够长的时间，都会引起混酸和产物体系的迅速分解，导致反应失控，引发严重的事故。若管道保温层损坏，人员不慎接触会造成严重灼伤。

搅拌器失灵会导致釜式硝化反应器局部过热出现“热点”，产生副反应二次分解并且会导致飞温失控。硝化反应大多是在非均相中反应的，甲苯的分散根本无法做到均一，可能会因为局部过热造成安全事故。搅拌装置的搅拌叶片脱落或搅拌突然停止会导致甲苯和混酸分层，进而造成大量硝化物在酸相中积聚，会引发局部温度升高，搅拌一旦再次进行，就会因过热而引发极其强烈的反应，短时间内就会释放出很大的能量，引发爆炸事故^[7]。

1. 反应条件

整个反应均在高压下进行，操作不当或仪表失灵会导致系统正压超压，进而引发物理爆炸，造成很严重的后果。涉及硝化的反应通常在低温下就能够发生，很容易放出大量的热，反应很难做到精确控制。在甲苯一段硝化生产过程中，如果投料速度无法控制、搅拌中途突然停止、冷却水量不够都会导致反应温度过高，引发爆炸。如果操作有误，人员会受到灼烫伤害。

反应热失控在硝化工艺中一直是极其重要的问题，硝化釜内的温度随着反应的进行极速升高，紧接着放热速率开始明显下降。温度对反应级数的影响极大，在生产过程中，过硝化的程度会随着温度升高越来越明显，由此引发的副反应程度也会更加剧烈，会造成体系的反应更加复杂多变。必须严格控制硝化釜内的加料量和加料速度，以免发生反应热失控，酿成严重爆炸事故。

2.2.2 洗涤提纯工段

（1）管道输送

馏出物为硝基苯，有剧毒，若发生泄漏会导致人员中毒。洗涤之后的水相温度仍然较高，若发生泄露会导致人员烫伤。

1. 精馏过程

硝基苯为易燃物质，若在收集储存期间系统因为封闭不严造成泄露，在遭遇高热或明火后会导致燃烧甚至是爆炸^[8]。

2.2.3 废酸提浓工段

（1）闪蒸过程

工艺通过反应热对浓缩器中的废酸进行加热，闪蒸出大量水分，在此过程中，如果操作人员不慎触碰会导致严重烫伤。闪蒸过程容易对阀门产生气蚀损坏。浓缩器内压力较高，若阀门损坏，会造成压力泄露，高压使水蒸气从损坏处喷出，会造成附近从业人员烫伤。

1. 浓缩器

真空浓缩器以钽为主要材料，钽会被热浓硫酸腐蚀，但腐蚀量极低。若未定期对浓缩器进行检查及评估其安全风险，会造成浓硫酸泄露等严重后果。

2.3 危险有害因素辨识

2.3.1 安全技术说明书

表2-1 甲苯

中文名

甲苯

分子式

C7H8

临界温度（℃）

318.6

英文名

methylbenzene

CAS号：

108-88-3

分子量

92.14

外观与 性状

气味似苯，颜色为无色

主要用途

是汽油重要的组成部分，还是炸药、药物、燃料的主要原材料

熔点（℃）

-94.9

沸点（℃）

110.6

燃爆危险

易燃，具有刺激性

相对密度(水＝1)

-94.9

饱和蒸气压

4.89kPa(30℃)

溶解性

可以与有机溶剂混溶，但是不能够溶解于水。

危险性 概 述

健康危害

会对粘膜和皮肤有刺激作用，会对中枢神经系统造成麻醉。

危险性类别

第3.2类 中闪点易燃液体

侵入途径

直接接触

急救 措施

吸入蒸气：迅速逃离作业场所到空气新鲜流通处。 请支付后下载全文，论文总字数：24517字 您需要先支付 80元 才能查看全部内容！立即支付 ﰊ PREVIOUS NEXT ﰋ 您可能感兴趣的文章 利用WWLLN数据分析我国2018年沿海地区雷电分布特征文献综述 梅雨期江苏省闪电活动与降水量的关系开题报告 云贵高原和青藏高原的闪电活动的对比分析文献综述 基于OpenCV的低对比度闪电通道图像预处理文献综述 基于m语言处理闪电放电通道亮度增强及轮廓提取中的应用开题报告 西电东送特高压输电线路分区域的雷电防护设计开题报告 云南闪电活动与局地气候特征的研究开题报告 某机械生产有限公司的安全预评价开题报告 典型阻燃剂对玉米淀粉火焰传播特性的影响研究开题报告 基于ICI蒙德法的某石油化工厂安全评价文献综述 最新文档 华北地区夏季降水多年、少年近地层水汽场及风场分布特征开题报告 天山地区典型流域降雪分布研究文献综述 2016年台风狮子山路径突变原因的初步分析开题报告 北京和寿县地区边界层急流观测与模型的对比文献综述 具有双Kelvin波结构MJO活动的再分析开题报告 基于单片机的温控风扇设计文献综述 1961-2015年江苏省气候资源的时空分布规律开题报告 智能搬运机器人文献综述 基于类型的电影推荐系统文献综述 Bi6S2O15的合成及其降解有机污染的研究开题报告 不确定时滞奇异摄动系统的鲁棒控制器设计文献综述 小型双模SIW滤波器的研究与设计开题报告 我国绿色出行政策执行研究——以南京市为例文献综述 试论李碧华小说中的爱情悲剧开题报告 基于FPGA的电子相册设计文献综述 企业微信 推荐栏目 本站简介 人才招聘 版权声明 免责声明 毕业论文网 教育 科研 学术文档分享平台 专注服务十二年 可信/实名双认证 老牌网站值得信赖 Copyright © 2010-2022 毕业论文网 站点地图  企业微信 