化工蒸餾,是根據液體混合物各組分揮發度的不同,使其分離為純組分的操作,用來產品的提純和回收或原料的精制。
液體混合物各組分的沸點是不相同的,蒸餾分離是以其沸點為依據的,蒸餾時采用加熱方式通過加熱載體完成傳熱過程,使得分離的兩種(或以上)物質在汽、液相上產生變化,沸點低的物質,首先從溶液中變成氣態,成為蒸汽。溶液中其含量隨著加熱過程而逐漸減少,進入汽相的物質經過冷凝變成該物質的液體,此過程完成了能量的轉換和相的變化。
(一)蒸餾過程風險
1、需從溶液中分離的,往往是有機的溶劑,其具有燃爆性能,在加熱產生其蒸汽過程中,氣態易燃物一旦泄漏,與空氣混合組成易燃易爆的混合氣體,氣體向外噴射過程中,產生靜電放電而引爆氣體混合物,產生空間爆炸,空間爆炸的能量、熱源又可引發蒸餾裝置中物質的燃燒和爆炸,導致次生災害的發生。
2、蒸餾分離,物質急劇升溫、濃縮,甚至變稠、結焦、固化、安全運行困難,引發火災、爆炸事故。
3、蒸餾過程液體揮發成氣態,系統中壓力增大,如排氣不暢,蒸汽冷卻介質不足,會導致蒸餾系統壓力升高,造成沖料甚至爆炸。
4、如溶液蒸餾中組分不清(有些組分起初時含量極低,不易辨識,但多次循環套用,其含量因累積原因而增高),在操作失誤(如蒸干、蒸餾溫度超指標、掛壁等)時,引發分解爆炸,尤其對那些用苯、二甲苯等作清洗劑洗滌油漆容器后的溶劑進行蒸餾,其成份中有硝基,在一定的溫度下分解爆炸的威力達到“爆震”級;當殘留物中含有熱敏性、燃燒爆炸性物質時,則火災爆炸危險性更大。
5、在負壓蒸餾中,蒸餾結束必須透空,如采用空氣透真空,高溫液體或氣體,一旦接觸空氣會產生燃燒、爆炸。
6、蒸餾是溶液濃縮過程,溶液中的介質隨著溶劑的減少,粘滯力增加,凝固,堵塞管道、閥門,造成系統阻力大而發生爆炸事故。
7、蒸餾中高速流動的烴類物料會產生靜電,引發火災。
8、工藝中的明火成為蒸餾爆炸的引火源,在一部分加熱蒸餾中,采用爐灶或電熱加熱,有的是內部或外部加熱盤管加熱,在蒸餾過程中,有引發火災、爆炸的可能。
(二)蒸餾過程的安全控制
1、根據物料性質,選用不同的蒸餾方法和蒸餾設備。
選用蒸餾方法時,從操作壓力及操作過程加以考慮。
在處理難以揮發的物料(在常壓下沸點150℃以上)時應采用真空蒸餾。這樣可以降低蒸餾溫度,防止物料在高溫下變質、分解、聚合和局部過熱。
在處理中等揮發性物料時(在常壓下沸點為100℃左右),采用常壓蒸餾較為適宜(如采用真空蒸餾反而會增加冷卻的困難)。
常壓下沸點低于30℃的物料,則應采用高壓蒸餾,但應注意系統密閉。
2、根據蒸餾方法和物料品種不同,選用不同的加熱介質。
常壓蒸餾中易燃液體的蒸餾不能采用明火,而應采用水蒸氣或過熱水蒸氣加熱。
蒸餾腐蝕性液體,應防止塔壁、塔盤腐蝕,造成易燃液體或蒸氣逸出,遇明火或灼熱的爐壁而產生燃燒。
蒸餾自燃點很低的液體,應注意蒸餾系統的密閉,防止因高溫泄漏遇空氣自燃。
對于高溫的蒸餾系統,應防止冷卻水突然漏入塔內,如果漏入,水迅速汽化,塔內壓力突然增高而將物料沖出或發生爆炸,在開始蒸餾前,應將塔內和蒸氣管道內的冷凝水放空,然后再開車。
3、冷卻系統的冷卻水或冷凍鹽水不能中斷,如中斷,未冷凝的易燃蒸氣逸出使局部吸收系統溫度升高,或竄出后遇明火而引燃。為防止冷卻系統中斷而不能發現,建議增加冷卻系統的溫度報警、連鎖;在冷卻器的最上部安裝防爆膜(在加壓蒸餾中,視情況可安裝安全閥),在超壓時自動泄壓(泄爆)。
4、蒸餾硝基類溶劑或聚合類溶劑時,采用真空蒸餾,降低溫度,但是在蒸餾時,嚴防蒸干,具體方法:
蒸餾釜設置液位計,且有低液位報警,釜內設溫度超標報警。蒸餾釜應根據實際情況安裝自動泄爆裝置。
蒸餾結束時,絕對禁止直接打開透氣閥放空氣透真空,而應采用充氮氣透真空;在硝基溶劑蒸餾釜上安裝大面積的防爆膜;在放蒸餾殘液時,應做好靜電消除措施,不允許直接飛濺排放,產生沖擊力而使靜電放電引發火災、爆炸事故;高溫殘液排放時,要防止接觸空氣自燃;
苯乙烯等易聚合的物料,在高溫時聚合,應采用阻聚劑防止其聚合,這些蒸餾釜上盡量采用防爆膜泄爆,不應采用安全閥,防止聚合物堵塞安全閥的排氣通道。
真空蒸餾使用的真空泵應安裝單向閥,防止突然停車時空氣流入設備內。
5、加壓蒸餾時,應設置雙道安全泄放裝置;自動泄爆措施和手放排放措施;系統的排氣管應通至廠房外,管道上安裝阻火器,安全閥的出口管、防爆膜的泄爆口均應引至室外,防止在安全閥、防爆膜動作時,高速氣體(帶有易燃液體的液滴)噴出,造成靜電放電而引發空間爆炸。
6、蒸餾崗位應設置蒸氣滅火設施,泡沫滅火系統,其控制閥應安在便于操作的地方,保證裝置一旦出現火情能迅速、及時、有效地撲滅。
7、電氣按照相應的防爆等級安裝;大型攪拌器的電動機帶有油泵,其電機也必須是防爆型,否則在易燃蒸氣泄漏時,因油泵電機不防爆而引發火災、爆炸事故。
8、采用內盤管或蛇管加熱的蒸餾裝置,其蛇管或盤管應置于液面以下,防止加熱管露出液面后,高溫表面上積聚的殘渣被烤而引燃。
9、用于蒸餾中測量溫度的熱電偶套管,應伸入液面以下,防止氣、液溫差而使蒸餾溫度控制不當。