硝基苯精餾再沸器工藝危險性分析及安全預(yù)防措施

唐占鵬

（綠源恒森安環(huán)（寧夏）科技有限公司，寧夏 銀川 750004）

硝基苯為化工行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的原料和中間物料，其主要用于苯胺和染料的生產(chǎn)；同時，硝基苯也應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥以及染料行業(yè)中。在行業(yè)大量需求的背景下，對硝基苯的需求量也不斷增加。目前，在硝基苯生產(chǎn)工藝中主要涉及到苯的硝化、中和水洗、精餾等環(huán)節(jié)。在上述各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中需要使用大量的易燃、易爆以及容易腐蝕的化學(xué)危險品，導(dǎo)致制備硝基苯的化學(xué)反應(yīng)危險系數(shù)較大[1]。尤其是在再沸器壁和精餾塔釜等關(guān)鍵受熱部位，對反應(yīng)過程監(jiān)測不到位以及處理不及時極易發(fā)生爆炸。本文重點針對硝基苯精餾再沸器的危險性展開分析，并針對性地提出安全預(yù)防措施。

1 硝基苯制備工藝研究

制備硝基苯的基本原料包括有98%硫酸、68%硝化稀硫酸以及98%的硝酸，將上述原料按照一定比例在配酸釜中混合成混酸；將所配制的混酸與酸性苯和循環(huán)稀硫酸一次在四階硝化釜反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，保證在每個反應(yīng)器中的反應(yīng)時間為15 min。將在硝化釜反應(yīng)器中的產(chǎn)物在溢流作用和硝化分離器的重力沉降作用下實現(xiàn)了酸性硝基苯和硝化稀硫酸的分離。制備硝基苯工藝流程，如圖1 所示。

圖1 硝基苯制備工藝流程

結(jié)合制備硝基苯的工藝原理和工藝流程圖得知，整個制備工藝屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)。因此，為保證硝基苯的制備效率和安全性，需要對反應(yīng)過程中的溫度進(jìn)行有效控制；而且還需采用有效的攪拌措施才能達(dá)到預(yù)期的制備效果。

本文重點以硝基苯制備工藝環(huán)節(jié)中的精餾再沸器為研究對象，分析可知，在精餾再沸器中的主要危險物質(zhì)包括有硝基苯、二硝基苯、硝基酚類等[2]。其中，硝基苯屬于毒性較強(qiáng)且容易燃燒、爆炸的污染，其能夠與硝酸發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)；二硝基苯包括有間二硝基苯和鄰二硝基苯兩類，兩者均為劇毒性物質(zhì)；硝基酚類包括有對硝基酚、鄰硝基酚、間硝酚、對硝基酚鈉、鄰硝基酚鈉等，上述物質(zhì)均屬于容易發(fā)生火災(zāi)、容易爆炸以及具有強(qiáng)毒性的特點[3]。

鑒于制備硝基苯物質(zhì)工藝流程中精餾再沸器的危險性以及其中危險物質(zhì)的特性嚴(yán)重影響生產(chǎn)的效率和安全性。同時，考慮到制備硝基苯工藝屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)。因此，重點對硝基苯精餾再沸器中危險介質(zhì)的熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，并提出安全預(yù)防措施。

2 硝基苯精餾再沸器危險介質(zhì)熱穩(wěn)定性分析

經(jīng)分析可知，硝基苯精餾塔再沸器中的主要危險介質(zhì)可歸納為硝基苯、間二硝基苯、二硝基酚鈉等。本節(jié)將通過實驗的方式對上述主要危險介質(zhì)的熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

根據(jù)實驗需求及安排，本文實驗儀器為同步熱分析儀、C80 微量量熱儀、RSD 快速篩選儀、BAM 落錘儀、電子天平以及超聲波清洗器等[4]。根據(jù)上述研究，重點對硝基苯、間二硝基苯、二硝基酚鈉三類危險物質(zhì)的熱穩(wěn)定性進(jìn)行實驗研究。

2.1 硝基苯的熱穩(wěn)定性分析

作為精餾再沸器的主要產(chǎn)物，也是最終的生產(chǎn)目的，開展對硝基苯的熱穩(wěn)定性分析尤為重要。本實驗所采用硝基苯為天津市福晨化學(xué)試劑廠的產(chǎn)品，分別采用同步熱分析儀、C80 微量量熱儀、RSD 快速篩選儀開展DCS 實驗、RSD 實驗以及C80 實驗，上述三種實驗對應(yīng)的實驗條件如下頁表1 所示。

表1 硝基苯熱穩(wěn)定性實驗數(shù)據(jù)

RSD 實驗對應(yīng)的實驗結(jié)果如下頁圖2 所示。

圖2 硝基苯RSD 實驗數(shù)據(jù)曲線

分析實驗所得的曲線并結(jié)合反應(yīng)流程觀察可知，硝基苯在3 種測試儀器均未表現(xiàn)出明顯的放熱；在相對密封的條件下，硝基苯的狀態(tài)相對穩(wěn)定。但是，當(dāng)硝基苯在較低的溫度時其擴(kuò)散性較強(qiáng)。因此，可以將硝基苯的危險特點歸結(jié)為當(dāng)精餾再沸器的管道或者閥門存在泄露的情況，硝基苯極易泄漏并擴(kuò)散，加之其具有較強(qiáng)的毒性。

2.2 間二硝基苯熱穩(wěn)定性分析

間二硝基苯為精餾再沸器中硝化反應(yīng)的副產(chǎn)物之一，且其含量較多。因此，開展間二硝基苯的熱穩(wěn)定性分析也十分重要。本文實驗所采用的間二硝基苯為北京恒業(yè)中遠(yuǎn)化工有限公司的產(chǎn)品，同樣分別采用同步熱分析儀、C80 微量量熱儀、RSD 快速篩選儀開展DCS 實驗、RSD 實驗以及C80 實驗，上述三種實驗所對應(yīng)的反應(yīng)條件表2 所示。

表2 間二硝基苯熱穩(wěn)定性實驗數(shù)據(jù)

同樣以RSD 實驗為例，所得的實驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 間二硝基苯RSD 實驗數(shù)據(jù)曲線

結(jié)合實驗所得數(shù)據(jù)及實驗過程觀察結(jié)果可知，間二硝基苯在制備硝基苯的工藝過程中雖然初始含量較少；但是，隨著硝基苯的提純，間二硝基苯的含量不斷增加。同時，間二硝基苯在相對較低的溫度范圍之內(nèi)即可從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，鑒于其具有較強(qiáng)的毒性，其泄露所導(dǎo)致的危險性較大。

3 精餾再沸器工藝安全預(yù)防措施

結(jié)合上述對制備硝基苯工藝流程中涉及的危險環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，為保證制備硝基苯的效率和安全性，提出如下安全預(yù)防措施：

1）合理調(diào)配制備硝基苯原料的比例，保證制備工藝參數(shù)的穩(wěn)定，減少類似于間二硝基苯類副產(chǎn)物的產(chǎn)生；降低精餾原料中的硝基粉鹽的含量。

2）保證反應(yīng)過程的中和效果和水洗效果[5]。其中，重點通過提升反應(yīng)過程中的攪拌速度。強(qiáng)化反應(yīng)過程中的中和反應(yīng)將硝基苯中的酸性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為鹽類物質(zhì)。保證混合物的充分混合狀態(tài)，并使得兩相物質(zhì)充分接觸，將其中的鹽類物質(zhì)完全的溶于水中，同時還需注意不能過渡混合，避免過度混合而導(dǎo)致的乳化現(xiàn)象。當(dāng)由于過渡混合而出現(xiàn)了一定程度的乳化現(xiàn)象，應(yīng)及時采取相應(yīng)的措施對已經(jīng)乳化的物質(zhì)進(jìn)行截取，避免其進(jìn)入精餾塔，具體措施可采用：一是在粗品罐中注入蒸汽對乳化的物質(zhì)進(jìn)行破乳操作，二是將硝基苯預(yù)測器中的溫度指標(biāo)提高，保證硝基酚鈉鹽能夠從預(yù)熱器中充分地析出，而后再采用預(yù)熱器將析出的硝基酚鈉鹽進(jìn)行充分溶于水中排出。

3）定期對精餾再沸器中的關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查維修，尤其是對其閥門、管道的密封性進(jìn)行定期校驗，定期對涉及到的壓力表、溫度計以及液位計的計量精度進(jìn)行校核。

4）定期對精餾再沸器裝置進(jìn)行清洗操作，避免精餾塔釜液中的硝基酚鈉鹽的含量超標(biāo)；加強(qiáng)在實際生產(chǎn)中對相關(guān)工藝參數(shù)的監(jiān)測和控制，并根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)度和設(shè)備性能制定合理的排焦和清焦周期。

5）在停車檢查過程中必須采取相應(yīng)的安全保障措施，包括降溫、注入保護(hù)器等，保證精餾裝置內(nèi)的溫度降低至一定范圍之內(nèi)才能執(zhí)行清除真空操作；而且，在實際清焦過程中必須嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行操作，尤其是避免在清焦過程中堅硬工具對管道容器的避免造成沖擊。

6）加強(qiáng)日常生產(chǎn)中的安全管理，嚴(yán)格制定并落實考核相應(yīng)的安全規(guī)定，并保證各項安全規(guī)定必須在實際生產(chǎn)中嚴(yán)格執(zhí)行；加強(qiáng)對上崗員工的培訓(xùn)和教育，提升員工的安全生產(chǎn)意識，降低事故的發(fā)生率，避免爆炸等事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

硝基苯為化工行業(yè)中制備藥物、染料等物質(zhì)的原料之一。制備硝基苯的反應(yīng)工藝屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，而且涉及到的反應(yīng)原料均屬于易燃、易爆的危險物質(zhì)。因此，本文以硝基苯精餾再沸器為研究對象，重點對其制備硝基苯的工藝危險性進(jìn)行分析，并提出安全預(yù)防措施。并總結(jié)如下：

1）硝基苯和間二硝基苯作為精餾再沸器中的危險物質(zhì)，其穩(wěn)定性較好；但是，此兩類物質(zhì)具有較強(qiáng)的毒性；同時，此兩類物質(zhì)容易由于精餾再沸器的管道或者閥門損壞而發(fā)生泄露，具有較強(qiáng)的危險性。

2）在實際生產(chǎn)中應(yīng)重點從合理配比原料、穩(wěn)定工藝參數(shù)、定期清理維修以及強(qiáng)化攪拌速率等方面減少精餾再沸器工藝的危險性。