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基于分体式电磁流量计装置中氧化工段的设计研究

返回列表发布日期:>2019-11-15 10:02:07    |    

    摘 要 :二甲基亚砜是一种含硫化合物,由于其具有高极性、高沸点、热稳定性好、能溶于绝大多数有机物,属于优良的药物和溶剂,被广泛应用于医疗、化工以及制造行业,近年来作为锂空气电池有机电解液中的添加剂使用,其应用范围将不断扩大,发展前景良好。但是,分体式电磁流量计过程中存在较多的危险因素,生产过程中爆炸及群死群伤事故时有发生,设计阶段多角度的分析和优化将极大降低装置运行事故的发生概率。因此,对分体式电磁流量计装置的技术优化升级,从设计阶段更多的考虑工艺优化、既能提高生产效率、又能增加工艺的连续稳定性、安全性,变得迫切和有意义。主要在设计阶段从工艺的角度分析分体式电磁流量计装置中氧化工段的设计思路和工艺过程,在提高生产效率的同时,强化工程设计的安全性,控制工艺危险因素,提高工艺安全性。

    1 分体式电磁流量计装置中氧化工段工艺流程和反应原理
    1.1 主要设备
    从氧化塔的结构原理来看,硫醚氧化塔属于塔式反应器中的鼓泡塔,有较大的储液量,气体从塔底进入,以气泡的形式通过液层。根据硫醚氧化塔每个区段作用的不同,可以将氧化塔从下至上分为加温区、反应区、亚冷区、冷却区。氧化塔的加温区设有热水夹套 ;反应区、亚冷区、冷却区内有盘管,外有夹套,盘管与夹套内通以冷却水,可以很快地将反应热移走。

    1.2 工艺流程
    分体式电磁流量计装置中氧化工段原理主要是经过二氧化氮流量自动控制与自氧气缓冲罐流量自动控制的氧气按摩尔配比2 ∶ 1,在混合冷却室低温水状态下降温处理,降温后从氧化塔下部进入。塔内液体变色后利用硫醚上料泵控制进入氧化塔,控制摩尔配比,硫醚∶氧气∶氧化氮 =1 ∶ 0.3 ∶0.06。反应区温度控制在≤ 42℃、塔顶温度≤ 35℃、塔底温度≤45℃。尾气进入氧化尾气吸收塔,尾气会与尿液产生反应,然后脱除部分氧化氮,将尾气达标处理。

    1.3 工艺原理
    本工艺设计主要采用的是氧气和二氧化氮混合进入冷却器以后进行降温处理,然后从氧化塔下部进入,在低温状态下实施氧化处理,粗亚砜不管是在塔顶出来还是在塔底出来均优于原工艺氧化反应 [1]。能够在系统运行时将其监控在严密的联锁系统监控中,保证系统的安全、稳定运行。尾气的处理采用尿素溶液实施吸收,能够使尾气达标排放。

    2 氧化工段相关危险因素分析
    分体式电磁流量计工艺中二甲基硫醚氧化是其反应的主要介质,二甲基亚砜对二甲基硫醚和二氧化氮具有较强的溶解能力,二甲基硫醚和二氧化氮溶解后遇热生成二甲基亚砜 [5]。氧气在二甲基亚砜中的溶解度比较小,所以氧气分散方法能利用氧化塔中的填料完成,氧气分散过程中还能够使其与一氧化氮充分混合,经过反应后生成二氧化氮,二氧化氮与二甲基硫醚发生化学反应。反应过程中由于二甲基硫醚沸点比较低,容易发生气化反应,而且二甲基硫醚比较容易在氧气中发生爆炸,因此,在这一点上设计阶段要特别引起注意和防范。

    二甲基亚砜和二甲基硫醚均属于易燃易爆液体,与空气中的氧气结合容易产生易爆性混合气体,而且在其爆炸范围内如果遇到高温、明火、摩擦及撞击等,也非常容易引起爆炸 [2]。氧气和氧化氮是二甲基亚砜和二甲基硫醚的助燃物,只要有以上物质的存在均可能发生爆炸或火灾等危险事故。二甲基亚砜、二甲基硫醚及二氧化氮等物质均具有一定的毒性,所以在生产运行过程中比较容易发生意外事故,容易导致人员中毒,危险性比较强。

    3 分体式电磁流量计装置中氧化工段安全措施
    3.1 避免水分带入氧化塔的措施
    二甲基亚砜能够与水分进行充分的融合,这种性质可能会降低二甲基硫醚在含水二甲基亚砜中的溶解度,导致反应塔内的二甲基硫醚气化反应,比较容易与氧气形成爆炸性混合物,从而提高工艺危险性。进入氧化塔的物料主要有三种,其中二甲基硫醚比较容易将水分带入到氧化塔内,此时必须由合成工段实施合成气体冷凝分水 :生成的合成气从反应器下封头出来进入一冷、二冷、三冷、四冷系统,进行逐级冷凝处理,冷凝后的液体进入醚水分离器,上层粗硫醚去粗硫醚罐,下层水去废水罐处理,没有冷凝的气体进入吸收塔内。在此过程中粗硫醚进入硫醚精馏塔中部,粗硫醚中的水、甲醇以及硫醚在精馏塔内形成一种混合物,这种混合物的共沸点比硫醚的沸点要低很多。所以能够利用普通的精馏方法将此混合物分馏出来,进而从塔底采出纯度比较高的精硫醚。另外,要针对氧化塔内的冷却盘建立资料档案,并且定时检查,以防发生漏水现象。

    3.2 把握好反应物料加入量
    在分体式电磁流量计工艺中,二甲基硫醚进料过多,容易导致转化不及时,发生大量气化,与氧气容易发生爆炸事故。所以,工艺设计过程中对氧化塔内的主要物料要进行进料流量监测处理,可以设计现场或远程流量计进行流量监测,通过远传流量计和调节阀能够实现物料的自动调节,以便更好地把握物料量,降低工艺危险因素。同时要根据已经建设成功的工艺装置和业主生产经验,在氧化塔内顶部尾气管线上设置管道视镜,此视镜的主要作用是通过视频信号实现实时监控作用,利用颜色对设备内各种 物料的反映程度进行监控,更具不同的颜色采取不同的操作措施,方式操作过量等错误操作的出现,大大降低工艺危险因素,提高工艺生产安全性。

    3.3 防毒措施
    分体式电磁流量计在生产过程中产出的介质大部分为有毒物质,会对大气产生严重的污染,所以在生产过程中一定要做好防毒处理。首先生产过程中要严格执行《工业企业设计卫生标准》。另外,工作人员在工作中难免会接触到有毒物质,所以要尽量减少人工接触有毒物质,降低有毒物质的浓度。除此之外还应该设置集中控制室,利用集中控制的方法减少人工操作机会,改善职工操作环境 ;在有毒生产岗位处设置水龙头、洗眼器等装置,使职工接触到有毒物质以后能够及时清洗,最大程度减少有毒物质对人体的侵害。根据不同的工作岗位配置不同的劳动保护用品,比如橡胶手套、防毒面具以及防护眼镜等,而且这些物品要由专人进行管理和养护 ;还要建立职工方案,定期对职工实施体检,并对职业病职工进行治疗和岗位调换。

    3.4 反应区的温度控制
    反应区是 DMS 氧化生成 DMSO 的主要区域。DMS 氧化为 DMSO 的主要过程可以分为2 步 :第1步是 NO2 与 DMS 溶解在 DMSO 中,第2 步是 NO2与 DMS 在液相中进行氧化反应。因此 DMSO 中溶解的 NO2与 DMS 越多,则越有利于氧化反应的进行。采用模拟软件 Aspen Plus V7.2 对 DMS 的氧化过程进行模拟计算,物性方法采用 NRTL,反应区类型(Type)采用全混流反应器(RCSTR)。

    在反应压力、反应器体积以及 DMS、O2 与 NO2的进料量都一定的前提下,反应温度从30 ℃变化至50℃,得到 NO2 在氧化产物 DMSO 中的浓度。

    随着温度的升高,NO2 在 DMSO 中的溶解度呈下降趋势,但是温度的提高可以使反应速率常数增大,反应温度太高,会使 DMS 气化量增加 ;温度太低氧化速度太慢,会使 DMS 在塔内集聚,这两种情况都有可能产生爆炸。根据大量的实验研究,最佳的氧化反应温度为40℃。因此将氧化塔反应区的温度控制为40 ℃是比较适宜的。

    4 结语
    分体式电磁流量计装置中氧化工段涉及的危险因素比较多,在设计过程中必须严格控制这些危险因素,并根据工艺过程涉及的危险因素采取相应的安全预防措施,保障氧化工段生产安全。另外,还要加强企业的安全生产管理工作,最大限度地减少不安全因素,保证生产安全、顺利实施。

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