山东轻工业学院2011届本科生毕业设计
第七章 环境保护与安全措施
7.1环境保护 7.1.1主要污染物
硝酸铵合成生产中的污染物主要有：合成放空气、蒸发蒸汽等、冷却废水、排出污水和氨气。其中最主要的污染物是冷却废水。硝酸铵合成厂环境保护的重要内容是做好三废治理，即对生产过程中的废气、废液、废渣进行物化处理，使之达到国家有关法规规定的排放标准，消除对环境的污染或把这种污染降到最低限度；且不向厂外转移污染。
7.1.2硝酸铵冷凝废水的处理
电渗析是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精化或纯化的目的。
电渗析系统由一系列阴膜、阳膜交替排列于阴、阳两电极之间组成许多由膜隔开的小水室。当原水进入这些小室时，溶液中的离子选择性地透过离子交换膜，阳离子交换膜CM只允许阳离子通过，阻挡阴离子通过，而阴离子交换膜AM则反之。在直流电场的作用下，溶液中的离子作定向迁移。阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，从而发生溶液中的溶质与水分离。由于离子交换膜具有选择透过性，结果使一些小室离子浓度降低而成为淡水室，与淡水室相邻的小室则因富集了大量离子而成为浓水室。一个淡水室和一个浓水室总称为一个单元。一套电渗析装置就是由若干个这样的单元组成的。从淡水室和浓水室分别得到淡水和浓水。原水中的溶质得到了分离和浓缩，水便得到了净化。其工艺原理见图1。
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在硝酸铵工艺冷凝液处理中，进入电渗析系统的冷凝液分为3股，一股作为传导电流和离子迁移推动力的极水，另两股进入电渗析系统后，NH4＋和NO3在直流电场作用下进行离子迁移，NH4＋可通过阳离子交换膜CM向阴极迁移，NO3－可通过阴离子交换膜AM向阳极迁移，从而实现了硝酸铵冷凝液中硝酸铵的分离和回收处理。
7.2安全措施 7.2.1防爆
化工产品生产是一项具有高风险性的行业，因此在整个化工生产中，设备安装、施工、操作等等都必要要考虑各方面安全因素，设计过程中要周密考虑，最大程度的消除安全隐患，使事故概率降低到最小。
在设计中，流程上要考虑的安全因素主要是避免设备和管道内截止的压力超过允许的超做压力而造成灾难性事故的发生。一般利用安全泄压装置来及时排放管道内的介质，使管道内截止的压力迅速下降。设备及管道中可以采用的安全泄压装置主要有爆破片和安全阀，或在管道上加安全水封和安全放空管。
硝酸铵是一种爆炸性物质,但它本身对引爆作用敏感性差,对机械作用完全不敏感。但如综合一系列因素,硝酸铵也可能发生爆炸。例如,当加热容器时,如不导出热分解产物,硝酸铵有可能发生爆炸。硝酸铵也会因其他系统局部爆炸所发生的冲击而传爆。另外,在存在杂质(如硝酸、硫酸和盐酸等)的情况下,硝酸铵热分解速度明显加快,而氯化物、铬酸盐、钴化合物等杂质对硝酸铵的热分解也起催化作用,这些都进一步增加了其在生产中的危险性。
(1)在生产条件下,硝酸铵熔体和浓溶液发生爆炸分解和传爆作用是有可能的,而且危险性很大。在这种情况下,硝酸铵分解的可能性随温度的上升而增大。工业生产中溶液(熔体)的加热温度一般为190℃,纯泵硝酸铵在此温度下一般会发生分解放出N2O,如果硝酸铵量很大,热量又来不及导出时,硝酸铵分解过程自行加快,并与分解放出的NO2作用发生放热反应,则会引起硝酸铵的强烈分解,其反应方程式为:
NH4NO3+2NO2===N2+2HNO3+H2O
因此,在生产中应该考虑高温熔体在设备内的停留时间。在生产条件下,185℃的熔体停留时间不应超过1min。在生产条件下,备有2台中和器的工艺
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装置往往共用2~3台蒸发设备,有的还考虑用一段蒸发设备和二段蒸发设备,主要就是考虑减少硝酸铵在设备中的停留时间。但是,当遇到突然停车，个别生产工序发生故障等,必须采取避免硝酸铵热分解的措施。例如可用降低温度或者用水将溶液稀释到安全浓度。当切断设备准备长期停车时,应排出设备中的硝酸铵溶液或熔体,并与正在运行的设备断开,因为这些产品停留在不运转的设备中,会使生产的潜在危险性增加。
(2)当硝酸铵内含有杂质(如存在硝酸、硫酸或盐酸)时,硝酸铵分解的潜在危险性更大。当游离酸的质量分数增加到1%时,硝酸铵开始有效分解的温度由210℃降到185~190℃;当硝酸铵中氯化物的质量分数达到0.15%(以氯离子折算)时,分解温度降为193℃;而存在1%硝酸时则降为180℃,同时分解速度增加1倍。硝酸铵生产过程中,从它最易发生均相热分解的角度看,硝酸铵溶液蒸浓过程和标准熔体制备过程是最危险的。也就是说,这两个过程中发生硝酸铵均相分解爆炸的可能性是最大的。在现代大型硝酸铵生产设备中,蒸浓过程采用联合蒸发设备(经管壁加热,并带盘式热量交换部分)在热载体(200℃空气)与蒸浓溶液接触时进行这个过程中不仅介质温度高(180~190℃),而且还有氧存在,氧会提高硝酸铵的分解程度和对外界爆炸因素的敏感程度。硝酸铵溶液蒸浓过程的这一温度条件与硝酸铵分解的极限温度很接近,蒸浓过程中若稍微超过硝酸铵分解的极限温度,硝酸铵便会发生危险的均相分解,并可能在极短的时间内引起爆炸。因此,必须采取措施,充分避免蒸浓过程的温度高于规程条件同时避免降低硝酸铵的热稳定性(可以在蒸浓溶液中加入特殊抑止剂,以提高硝酸铵在设备和管道中的热稳定性,这些添加剂可以是硫酸盐、尿素、高岭土、斑脱土等),另外还应采取特别措施,避免含有催化性杂质和油类的进入而使溶液酸度升高。
(3)生产过程中生成的硝酸铵—亚硝酸铵溶液 (熔体)积聚在洗涤器和管道中,也是危险的爆炸源之一。中和法生产硝酸铵的过程中,中和设备上部的洗涤部分是硝酸铵—亚硝酸铵最易积聚的地方。硝酸铵—亚硝酸铵混合物在中和设备上部发生爆炸会引起设备的反应区爆炸,而后还会波及其他设备。为防止硝酸铵—亚硝酸铵生成、积聚及避免在中和设备中可能发生爆炸,应根据设计要求,严格遵守硝酸中和工艺规程。中和设备洗涤部分应有冷凝液喷淋装置。另外,还应自动调节硝酸预热器和其他热交换设备中二次蒸汽冷凝的条件。现代大型硝酸铵生产装置的中和过程全自动化系统已经可以使设备中不会生成和积聚易爆的亚硝酸铵。因此,工厂应该对这些控制系统和自动化设施的状况及时进行检查,若情况不正常,就应立即停止工艺装置的运转。
(4)在生产过程中,操作者严格按照操作规程办事,除了遭遇不可抗拒因素以外,发生危险的可能性还是极低的。但是,在开、停车和检修过程中,由于工艺处理问题而导致事故的情况还是比较容易发生的。1998年陕西省某化肥厂硝酸铵
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生产装置就是由于装置检修时,造粒系统停车,含油、含氯离子高的液体从气氨带入硝酸铵生产系统,降低了硝酸铵均相分解及自催化热分解的温度,使硝酸铵溶液倾向于均相热分解爆炸。在极短的时间内,分解产生的高热和大量高温气体产物高度积聚导致燃烧爆炸,结果损失惨重。因此,要预防硝酸铵生产或检修过程中出现恶性爆炸事故，在硝酸铵生产过程中,必须要严格控制原料氨及硝酸的质量指标,防止油类、有机物、酸类介质、金属等进入硝酸铵生产系统。另外,硝酸铵的安全生产涉及到系统氨的平衡和平稳及造粒(结晶)系统的正常运行,为了保证硝酸铵的安全生产在硝酸铵生产过程中,必须加强对氨系统的平衡调度及结晶系统停车处理的管理,防止在造粒(结晶系统停车处理中导致硝酸铵溶液(熔体)温度超高。
(5)在生产过程中还需要特别注意的是用泵(尤其是用潜孔泵)输送硝酸铵熔体的操作过程,这也是非常危险的(同时,这也是最易被忽略的)。如提高该过程的强度(将输送熔体的质量分数提高到99.7%~99.8%,温度为190℃),爆炸危险也随之增加,因为在这一条件下硝酸铵的热稳定性明显下降而对各种因素引起爆炸性分解的敏感度却相应增加。潜孔泵在使用时的危险性一方面是由于收集槽内有大量熔体,另一方面是由于泵的运转和零件的摩擦所造成的,在泵损坏或空转、压出管线不通畅以及往泵内停供熔体等情况下,泵的运转和零件的摩擦会成为硝酸铵局部强化加热的原因。因此,在造粒系统过程中,必须提高输送熔体部件的可靠性和安全程度。熔体输送应使用可靠性高的泵，为减少泵沿加入和压出管线传爆的危险,泵与邻近设备之间最好用特殊的防传爆板隔离。
(6)对大型硝酸铵生产装置,在硝酸铵熔体或浓溶液热分解而局部引爆的特定条件下,也会沿熔体和溶液管线传爆。硝酸铵还会在中和器、再中和器、分离器、蒸发设备、熔体水封槽、熔体过滤器、潜孔泵收集槽以及管道中传爆。因此,必须采取措施,创造避免因局部爆炸可能引起传爆的条件,至少应减少这种传爆的可能性。工艺装置中,连接主要工艺设备(中和器、再中和器、蒸发设备、离心泵等)的管道均应装有防传爆板。设备选型时,这些管道的直径应尽量限制在局部爆炸时能避免的最低值。在化工生产实践中,由于操作人员操作错误或者对硝酸铵的专业知识的不了解而导致的硝酸铵熔体分解爆炸事故还是比较多的。因此,必须强调的是,硝酸铵生产单位一定要加强对职工的安全教育和培训,提高全员的专业技术水平和应变能力,建立健全安全生产规章制度,制定紧急处理预案,切实避免硝酸铵分解爆炸的重大事故的发生。
7.2.2防毒
空气中含有0.5%的气氨，就会强烈的刺激粘膜，严重时发生流泪、气喘、咳嗽等现象，甚至会使人窒息。经常的氨气中毒会引起消化不良，上呼吸道粘膜炎和肺肿大等症状。为防止氨气中毒，应注意如下几点：
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1．做好防泄工作，发现阀门、法兰处有泄漏时应及购修理。 2．工作室内保证良好的通风。
3．备有防线、防毒面具、防毒衣、护用品，以供必要时仪用。
4．万一发生中毒时，立即进行急救。可把中毒者移到凉快通风的地方，让中毒者呼吸新鲜空气，并用大量水冲洗眼睛。
7.2.3防烧伤
烧伤分为热烧伤和化学性烧伤。热烧伤是由于皮肤宣接与火焰或高温物体接触而引起的。化学烧伤则是由于碱或液氨沾在皮肤上引起的。因此，与液氨接触的人员应有橡皮衣服、靴子和手套等。还应配备防毒面具及防护眼镜。一旦酸或碱滴在皮肤上，应首先及时用大量的清水冲洗伤处，然后去医院治疗。
7.2.4防静电
电流对人体的伤害主要是烧伤，引起血液或其他有机物质的电解，刺激神经系统等。也有可能因触电使人由高处掉下而摔伤。人体通过电流在0.1A以上，可使人死亡，在0.05A以上，就有危险。因此，电器设备的安全电压应在45v以下为好。
防止触电的根本措施是严格遵守安全技术规程，并掌握安全用电的知识。例如不使用绝缘不良的电线，设备地线安全可靠，不随意装拆电气设备等。
7.2.5防机械伤害
在生产企业中发生的工伤事故绝大部分为机械性伤害。机械性伤害大都是由工作方法不当、缺乏安全装置和不遵守安全技术规程造成的。为了防止发生机撼性伤害事故，所有暴露在外面的飞轮、皮带轮等转动件必须加安全罩；操作人员按规定穿工作服、戴安全帽，禁止穿宽大的衣服，以免绞入机器内。