第二章-物质性质、物化原理课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 物质性质、物化原理与安全,重点内容：,化学物质及其危险,易燃物质的性质和特征,毒性物质的性质和特征,反应物质的性质和特征,压力系统的危险性,化学反应系统的危险性,第一节 化学物质及其危险概述,一、危险化学品分类,根据中华人民共和国国家标准常用危险化学品的分类及标志,(,GB 13690,92),，,危险化学品分为,爆炸品、压缩气体和液化气体、易燃液体、易燃固体和自燃物品及遇湿易燃物品、氧化剂和有机过氧化物、有害物品和有毒感染性物品、放射性物品、腐蚀品,八大类。,2,压缩气体和液化气体,压缩气体和液化气体是指压缩、液化或加压溶解的气体，其状态条件符合下列两种情况之一者：,(1),临界温度低于或等于,50,、而蒸气压大于,294,kPa,的压缩或液化气体；,(2),温度在,21,1,和,54,4,、压力分别大于,275,kPa,和,715,kPa,的压缩气体；或在,37,8,、蒸气压大于,275,kPa,的液化气体或加压溶解气体。,压缩气体和液化气体按其物理性能可分为易燃气体、不燃气体、有毒气体,3,类。,3,易燃液体,易燃液体是指易燃的液体、液体混合物或含有固体物质的液体，但不包括由于其危险特性已列入其他类别的液体。易燃液体按其闪点分为,3,类：,(1),闪点低于,18,的低闪点液体；,(2),闪点在,18,和,23,之间的中闪点液体；,(3),闪点在,23,和,61,之间的高闪点液体。,二、化学物质的危险性,化学物质危险参考前欧共体危险品分类可划分为,物理危险,生物危险,环境危险,1,物理危险,(1),爆炸性危险,爆炸性是指物质或制剂在明火影响下或是对震动或摩擦比二硝基苯更敏感会产生爆炸。,该定义取自危险物品运输的国际标准，用二硝基苯作为标准参考基础。,迅速而又缺乏控制的能量释放会产生爆炸。释放的能量形式一般是热、光、声和机械振动等。化工爆炸的能源最常见的是化学反应，但是机械能或原子核能的释放也会引起爆炸。,可燃物质爆炸的三个要素是：可燃物质；空气或任何其他助燃剂；火源或高于着火点的温度。,2,生物危险,(1),毒性危险,毒性危险可造成急性或慢性中毒甚至致死，应用试验动物的半致死剂量表征。,(2),腐蚀性和刺激性危险,(3),致癌性和致变性危险,3,环境危险,化工有关的环境危险主要是水质污染和空气污染,第二节易燃物质的性质和特征,一、,易燃物质的性质,1.闪点,闪点定义为易挥发可燃物质表面形成的蒸气和空气的混合物遇火燃烧的,最低温度。,开杯法,闭杯法,闭杯法闪点测定值一般要比开杯法低几度。,2.着火点,着火点是指蒸气和空气的混合物在开口容器中可以点燃并持续燃烧的最,低温度。,3.自燃温度,自燃温度是指物质无火源自动起火并持续燃烧的温度。,4.蒸气相对密度,蒸气相对密度代表的是蒸气密度与空气密度之,比。,8.爆炸范围,称为爆炸极限或燃烧极限,用可燃蒸气或气体在空气中的体,积分数表示,是可燃蒸气或气体与空气的混合物遇引爆源引爆即能发生爆炸或燃烧的浓度范围。,上述浓度范围用爆炸下限和爆炸上限来表示,二、易燃物质类别和火险等级,全美消防协会(,NFPA),把易燃物质划分为以下五个类别,（21）,美国科学院把易燃物质的火险划分为以下五个等级,0,：,无危险;,1,：,闪点在 60 以上;,2,：,闪点在 38,60 之间;,3:闪点在38 以下,而沸点在 38 以上;,4,：,闪点在 38 以下,沸点也在 38 以下。,三、物质易燃性评估,评估气体的易燃性,需要测定气体在空气中的燃烧极限、最大爆炸压,力、自燃温度、爆炸混合物的类别、与基于水的灭火剂反应的类型、最小发火能、表示爆炸性危险的氧含量、完全燃烧的速率、最大安全(火焰熄灭 距离或直径。,评估可燃液体的易燃性,需要测定蒸气的闪点、着火点、桶装灭火剂的最小灭火浓度、燃烧速率以及燃烧过程中的温升速率。,第三节,毒性物质的性质和特征,一、毒性物质的类别,化工中有毒有害物质可以用各种方式分类。下面给出的是美国标准协会定义的按照毒性物质物理状态的分类方法。,(1)粉尘 是指如岩石、矿石、金属、煤、木材、谷物等有机或无机物质在加工、粉碎、研磨、撞击、爆破和爆裂时所产生的固体粒子。除非有静电作用，粉尘一般不絮凝。粉尘在空气中不扩散，但在重力影响下沉降。,(2)烟尘 是指熔融金属等挥发出的气态物质冷凝产生的固体粒子，常伴有化学反应(如氧化)发生。烟尘会发生絮凝，有时会凝结。,(3)烟雾,是指气体冷凝成液体，或通过溅落、鼓泡、雾化等使液体分散而产生的悬浮液滴。,(4)蒸气,是指通常是固态或液态的物质的气体形式，通过增加压力或降低温度可使其变回原态。蒸气会发生扩散。,(5),气体,一般是指临界点以上能充满整个封闭容器空间的无定形流体。只有通过增加压力和降低温度的复合作用才能变至液态或固态。气体会发生扩散。,以上分类不包括完全可能是有害的、明显的固体和液体类别，也不包括医学试剂。,二、毒性物质的临界限度和致死剂量,在所有已出版的临界限度数据中，大量的是以推测、判断或实验室动物有限的试验数据为基础的。几乎没有多少数据是建立在以人为对象，并联系足够的环境观测严格考察的基础上。,对于一切工作环境，有毒有害物质的浓度在整个工作日中很少保持恒定。产生波动是经常的。,化工暴露往往是混合物而不是单一的化合物，而对于混合物的毒性作用，人们还知之甚少。,不同个体对毒性物质的敏感性截然不同，其原因目前还无法清楚了解。因而不能假定对某个个人是安全的条件对所有的人都安全。,对于以不同溶解度的盐或化合物、或以不同物态的形式存在的物质，给出的往往是单一的临界限度值。,在试验工业毒理学中更常用的是：,使一组试验动物中一半致死的量，称为,半致死剂量,或百分之五十致死剂量，用,LD,50,来表示。致死剂量的单位是,mg,kg,1,。,有时把染毒环境空气中毒物的含量作为毒性评价指标。类似的有半致死浓度,LC,50,(mg,m,3,),。,三、毒性物质的毒性等级和危险等级,毒性物质的毒性分为五个等级，下面就这五个等级进行说明。,1“,U”：,未知 (,Unknown),“U”,这个标识适用于以下几个类别的物质：,在文献中查找不到有关物质的任何毒性信息，人们对此一无所知；,有基于动物试验的有限信息，但不适用于人的暴露；,对已出版的毒性数据存疑。,2“0”：无毒性,“0”这个标识适用于以下类别的物质,在任何应用条件下都不会引起伤害的物质；,仅在最不寻常的条件下或超大剂量应用时才对人产生毒性作用。,3“1”：轻度毒性,(1)急性局部中毒 物质一次性连续暴露几秒、几分或几个小时，不管暴露的程度如何，仅引起对皮肤或黏膜的轻度影响。,(2)急性全身中毒 物质一次性连续暴露几秒、几分或几个小时，通过呼吸或皮肤吸收进入人体，或一次性服人，不管吸收的量和暴露的程度，仅产生轻度影响。,(3)慢性局部中毒 物质连续或重复暴露持续数日、数月或数年，暴露的程度或大或小，仅引起对皮肤或黏膜的轻度伤害。,(4)慢性全身中毒 物质连续或重复暴露持续数日、数月或数年，通过呼吸或皮肤吸收进入人体，暴露的程度或大或小，仅产生轻度伤害。,4“2”中度毒性,(1)急性局部中毒 物质一次性连续暴露几秒、几分或几个小时，会引起对皮肤或黏膜的中度影响。上述影响可以起因于几秒的强暴露或几个小时的中度暴露。,(2)急性全身中毒 物质一次性连续暴露几秒、几分或几个小时，通过呼吸或皮肤吸收进入人体，或一次性服入，产生中度影响。,(3)慢性局部中毒 物质连续或重复暴露持续数日、数月或数年，引起对皮肤或黏膜的中度伤害。,(4)慢性全身中毒 物质连续或重复暴露持续数日、数月或数年，通过呼吸或皮肤吸收进入人体，产生中度影响。,5“3”：重度毒性,(1)急性局部中毒 物质一次性连续暴露几秒、几分或几个小时，引起对皮肤或黏膜的严重损伤，会危及生命或造成对身体的永久伤害。,(2)急性全身中毒 物质一次性连续暴露几秒、几分或几个小时，通过呼吸或皮肤吸收进入人体，或一次性服入，产生会危及生命的严重伤害。,(3)慢性局部中毒 物质连续或重复暴露持续数日、数月或数年，引起皮肤或黏膜的不可逆的严重损伤，会危及生命或造成永久伤害。,(4),慢性全身中毒,物质小剂量连续或重复暴露持续数日、数月或数年，通过呼吸或皮肤吸收进入人体，能够致死或造成身体的严重损伤。,美国科学院把毒性物质危险划分为五个等级，是根据物质的半致死剂量,LD,50,值划分的。,“0”：无毒性，,LD,50,15 gkg,1,；,“1”：,实际无毒性，5,gkg,1,LD,50,15 gkg,1,2”：,轻度毒性，05,gkg,1,LD,50,5 gkg,1,；,“3”：,中度毒性，50,mgkg,1,LD,50,500 mgkg,1,；,“,4,”：,毒性，,LD5050 mg,kg,1,。,第四节,反应物质的性质和特征,一、化学物质的反应性能,1自燃性质,有些物质极具反应性，与空气接触会引起氧化，以相当高的速度水解会引起燃烧，这些物质称为自燃化合物。具有自燃性质的物质有：,(1)粉状金属：钙、钛等；,(2)金属氢化物：氢化钾、氢化锗等；,(3)部分或完全烷基化的金属氢化物：氢化三乙基铝、三乙基铋等；,(4)烷基金属衍生物：二乙基乙氧基铝、氯化二甲基铋等；,(5)非金属的类似衍生物：乙硼烷、二甲基亚磷酸酯、三乙基砷等；,(6)金属羰基化合物：五羰基铁、八羰基二钴等。,在应用上述物质时，为了避免可能的火灾或爆炸，需要在惰性气氛下并采用适当的处理技术和设备。,2过氧化性质,有些液体物质与空气有限接触、对光暴露贮存都会发生缓慢的氧化反应，初始生成氢的过氧化物，继续反应生成聚合过氧化物。,对过氧化反应敏感的典型结构有：,(1)在醚、环醚中的,OCH；,(2),在异丙基化合物、十氢萘中的(,CH,2,),2,CH；,(3),在烯丙基化合物中的,CCCH；,(4),在乙烯基化合物中的,CCH；,(5),在异丙基苯、四氢萘、苯乙烯中的,C,CH,Ar,。,3水敏性质,仅次于空气(氧)，水是最常见的反应试剂。与水，特别是与有限量的水剧烈反应的一些种类的化合物有：,(1)碱金属和碱土金属(钾、钙等)；,(2)无水金属卤化物(三溴化铝、四氯化锗等)；,(3)无水金属氧化物(氧化钙等)；,(4)非金属卤化物(三溴化硼、五氯化磷等)；,(5)非金属卤化氧化物(无机酸卤化物、磷酰氯、硫酰氯、氯磺酸等)；,(6),非金属氧化物,(,酸酐、三氧化硫等,),。,二、反应物质不稳定性结构因素和热力学表征,1物质不稳定性的结构因素,表21列出了一些常见的表征潜在不稳定性的结构基团。,表21 表征潜在不稳定性的结构基团（,27,）,2,物质不稳定性的热力学表征,（自学）,三、反应物质的氧差额决定反应系统历程的一个基本因素是系统的元素总组成。,事实上多数反应化学品事故涉及氧化系统，特别是在有机系统中，氧差额是一个重要判据。,氧差额定义为系统的氧含量与系统中的碳、氢和其他可氧化元素完全氧化所需的氧量之间的差值。系统缺氧，氧差额为负（还原剂）；系统剩余氧，氧差额为正（氧化剂）,。,下面就各类氧差额的化合物作一些说明。,(1)对于负氧差额的化合物，氧化剂的存在会减少负的氧差额。如，三硝基甲苯、过醋酸：,C,7,H,5,N,3,O,6,+105O7CO,2,+25H,2,O+15N,2,C,2,H,4,O,3,+3O2CO,2,+2H,2,O,(2),对于零氧差额的化合物，潜能的释放量最大。如，过甲酸、重铬酸铵：,CH,2,O,3,CO,2,+H,2,O,Cr,2,H,8,N,2,O,7,Cr,2,O,3,+4H,2,O+N,2,(3),对于正氧差额的化合物，燃料或还原剂的存在会增加潜能的释放。如，硝酸铵、七氧化二锰,H,4,N,2,O,3,2H,2,O+N,2,+O,Mn,2,O,7,Mn,2,O,3,+4O,第五节,压力系统热力学行为与危险性,一、温度对蒸气压的影响,任何易燃或毒性物质在空气中暴露时，在大气中达到的平衡浓度与其饱和蒸气压成正比。,方程,(2,5),表明，少许易挥发杂质的存在会降低液体的闪点,2空气中易燃蒸气的产生,由于环境温度的较大增加，例如在世界较热地区运输和应用易燃溶剂，可能会出现闪点被超过的情形。,另外，在冬季用明火烘烤柴油桶使柴油熔化，烘烤油脂或沥青桶降低其内装物的黏度以便倾倒出来，都会产生易燃蒸气和空气的混合物，而且还提供了火源。,如果进行火焰切割、熔焊接或电焊操作而又没有充分的预防措施，也会出现后者的情形。,3空气中毒性蒸气过高浓度的产生,空气中污染组元的浓度与其饱和蒸气压成正比，并且随温度的增加而增加。,4不同情形的过压问题,压力容器如果不配有压力释放系统，常因过压问题引起罐体的破裂。造成过压问题的原因是各式各样的。下面就三种典型情况进行说明。,(1),超常吸热引起的过压,(2),化学反应引起的过压,(3),故障或失误引起的过压,1蒸气“爆炸”引起物料喷射,热油罐的操作极具危险，如，沥青或重质燃料油罐在,100,以上操作，其中罐底积水将发生蒸气并伴有油泡沫形成，如果“过沸”相当强烈，常会发生油品向罐外喷溢，甚至造成罐体破裂。这些现象也出现在密封容器装有热液体和少量易挥发液体的混合物的情形。,2少量易燃或毒性液体在有限空间内气化,3,蒸气冷凝或被其他液体吸收引起的内爆,时有这样的事故案例发生，充满蒸气而没有真空释放阀的釜，由于误操作而喷射入冷水，蒸气迅速冷凝形成内真空，釜体被外大气压力压扁。,三、不同物质蒸气和液体的密度,1,气体或蒸气的密度,(1),密度比空气大的蒸气倾向于在低位区扩散和聚集，形成燃烧和爆炸危险、毒性危险或局部区域的缺氧。,(2)在环境温度下密度比空气小的蒸气当其冷却时仍在低位区扩散，如从液氨或液化天然气产生的蒸气就是如此。,(3)密度比空气小的气体在装置或通风不良的建筑物的高位区聚集。,(4)热气由于“热推举”而上升，一般会扩散至大气。,2,液体的密度差异,(1),非互溶液体在加工和贮存装置中分层。在装料时无搅拌造成反应物的分层，一旦启动搅拌往往会激发剧烈的化学反应。,(2),密度较小的液体分布或聚集在较重液体之上。汽油、煤油及许多有机液体密度比水小，当其向污水排放系统排放时，由于这些液体在水面之上而具有火险和毒性危险。,(3)两种非互溶液体混合时会有各自独立的特征蒸气压，总压为两种液体的蒸气压之和，而混合物的沸点一般要远在两个纯组元沸点之下。,第六节,化学反应系统物化原理与安全,一、化学反应动力学,(1)普通反应 速率随温度升高迅速增加。,(2)某些非均相反应 速率被相间扩散阻力所控制，速率随温度升高缓慢增加。,(3)爆炸反应 在着火点速率剧增。,(4)催化反应 反应速率被吸附速率所控制，而吸附量随温度升高而减少。,(5)某些反应 由于随温度升高副反应加剧而复杂化。,(6),某些反应,低温有利于平衡转化，速率有赖于平衡移动，速率随温度升高而减小。,二、反应物质的非互容性质,许多化学物质彼此互不相容，它们必须在严格控制的条件下接触，否则会生成剧毒物质或发生强烈化学反应，甚至引起爆炸。,1毒性危险,2反应危险,3水敏性危险,三、化学反应类型及其危险性（,37,）,1,燃烧,2,氧化,3.中和,4.电解,5.复分解等等,第七节,化工操作原理与安全,一、化学反应与热量传递,如果夹层内壁两侧的物流能互相反应，就应该安装特殊的检测装置，进行检漏和报警。传热面的结垢会慢慢降低传热效率。,入口和出口联线上的温度和压力测定一般能给出传热能力降低的警示，一旦达到危险限度，应该有视听信号报警。,二、相平衡与组元分离,1蒸馏,(1)易燃液体的蒸馏,蒸馏可以是间歇的或连续的，在大气压下、真空下或压力下操作，存在着空气进入、蒸气排出的可能性。,(2)蒸馏操作的危险性,水偶然进塔，而塔温和塔压又足以使大量水即刻蒸发，这是相当危险的，特别是会损坏塔内件。冷水喷入充满蒸气而没有真空释放阀的塔，在外部大气压力作用下会造成塔的塌陷。,蒸馏塔需要配置真空或压力释放设施。,2吸收,吸收是指气体混合物在溶剂中选择溶解实现气体混合物组元的分离。如在污染控制中常见的，溶质的浓度很低，这时就称为“洗气”。,为了安全，容器中的液面应自动控制和易于检查。对于毒性气体，必须有低液位报警。,最常用于吸收的是喷雾塔、填料塔或板式塔，气体和溶剂逆流。,3液-液萃取,液,-,液萃取过程设备包括塔器、混合沉降槽、离心式萃取器等。,萃取过程常常有易燃的稀释剂或萃取剂的应用。因为包含相混合、相分离以及泵输送等操作，消除静电的措施变得极为重要。,溶质和溶剂的回收一般采用蒸馏或蒸发操作。所以萃取全过程包含这些操作所具有的危险。,4结晶,结晶器一般为配有简单搅拌的容器，用来从饱和溶液或稍微过饱和的溶液生成控制粒度的晶体。除去与物质本身有关的危险外，这个单元过程极少危险性。,三、相混合和相分离,不同的相及其固有的性质，有着特殊的危险，还有动力机械有关的普通的机械危险。,四、物料的输送和机械加工,1,物料输送,(1),固体物料输送,在皮带和皮带轮接触部位，应该安装防护罩。,齿轮与齿轮、齿条、链条啮合的部位，应该采取防护措施，防止发生人身伤害事故,风力输送系统要特别注意防止系统堵塞和由静电引起的粉尘爆炸。为此，输送管道的直径应该尽量大些，而且要有良好的接地。,(2),液体物料输送,泵送液体除去应该有常规的机械安全防护外，还需要注意防止物料，特别是危险物料泄漏引起的危险。,在输送易燃液体时，管内流速不应大于安全流速，管道要有可靠的接地措施防止静电的产生，同时应该避免吸入口产生负压吸入空气形成爆炸混合物。,对于易燃液体不能用压缩空气压送，要用氮、二氧化碳等惰性气体代替空气，以免造成燃烧或爆炸。,(3),气体物料输送,一般是由压缩机压送或真空泵抽吸通过管道输送气体物料。要安装压力表和安全阀。安全阀泄压时，应该把危险气体导至安全地区。,压送或抽吸可燃气体时，进气口应该经常保持一定的余压，以免吸入空气形成爆炸混合物。,可燃气体输送管道，应该经常保持正压，并根据需要安装止逆阀、水封、阻火器等安全装置。,可燃性气体和液体管道不允许与电缆一起敷设。可燃气体管道与氧气管道一起敷设时，应该保持在025,m,净距离以上。,对于易燃、易爆气体的压送或抽吸设备的电动机部分，应该采用防爆型的，否则应穿墙隔离设置。,