【文章內(nèi)容簡介】 6． 縮合反應(yīng)操作本部分難度較大，能夠訓(xùn)練學(xué)員分析能力、決策能力和應(yīng)變能力。需通過多次反應(yīng)操作，并根據(jù)親身體驗(yàn)到的間歇反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)特性，總結(jié)出最佳操作方法。① 認(rèn)真且迅速檢查并確認(rèn)：放空閥HV21，進(jìn)料閥V1V16，出料閥V20是否關(guān)閉。② 開啟反應(yīng)釜R2攪拌電機(jī)M02，觀察釜內(nèi)溫度T已經(jīng)略有上升。③ 適當(dāng)打開夾套蒸汽加熱閥HV17，觀察反應(yīng)釜內(nèi)溫度T逐漸上升。注意加熱量的調(diào)節(jié)應(yīng)使溫度上升速度適中。加熱速率過猛會(huì)使反應(yīng)后續(xù)的劇烈階段失控而產(chǎn)生超壓事故。加熱速率過慢會(huì)使反應(yīng)停留在低溫壓，副反應(yīng)會(huì)加強(qiáng)，影響主產(chǎn)物產(chǎn)率。反應(yīng)釜溫度和壓力是確保反應(yīng)安全的關(guān)鍵參數(shù)，所以必須根據(jù)溫度和壓力的變化來控制反應(yīng)的速率。④ 當(dāng)溫度T上升至45℃左右應(yīng)停止加熱，關(guān)閉夾套蒸汽加熱閥HV17。反應(yīng)此時(shí)已被深度誘發(fā)，并逐漸靠自身反應(yīng)的放熱效應(yīng)不斷加快反應(yīng)速度。⑤ 操作學(xué)員應(yīng)根據(jù)具體情況，主要是根據(jù)反應(yīng)釜溫度T上升的速率， ~ ℃/s 以內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)釜溫度T上升至65℃左右()，間斷小量開啟夾套冷卻水閥門HV18及蛇管冷卻水閥門HV19,控制反應(yīng)釜的溫度和壓力上升速度，提前預(yù)防系統(tǒng)超壓。在此特別需要指出的是：開啟HV18和HV19的同時(shí),應(yīng)當(dāng)觀察夾套冷卻水出口溫度T2和蛇管冷卻水出口溫度T3不得低于60℃。如果低于60℃，反應(yīng)物產(chǎn)物中的硫磺（副產(chǎn)物之一）將會(huì)在夾套內(nèi)壁和蛇管傳熱面上結(jié)晶，增大熱阻,影響傳熱，因而大大減低冷卻控制作用。特別是當(dāng)反應(yīng)釜溫度還不足夠高時(shí)更易發(fā)生此種現(xiàn)象。反應(yīng)釜溫度大約在90℃()以下副反應(yīng)速率大于主反應(yīng)速率, 反應(yīng)釜溫度大約在90℃以上主反應(yīng)速率大于副反應(yīng)速率。⑥ 反應(yīng)預(yù)計(jì)在95~110℃（~ MPa）進(jìn)入劇烈難控的階段。學(xué)員應(yīng)充分集中精力并加強(qiáng)對(duì)HV18和HV19的調(diào)節(jié)。這一階段學(xué)員既要大膽升壓，又要謹(jǐn)慎小心防止超壓。為使主反應(yīng)充分進(jìn)行，并盡量減弱副反應(yīng)，應(yīng)使反應(yīng)溫度維持在121℃（ MPa左右）。但壓力維持過高， MPa(反應(yīng)溫度超過128℃),將會(huì)報(bào)警扣分。⑦ 如果反應(yīng)釜壓力P上升過快，已將HV18和HV19開到最大，仍壓制不住壓力的上升，可迅速打開高壓水閥門V25及高壓水泵電機(jī)開關(guān)M05，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。⑧ 如果開啟高壓水泵后仍無法壓制反應(yīng)， MPa(反應(yīng)溫度超過130℃)以上時(shí)，應(yīng)立刻關(guān)閉反應(yīng)釜R2攪拌電機(jī)M2。此時(shí)物料會(huì)因密度不同而分層，反應(yīng)速度會(huì)減緩，如果強(qiáng)制冷卻及停止攪拌奏效，一旦壓力出現(xiàn)下降趨勢，應(yīng)關(guān)閉V25及高壓水泵開關(guān)M05，同時(shí)開啟反應(yīng)釜攪拌電機(jī)開關(guān)M02。⑨ 如果操作不按規(guī)程進(jìn)行，特別是前期加熱速率過猛，加熱時(shí)間過長，冷卻又不及時(shí)，反應(yīng)可能進(jìn)入無法控制的狀態(tài)。即使采取了第⑦、第⑧項(xiàng)措施還控制不住反應(yīng)壓力， MPa 已屬危險(xiǎn)超壓狀態(tài)，將會(huì)再次 報(bào)警扣分。此時(shí)應(yīng)迅速打開放空閥HV21，強(qiáng)行泄放反應(yīng)釜壓力。由于打開放空閥會(huì)使部分二硫化碳蒸汽散失（當(dāng)然也污染大氣），所以壓力一旦有所下降，應(yīng)立刻關(guān)閉HV21，若關(guān)閉閥HV21壓力仍上升，可反復(fù)數(shù)次。需要指出，二硫化碳的散失會(huì)直接影響主產(chǎn)物產(chǎn)率。⑩ 如果第⑦、⑧、⑨三種應(yīng)急措施都不能見效， MPa，將被認(rèn)定為反應(yīng)器爆炸事故。此時(shí)緊急事故報(bào)警閃光，仿真軟件處于凍結(jié)狀態(tài)。成績?yōu)榱惴?。反?yīng)保溫階段如果控制合適，反應(yīng)歷經(jīng)劇烈階段之后，壓力P、溫度T會(huì)迅速下降。此時(shí)應(yīng)逐步關(guān)小冷 卻水閥HV18和HV19，使反應(yīng)釜溫度保持在120℃（~ MPa左右），不斷調(diào)整直至全部關(guān)閉掉HV18和HV19。當(dāng)關(guān)閉HV18和HV19后出現(xiàn)壓力下降時(shí)，可適當(dāng)打開夾套蒸汽加熱閥HV17，仔細(xì)調(diào)整，使反應(yīng)釜溫度始終保持在120℃（~ MPa）5~10分鐘（實(shí)際為2~3小時(shí)）。保溫之目的在于使反應(yīng)盡可能充分地進(jìn)行，以便達(dá)到盡可能高的主產(chǎn)物產(chǎn)率。此刻是觀看開車成績的最佳時(shí)刻。教師可參考記錄曲線綜合評(píng)價(jià)學(xué)員開車水平。出料及清洗反應(yīng)器① 完成保溫后，即可進(jìn)入出料及反應(yīng)釜清洗階段。首先打開放空閥HV21約10秒（實(shí)際為2～5分鐘），放掉釜內(nèi)殘存的可燃?xì)怏w及硫化氫。② 關(guān)閉放空閥HV21。打開出料增壓蒸汽閥V23， MPa以上。③ 打開出料管預(yù)熱閥V22及V24約10秒（實(shí)際為2～5分鐘）。關(guān)閉V22及V24。④立即打開出料閥V20，觀察反應(yīng)釜液位H3逐漸下降，但釜內(nèi)壓力不變。， MPa左右，保持10秒充分吹洗反應(yīng)釜及出料管。⑤ 關(guān)閉出料管V20及蒸汽增壓閥V23。⑥ 打開蒸汽閥V24及放空閥HV21吹洗反應(yīng)釜10秒（實(shí)際為2～5分鐘）。關(guān)閉閥門V24。至此全部反應(yīng)崗位操作完畢，可進(jìn)入操作下一批反應(yīng)的準(zhǔn)備工作。事故設(shè)置及排除為了訓(xùn)練學(xué)員在事故狀態(tài)下的應(yīng)變及正確處理能力，本仿真軟件可以隨機(jī)設(shè)定5種常見事故的狀態(tài)，每次設(shè)定其中的任一個(gè)。由于間歇過程不存在正常工況，事故應(yīng)在開車前設(shè)置。5種事故的現(xiàn)象、排除方法和合格標(biāo)準(zhǔn)分述如下。1．壓力表堵故障（F2)事故現(xiàn)象：由于產(chǎn)物中有硫磺析出，壓力表測壓管口堵塞的事故時(shí)有發(fā)生。其現(xiàn)象是無論反應(yīng)如何進(jìn)行，壓力指示P不變。此時(shí)如果學(xué)員不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一直加熱，會(huì)導(dǎo)致超壓事故。排除方法：發(fā)現(xiàn)壓力表堵后，應(yīng)立即轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑磻?yīng)釜溫度T為主參數(shù)控制反應(yīng)的進(jìn)行。幾個(gè)關(guān)鍵反應(yīng)階段的參考數(shù)據(jù)如下。① 升溫至45℃～55℃應(yīng)停止加熱。② 65℃～75℃開始冷卻。③ 反應(yīng)劇烈階段約維持在115℃左右。④ 反應(yīng)溫度大于128℃ MPa，已處于事故狀態(tài)。⑤ 反應(yīng)溫度大于150℃ MPa。⑥ 反應(yīng)溫度大于160℃ MPa，已接近爆炸事故。合格標(biāo)準(zhǔn)：按常規(guī)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)記分。2．無鄰硝基氯苯（F3）事故現(xiàn)象：由于液位計(jì)失靈或鄰硝基氯苯儲(chǔ)罐中料液已壓空，而錯(cuò)壓了混有鐵銹的水。從顏色上很難同鄰硝基氯苯區(qū)分。這種故障在現(xiàn)場時(shí)有發(fā)生。主要現(xiàn)象將在反應(yīng)過程中表現(xiàn)出來。由于反應(yīng)釜中的二硫化碳只要加熱，壓力則迅速上升，一旦冷卻，壓力立即下降。反應(yīng)釜中并無任何反應(yīng)進(jìn)行。排除方法：根據(jù)現(xiàn)象確認(rèn)反應(yīng)釜無鄰硝基氯苯后，首先開大冷卻水量，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度下降至25℃以下。在現(xiàn)場必須重新取樣分析，確定補(bǔ)料量及補(bǔ)料措施后重新開車。在仿真培訓(xùn)器上為了提高培訓(xùn)效率，只需按動(dòng)“補(bǔ)料處理”鍵FBL，即可重新開始反應(yīng)。合格標(biāo)準(zhǔn)：學(xué)員必須能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故，并判斷反應(yīng)釜內(nèi)無鄰硝基氯苯，立刻采取降溫措施，停攪拌，按動(dòng)“補(bǔ)料處理”鍵FBL，再按常規(guī)情況重新完成反應(yīng)為合格。3．無二硫化碳（F4）事故現(xiàn)象：由于液位計(jì)失靈或操作失誤把水當(dāng)成料液，使反應(yīng)釜中無二硫化碳。此時(shí)僅有副反應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行，溫度上升很快，反應(yīng)也十分劇烈。但由于沒有二硫化碳，反應(yīng)壓力不會(huì)大幅度上升，即使反應(yīng)溫度超過160℃， MPa。排除方法：確認(rèn)反應(yīng)釜無二硫化碳后，首先開大冷卻水量，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度下降至25℃以下（省去現(xiàn)場取樣分析）。停攪拌，按動(dòng)“補(bǔ)料處理”鍵FBL，就可以重新按常規(guī)方法開車反應(yīng)。合格標(biāo)準(zhǔn)：學(xué)員必須能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故，并判斷反應(yīng)釜內(nèi)無二硫化碳。立刻采取降溫措施，停止攪拌，按動(dòng)“補(bǔ)料處理”鍵FBL，再按常規(guī)情況重新完成反應(yīng)為合格。4．出料管堵（F5）事故現(xiàn)象：由于產(chǎn)物中有硫磺析出，如果出料閥門漏液，或前一次反應(yīng)出料后沒有沖洗干凈，或主蒸汽壓力過低時(shí)出料，則很有可能發(fā)生出料管堵故障。其現(xiàn)象是出料時(shí)雖然打開了出料閥，反應(yīng)釜內(nèi)壓力也很高，但反應(yīng)釜內(nèi)液位H3不下降。排除方法：在真實(shí)現(xiàn)場，必須沿出料管線檢查堵管位置。用高溫蒸汽吹掃。如果此法無效，只有拆下被堵管用火燒化硫磺，或更換管段及漏料的閥門。在仿真器上用“通管處理”鍵FTG代表以上檢查與處理，即可正常出料。合格標(biāo)準(zhǔn)：及時(shí)發(fā)現(xiàn)出料管堵故障，并能立刻按下“通管處理”鍵FTG。5．出料壓力低（F6）事故現(xiàn)象：當(dāng)全廠蒸汽用戶滿負(fù)荷時(shí)，常出現(xiàn)主蒸汽壓力不足的情況。 MPa， MPa就無法靠蒸汽壓把料液全部壓出反應(yīng)釜。這也是造成出料管堵塞的重要原因。排除方法：可以利用反應(yīng)釜內(nèi)殘余的二硫化碳加熱后會(huì)產(chǎn)生較高的飽和蒸汽壓這一物理現(xiàn)象，靠反應(yīng)釜內(nèi)存儲(chǔ)的壓力出料。采用此方法必須注意隨著反應(yīng)釜內(nèi)液位下降，汽化空間逐漸擴(kuò)大，壓力會(huì)降低。所以必須使出料前壓力足夠高，否則會(huì)產(chǎn)生出料中途停止的故障。合格標(biāo)準(zhǔn)：能預(yù)先發(fā)現(xiàn)主蒸汽壓力不足。出料時(shí)能利用釜內(nèi)壓力將產(chǎn)品料液全部壓出至下道工序。思考題本間歇反應(yīng)經(jīng)歷了幾個(gè)階段？每個(gè)階段有何特點(diǎn)？ 答：①多硫化鈉制備反應(yīng) 此反應(yīng)是將硫磺（S）、硫化鈉（Na2S）和水混合，以蒸汽加熱、攪拌，在常壓開口容器中反應(yīng)，得到多硫化鈉溶液。反應(yīng)時(shí)有副反應(yīng)發(fā)生,此副反應(yīng)在加熱接近沸騰時(shí)才會(huì)有顯著的反應(yīng)速度。因此，多硫化鈉制備溫度不得超過85℃。多硫化鈉的含硫量以指數(shù)n表示。實(shí)驗(yàn)表明，硫指數(shù)較高時(shí)，促進(jìn)劑的縮合反應(yīng)產(chǎn)率提高。但當(dāng)n增加至4時(shí)，產(chǎn)率趨于定值。此外，當(dāng)硫指數(shù)過高時(shí)，縮合反應(yīng)中析出游離硫的量增加，容易在蛇管和夾套傳熱面上結(jié)晶而影響傳熱，使反應(yīng)過程中壓力難于控制。所以硫指數(shù)應(yīng)取適中值。②二硫化碳計(jì)量二硫化碳易燃易爆，不溶于水，密度大于水。因此，可以采用水封隔絕空氣保障安全。同時(shí)還能利用水壓將儲(chǔ)罐中的二硫化碳?jí)褐粮呶徊?。高位槽具有夾套水冷系統(tǒng)。③鄰硝基氯苯計(jì)量℃，不溶于水，常溫下呈固體狀態(tài)。為了便于管道輸送和計(jì)量，必須將其熔化，并保存于具有夾套蒸汽加熱的儲(chǔ)罐中。計(jì)量時(shí)，利用壓縮空氣將液態(tài)鄰硝基氯苯壓至高位槽，高位槽也具有夾套保溫系統(tǒng)。④縮合反應(yīng)工序縮合工序歷經(jīng)下料、加熱升溫、冷卻控制、保溫、出料及反應(yīng)釜清洗階段。鄰硝基氯苯、多硫化鈉和二硫化碳在反應(yīng)釜中經(jīng)夾套蒸汽加入適度的熱量后，將發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生促進(jìn)劑M的鈉鹽及其副產(chǎn)物?？s合反應(yīng)不是一步合成，實(shí)踐證明還伴有副反應(yīng)發(fā)生?？s合收率的大小與這個(gè)副反應(yīng)有密切關(guān)系。當(dāng)硫指數(shù)較低時(shí)，反應(yīng)是向副反應(yīng)方向進(jìn)行。主反應(yīng)的活化能高于副反應(yīng)，因此提高反應(yīng)溫度有利于主反應(yīng)的進(jìn)行。但在本反應(yīng)中若升溫過快、過高，將可能造成不可遏制的爆炸而產(chǎn)生危險(xiǎn)事故。保溫階段之目的是盡可能多地獲得所期望的產(chǎn)物。為了最大限度地減少副產(chǎn)物的生成，必須保持較高的反應(yīng)釜溫度。操作員應(yīng)經(jīng)常注意釜內(nèi)壓力和溫度，當(dāng)溫度壓力有所下降時(shí)，應(yīng)向夾套內(nèi)通入適當(dāng)蒸汽以保持原有的釜溫、釜壓?？s合反應(yīng)歷經(jīng)保溫階段后，接著利用蒸汽壓力將縮合釜內(nèi)的料液壓入下道工序。出料完畢，用蒸汽吹洗反應(yīng)釜，為下一批作業(yè)做好準(zhǔn)備。本間歇反應(yīng)崗位操作即告完成。本間歇反應(yīng)釜有哪些部件?有哪些操作點(diǎn)？在反應(yīng)過程中各起什么作用？ 答：反應(yīng)釜R2是本間歇反應(yīng)的主設(shè)備。為了及時(shí)觀察反應(yīng)狀態(tài)，R2頂部設(shè)壓力表P，單位MPa。設(shè)釜內(nèi)溫度表T，單位 ℃，料位計(jì)H3，單位m。反應(yīng)釜夾套起雙重作用。在誘發(fā)反應(yīng)階段用手操閥門HV17通蒸汽加熱；在反應(yīng)誘發(fā)后用手操閥門HV18通冷卻水降溫。反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)螺旋蛇管，在反應(yīng)劇烈階段用于加強(qiáng)冷卻，冷卻水手操閥門為HV19。冷卻水管線與多級(jí)高壓水泵出口相連。高壓泵出口閥為V25，電機(jī)開關(guān)為M05。插入反應(yīng)釜底的出料管線經(jīng)閥門V20至下一工序。為了防止反應(yīng)完成后出料時(shí)硫磺遇冷堵管，自V20至釜內(nèi)的管段由閥門V24引蒸汽吹掃。自V20至下工序的管段由閥門V22引蒸汽吹掃。閥門V23引蒸汽至反應(yīng)釜上部汽化空間，用于將物料壓至下工序。釜頂設(shè)放空管線，手操閥門HV21為放空閥。V26是反應(yīng)釜的安全閥。溫度計(jì)TT3分別為夾套與蛇管出水測溫計(jì)。反應(yīng)一旦超壓，有幾種緊急處理措施？如何掌握分寸？答：如果反應(yīng)釜壓力P上升過快，已將HV18和HV19開到最大，仍壓制不住壓力的上升，可迅速打開高壓水閥門V25及高壓水泵電機(jī)開關(guān)M05，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。如 果開啟高壓水泵后仍無法壓制反應(yīng)， MPa(反應(yīng)溫度超過130℃)以上時(shí)，應(yīng)立刻關(guān)閉反應(yīng)釜R2攪拌電機(jī)M2。此時(shí)物料會(huì)因密度不同而分層，反應(yīng)速度會(huì)減緩，如果強(qiáng)制冷卻及停止攪拌奏效，一旦壓力出現(xiàn)下降趨勢，應(yīng)關(guān)閉V25及高壓水泵開關(guān)M05，同時(shí)開啟反應(yīng)釜攪拌電機(jī)開關(guān)M02。本反應(yīng)超壓的原因是什么？為什么超壓放空不得長時(shí)間進(jìn)行？答：如果操作不按規(guī)程進(jìn)行，特別是前期加熱速率過猛，加熱時(shí)間過長，冷卻又不及時(shí)，反應(yīng)可能進(jìn)入無法控制的狀態(tài)。即使采取了第⑦、第⑧項(xiàng)措施還控制不住反應(yīng)壓力， MPa 已屬危險(xiǎn)超壓狀態(tài)，將會(huì)再次報(bào)警扣分。此時(shí)應(yīng)迅速打開放空閥HV21，強(qiáng)行泄放反應(yīng)釜壓力。由于打開放空閥會(huì)使部分二硫化碳蒸汽散失（當(dāng)然也污染大氣），所以壓力一旦有所下降，應(yīng)立刻關(guān)閉HV21，若關(guān)閉閥HV21壓力仍上升，可反復(fù)數(shù)次。需要指出，二硫化碳的散失會(huì)直接影響主產(chǎn)物產(chǎn)率。反應(yīng)劇烈階段停攪拌為什么能減緩反應(yīng)速率？答：攪拌停止延緩了物料互相接觸的程度，會(huì)是反應(yīng)速率降低如何判斷反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)？什么情況會(huì)出現(xiàn)假終點(diǎn)？答：反應(yīng)罐的溫度不再有反應(yīng)本身提供而由加熱套來維持，即可判斷反應(yīng)達(dá)到了終點(diǎn)；溫度未達(dá)到規(guī)定的要求前便自動(dòng)下降。如果從反應(yīng)開始就忘記關(guān)放空閥會(huì)導(dǎo)致什么后果？ 答：導(dǎo)致罐內(nèi)壓力達(dá)不到預(yù)定的壓力要求。根據(jù)你的訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)，試總結(jié)間歇反應(yīng)的最佳操作法？答：間歇反應(yīng)的控制關(guān)鍵在于最后階段的溫度控制，所以掌握了此刻的溫度控制即是獲得了最佳操作方法，溫控的關(guān)鍵在于觀察溫度增長的速度，如果平穩(wěn)，即可只用冷凝夾套給蛇形管冷卻，如果增勢過猛，要提前開啟水泵進(jìn)行冷卻！連續(xù)反應(yīng)流程簡介 連續(xù)帶攪拌的釜式反應(yīng)器是化工過程中常見的單元操作。丙烯聚合過程是典型的連續(xù)反應(yīng)。流程圖如圖所示，丙烯聚合過程采用了兩釜并聯(lián)進(jìn)料串聯(lián)反應(yīng)的流程。聚合反應(yīng)是在己烷溶劑中進(jìn)行的，故稱溶劑淤槳法聚合。首釜D201設(shè)有夾套冷卻水散熱及汽化散熱。汽化后的氣體經(jīng)冷凝進(jìn)入D207罐后返回聚合釜，含氫（分子量調(diào)節(jié)劑）的未凝氣通過鼓風(fēng)機(jī)C201經(jīng)插入釜底的氣體循環(huán)管返回首釜。第二釜D202采用夾套冷卻和漿液釜外循環(huán)散熱。工藝流程簡介如下。丙烯進(jìn)料經(jīng)閥門VI，循環(huán)丙烯經(jīng)閥門V2進(jìn)入貯罐D(zhuǎn)207。再經(jīng)泵P201打入釜D201。己烷經(jīng)過閥門V6和V7分別進(jìn)入釜D201和D202。首釜由閥門V8與V9分別加入催化劑A和活化劑B。氣相丙烯經(jīng)閥門V10進(jìn)入釜D202作為補(bǔ)充進(jìn)料。少量的氫氣通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)入兩釜，分別用于控制聚丙烯熔融指數(shù)，表征了聚丙烯的分子量分布。第二釜的體積流出量大于首釜的體積流出量