第七章非工艺专业基本知识

第七章非工艺专业基本知识第一节公用工程第二节安全防火与环境保护第七章非工艺专业基本知识第一节公用工程教学内容：了解给排水、供电、供热及冷冻、采暖通风及空气调节工程的基本知识,理解工艺人员向上述专业应提供的设计条件。重点和难点：重点应理解工艺人员向上述专业应提供的设计条件。第一节公用工程一、给排水(一)设计基础条件1、提供设备布置平、剖面图；2、供排水表。分别列出车间各设备的用水量和排水量,包括正常和最大量,水温、水压、水质要求及排出水的主要成分。参考教材表7-4。第一节公用工程一、给排水(二)给水水源、输送管道设计及水质处理1、建厂地区的水源情况2、循环水处理的水质稳定(1)循环使用冷却水在长期循环使用过程中,在一定的温度和压力下,水中的钙离子和重碳酸根发生下列可逆反应：Ca++2HCO3--===CaCO3↓+CO2↑反应向右进行,此时循环水为生成水垢的水。水垢降低传热系数；水垢保护金属管壁的腐蚀。反应向左进行,此时循环水为有腐蚀性的水。水垢消除,传热效率提高；金属管壁受到腐蚀。循环过程中,CO2的逸出,CaCO3水垢形成的可能性增大；冷却塔中的水吸收大气中的O2、SO2、H2S,腐蚀性增大；水部分蒸发,使水中盐的浓度增加。一、给排水2、循环水处理的水质稳定(2)循环水的水质稳定处理①排污排出部分含盐高的水,适当补充新鮮水。②防垢处理新鲜水软化处理；循环水酸处理；添加阻垢剂。③防腐蚀处理主要为电化学腐蚀。添加能生成难溶性阳极产物保护膜或能生成难溶性阴极保护膜的盐。④抑制微生物生长投加氯。⑤除机械杂质通过旁滤器滤去泥砂及微生物。水质稳定处理应符合《化工企业循环冷却水处理设计规定》HG/T20690-2000规定化学软化水设计应符合《化工企业化学水处理设计规定》HG/T20653-1998规定第一节公用工程二、供电(一)设计基本知识1、化工生产车间的供电用较高的电压将电流送到车间变电室，经降压后再使用。一般车间高压电为6000V或3000V，低压电为380V。当高压为6000V时，对于150kW以上电机选用6000V；对于150kW以下电机选用380V。高压为3000V时，100kW以上电机选用3000V，100kW以下电机选用380V。根据化工生产工艺特点及物料危险程度的不同，对供电的可靠性有不同的要求。按照电力设计规范，将电力负荷分成三级，一级负荷要求最高，即用电设备要求连续供电运转，突然停电将造成着火、爆炸、或人员机械损坏，或造成巨大经济损失。二级负荷是指，当突然中断供电将产生大量废品，大量减产，企业内部运行停顿等，在经济上造成较大损失者。三级负荷是指，所有不属于一级和二级负荷的其它负荷。二、供电2、供电中的防火防爆(1)爆炸性气体危险区域划分按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—92，关于爆炸性气体环境危险区域划分规定，根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度与持续时间进行分区。连续出现或长时期出现爆炸性气体混合物的环境定为0区；在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境定为1区；在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的情况定为2区。属于0区和1区场所都应选用防爆电器，线路应按防爆要求敷设。(2)防爆电器的标志电气设备的防爆标志是由类型、级别和组别构成。①类型分6类：防爆安全型（标志A）、隔爆型（标志B）、防爆充油型（标志C）、防爆通风（或充气）型（标志F）、防爆安全火花型（标志H）、防爆特殊型（标志T）。②级别和组别：级别和组别是指爆炸及火灾危险物质的分类，按传爆能力分为四级，以1、2、3、4表示；按自然温度分为五组，以a，b，c，d，e表示。可参照表7-4选择防爆电器。工程上常用的防爆电机有YA和YB防爆隔爆电机，YA系列为防爆安全型，适用于在正常情况下没有爆炸性混合物的场所（2区或Q-2级）。YB系列为隔爆型，适用于正常情况下能周期形成或短期形成爆炸性混合物场所（0区、1区或Q-1级）。二、供电(二)工艺对电气专业提供的设计条件1、动力(1)设备布置平面图，图上注明电机位置及进线方向，就地安装的控制按钮位置；(2)用电设备表(如表7-5所示)；(3)电加热表(温度、控制精度、热量、工作时间)；(4)环境特性。2、照明设备平面布置图，标出需照明位置。照明四周环境特性（介质、温度、相对湿度、对防爆防雷要求）。3、弱电指电讯设备、仪表仪器用电位置以及生产联系的讯号。4、防雷设计根据《建筑物防雷设计规范》GB50057—94（2000年版），工业建筑的防雷等级依据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性及后果分为三类，针对不同情况采取相应的防雷措施。第一节公用工程三、供热及冷冻工程(一)供热1、直接热源(1)烟道气加热优点是温度高，可达1000oC，使用方便，经济简单，缺点是温度不易控制、加热不均匀和带有明火及烟尘。(2)电加热优点是加热均匀、温度高、易于调节控制、清洁卫生，缺点是成本高2、间接热源(1)高温载热体加热温度范围可达160-500oC，对于160-370oC的常用联苯与联苯醚的混合物，加热温度在350-500的常用熔盐混合物HTS（即NaNO240%、KNO353%、NaNO37%），熔点142oC。(2)水蒸气化工生产中使用最广的热源，其优点是使用方便、加热均匀、速度快及易控制，但温度高时压力过大，不安全，所以多用于200℃以下的场合。三、供热及冷冻工程3、蒸汽供热设计条件(1)车间或装置设备平面布置图,标注出蒸汽管道进出口方位及标高；(2)供汽条件表见表7-6。(三)冷冻工程化工生产中的物料温度若需维持在周围环境（比如大气、水等）温度以下，则需要由冷冻系统提供低温冷却介质（称载冷体），也可直接将制冷剂（如液氨、液态乙烯）送入工艺设备，利用其蒸发吸热获取冷量。选用载冷剂，其冰点要低于制冷剂的蒸发温度，而使用温度通常比冰点高2~10℃，常用的载冷剂有水、盐水及有机物。当冷却物温度≥5℃时选用水，当冷却温度在0~-45℃范围内，可选用盐水，NaCl水溶液适用于0~-15℃，CaCl2水溶液适用于0~-45℃，盐浓度愈高，冰点愈低。当冷却温度更低时，则选用乙醇、乙二醇、丙醇及F-11等。工艺人员应提供全工程各部分（即车间、工段、设备）用冷量、用冷方式、用冷温度等级（或范围）以及全年用冷量变化情况（冬季、夏季、过渡季、最大、最小、平均）(见表7-9)。第一节公用工程四、采暖通风及空气调节车间为排除余热,余湿、有害气体及粉尘,需要通风。采暖是为了调节生产车间的室内温度,从而达到生产工艺和人体生理的要求,实现生产正常进行。通常用0.05～0.07MPa的低压蒸汽采暖,或者将空气加热至70℃送入车间,即热风采暖。(一)自然通风利用车间空内外空气温差引起的相对密度差和风压进行自然換气。(二)机械通风利用排风机或鼓风机进行车间通风換气。1、局部通风利用密封式吸(排)风罩,对局部需要采暖(或降温),或局部区域有有害气体或粉尘的区域进行强制通风。2、全面通风当车间充滿有害气体或粉尘时,应进行全面通风。3、有毒气体的净化和高空排放通风机的含有有害气体或粉尘的气体不能直接排放。(1)浓度较低的有害气体,通过具有一定高度的排毒筒排放；(2)浓度较高的有害气体,应先经过净化处理,然后通过具有一定高度的排毒筒排放。第七章非工艺专业基本知识第二节安全防火与环境保护教学内容：理解燃烧与爆炸的起因及其危害程度,化工设计中应遵循的安全防火设计规范,环境污染及其治理应遵循的标准、规范,工艺人员应提供的安全防火与环境保护的设计条件。重点和难点：重点理解化工设计中应遵循的安全防火设计规范,环境污染及其治理应遵循的标准、规范,理解工艺人员应提供的设计条件。第二节安全防火与环境保护一、燃烧爆炸及防火防爆(一)化工生产中安全防火设计的重要性执行“生产必须安全、安全为了生产”的方针，任何一种违背安全原则的设计方案都不能采用。(二)燃烧与爆炸的起因及其危险程度1、燃烧(1)燃烧三要素物质本身具有可燃烧性、环境中气体含有助燃物（比如：氧气等）、明火（或火花）。(2)闪点物质在明火中能点燃的最低温度。(3)自燃点物质在没有外界引燃的条件下在空气中能自燃的温度。(4)爆炸极限在常温常压的条件下该物质在空气中能燃烧的最低至最高浓度范围。(5)燃烧热可燃物质在氧气（或空气）中完全燃烧时所释放的全部热量。一、燃烧爆炸及防火防爆(二)燃烧与爆炸的起因及其危险程度2、爆炸由于巨大能量在瞬间的突然释放造成的一种冲击波。一般爆炸是和燃烧紧密相联的，当燃烧非常剧烈时燃烧物释放出大量能量，使周围体积剧烈膨胀而引起爆炸；而由于其他原因引起爆炸时，因为逸出的可燃性气体遇到火种就会燃烧。要减少爆炸和燃烧危险就应消除引起爆炸燃烧的直接原因与间接原因比如：明火、静电导致的火花、转动电气设备可能造成的火花、设备管道的操作压力超过允许值等等都是引起爆炸燃烧的直接原因；而由于反应器加热器的温度上升失去控制使设备遭到破坏，或者由于放热反应速度急剧增加导致爆炸则是其间接原因。一、燃烧爆炸及防火防爆3、燃烧与爆炸的危险程度影响火灾爆炸危险性的因素有物质的种类、性质和数量,工艺过程的操作参数,生产装置的技术状态和先进程度,生产厂房空间的大小及其通风设备和条件,操作管理人员的素质,管道、设备的泄漏和误操作的可能性等。美国DOW化学工业公司曾经提出一个计算燃烧及爆炸危险程度的指数，以下简称F.E.指数，用以研究一个生产过程的潜在危险程度，这个指数由物性和生产过程的性质计算得到的。根据F.E.指数可以估计生产的危险性，在化工设计中，评价工艺流程方案时，可以指出哪一个方案的危险程度较小，在设备布置图和管道及仪表流程图完成后，用以指导决定安全措施。F.E.指数等于物料因子乘以物料危险性因子，再乘以过程共性危险因子和过程特性危险因子。影响F.E.指数的基本因数是主要工艺物料的燃烧热，也就是物料因子占重要位置。3、燃烧与爆炸的危险程度(1)气体评定气体火灾爆炸危险性的主要指标是爆炸极限和自燃点。气体的爆炸极限越宽,爆炸下限越低,其火灾爆炸危险性越大；气体的自燃点越高,其火灾爆炸危险性越小。(2)液体评定液体火灾爆炸危险性的主要指标是爆炸极限和闪点。液体的闪点越低越易燃烧,炸极限越宽爆炸危险性越大。(3)固体固体物质的火灾危险性主要取诀于固体的熔点、燃点、自燃点、比表面积和热分解性等。熔点或自燃点低的固体比较容易燃烧,燃烧速度较快；单位比表面积越大,燃爆危险性越大；受热分解温度越低,其火灾危险性越大。(三)提供安全防火设计条件工艺人员应提供原料、中间体、成品的火灾危险性特征、物料用量和贮存量等数据资料。格式见表7-16。第二节安全防火与环境保护二、环境污染及其治理(一)基础知识1、化学物质的急性毒性LD50-是指染毒动物半数死亡的剂量LC50-是指染毒动物半数死亡的浓度2、水质污染程度化学耗氧量(COD)-污水中所含有机物质与强氧化剂起反应的所有还原物质的总含量。一般用1升污水耗氧量的毫克数表示。生化需氧量(BOD)-1升污水中所含有机物质全部被氧化时所需的氧气量(mg/L)。一般以培养五天的结果,即五天生化所需氧量(BOD5)作为衡量水质污染的指标。溶解氧DO-单位体积水中含有溶解的游离氧气的质量(mg/L)。二、环境污染及其治理(一)基础知识3、废水处理方法(1)按作用原理分为物理法、生物化学法、化学法和物理化学法①物理法：利用物理原理和机械作用对废水进行治理,包括采用沉降、均衡调节、过滤及离心分离等。②生物化学法：利用微生物去除废水中的溶胶物质和有机物质,包括活性污泥法、生物膜法和厌氧处理方法等。③物理化学法：通过物理化学过程处理废水除去水中污染物质,包括吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤和超吸附等方法。④化学法：采用化学药剂或其他化学反应手段对废水进行治理,包括中和、氧化还原、电解和离子交換等方法。二、环境污染及其治理(一)基础知识3、废水处理方法(2)按处理程度分为一级处理、二级处理和三级处理①一级处理主要解決悬浮固体、胶体、悬浮油等污染。经常采用物理