硝化甘油生产工厂的安全设计 - 图文

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化工安全课程设计

题目 硝化甘油生产工厂的安全设计

学 院 化学与材料工程学院

年 级 2011 专 业 安全工程

班 级 安全工程111 150711122

学生姓名 杨杰

指导教师 石建东 职 称 讲师

目录

摘要 ........................................................... - 3 - 1.引言................................................................................................................................. - 4 -

1.1安全设计依据的法律、法规、规范 ............................ - 4 - 1.2硝化甘油简介 .............................................. - 5 - 1.3硝化甘油的发展简史 ........................................ - 7 - 1.4生产许可要求 .............................................. - 8 -

2.工厂的总平面布置的安全设计 ...................................................................... - 9 -

2.1 厂址的选择 ............................................................................................................. - 9 - 2.1.1周围环境的要求 ........................................ - 9 - 2.1.2交通运输的要求 ........................................ - 9 - 2.2工厂的区域规划 ................................................................................................... - 10 - 2.2.1生产设备 ............................................. - 12 - 2.2.2公用工程设备 ......................................... - 12 - 2.2.3贮存设备 ............................................. - 12 - 2.2.4入出厂设备 ........................................... - 13 - 2.2.5废物处理设备 ......................................... - 13 - 2.2.6附属设备(办公室、试验室) ........................... - 14 - 2.3厂区内间距安全设计 .......................................................................................... - 14 - 2.3.1硝化甘油储罐与建筑物的防火间距 ....................... - 14 - 2.3.2库房、储罐、堆场与厂内道路的防火间距 ................. - 15 -

3.生产工艺流程的安全设计 ............................................................................... - 15 -

3.1生产流程的组成 ........................................... - 15 - 3.2生产装置的组成及安全 ..................................... - 16 - 3.2.1主要生产过程 ......................................... - 16 - 3.2.2生产方法中的选择和装置 ............................... - 18 - 3.3主要生产方法的中危险防范措施 ................................................................... - 19 -

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3.3.1喷射硝化法过程中的危险 ............................... - 19 - 3.3.2分离过程的危险 ....................................... - 19 - 3.3.3安定处理安全技术 ..................................... - 20 - 3.3.4机械原因导致硝化甘油的危险性增加和处理措施 ........... - 21 -

4.原料和产品储存单元的布局安全设计 .................................................... - 21 -

4.1 生产原料和产品的理化性质简介............................. - 21 - 4.2 储存设施................................................. - 22 - 4.3 储存单元火灾危险性分类确定............................... - 22 - 4.4储存单元耐火等级确定 ..................................... - 23 - 4.5仓库防火间距的确定 ....................................... - 24 - 4.6原料和产品仓库内布局 ..................................... - 25 - 4.6.1原料仓库内布局 ....................................... - 25 - 4.6.2 产品仓库内布局....................................... - 26 -

5.消防安全设计 ......................................................................................................... - 26 -

5.1消防通道的具体要求 ....................................... - 26 - 5.2消防等级的确定 ........................................... - 27 - 5.3灭火安全设计 ............................................. - 28 - 5.3.1灭火剂的选择 ......................................... - 28 - 5.3.2灭火设备的选择 ....................................... - 28 - 5.3.3消防水炮的布置 ....................................... - 30 - 5.3.4消火栓的布置 ......................................... - 30 - 5.3.5消防水池的设计 ....................................... - 31 -

结束语............................................................................................................................... - 33 - 参考文献 ......................................................................................................................... - 33 -

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摘要

硝化甘油是一种危险的化学品,但是它在我们的生产活动中有着很重要的作用,所以,它的生产、贮藏和运输是非常严格的,此次的设计从多个方面来讲述了对于硝化甘油的安全设计。本课程设计主要根据各类规范标准,对厂区选址、工艺流程、工艺环节的划分、区域划分布局、产工艺流程、生产过程中的物料和产品的安全、总平面布置、消防灭火等来进行硝化甘油的安全生产设计。主要设计内容包括:工厂的区域规划、厂区内间距安全设计、生产装置的组成及安全、主要生产方法的中危险防范措施、储存单元耐火等级确定等。从各个方面来具体阐述了硝化甘油生产工厂的生产安全设计。

关键词:硝化甘油 规范标准 生产装置 安全设计

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1.引言

1.1安全设计依据的法律、法规、规范

(1)化学危险物品安全管理条例 (1987年2月17日国务院发布); (2)化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号); (3)工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号); (4)常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92); (5)车间空气中硝化甘油卫生标准 (GB 16212-1996); (6)建筑设计防火规范 (GB 16-87/2001版);

(7)石油化工企业设计防火规范及1999年局部修订条文版 (GB 50160-92); (8)石油化工企业职业安全卫生设计规范 (SH 3047-1996); (9)爆炸性环境用防爆电气设备(GB 3836.5~8-87); (10)工业企业总平面设计规范(GB 50187-93); (11)建筑抗震设计规范 (GBJ 11-89);

(12)火灾自动报警系统设计规范 (GBJ 116-88);

(13)化工企业爆炸和火灾危险环境电力设计规程 (HGJ 21-89); (14)化工企业静电接地设计规定 (HGJ 28-90);

(15)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 (GB 50058-94);

(16)石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范 (SHJ 9-89); (17)化工装置工艺系统工程设计规定 (HG/T 20570-1995); (18)爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 (GB 50058-92); (19)石油化工企业自动化仪表选型设计规范 (SHJ 5-88); (20)化工管道设计规范 (HGJ 8-87); (21)大气质量环境标准 (GB 3095-82); (22)压力容器安全监察规程 (90);

(23)石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范 (SHJ 501-85); (24)压力容器安全技术监察规程 (质技监局锅发 [1999] 154 号); (25)钢制压力容器 (GB 150-1998)。

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职安全管理人员。

硝化甘油属于第一类爆炸品,危险货物编号为:11033、UN编号:0143、包装类别为:Z01,现在在我国,硝化甘油暂不支持铁路运输,所以一般采用公路和水路运输,在运输的过程中要防止泄漏,防止倒塌和坠落,不损坏。公路运输的过程中要避免和可以与其反应的危险品一起运输,并且要注意控制车速。在水路运输的过程中更要注意危险,避免受潮晃动。现在在我国的水运技术还不是很成熟,所以在运输选择的时候一般都是选择以公路运输为主。

硝化甘油除了在运输的过程中要注意安全以外,在装卸的过程中也是要注意安全。根据《危险化学品安全管理条例》的第五章第四十四条要求:危险化学品道路运输企业、水路运输企业的驾驶人员、船员、装卸管理人员、押运人员、申报人员、集装箱装箱现场检查员应当经交通运输主管部门考核合格,取得从业资格。具体办法由国务院交通运输主管部门制定。危险化学品的装卸作业应当遵守安全作业标准、规程和制度,并在装卸管理人员的现场指挥或者监控下进行。水路运输危险化学品的集装箱装箱作业应当在集装箱装箱现场检查员的指挥或者监控下进行,并符合积载、隔离的规范和要求;装箱作业完毕后,集装箱装箱现场检查员应当签署装箱证明书。

在选择运输道路的时候要避免人流量大的地方,道路开阔的地方,并且出发和回来都要做好登记,运输必须得由两个人以上。

2.2工厂的区域规划

生产硝化甘油的化工厂化工厂由下述生产装置及设备构成:生产设备;公用工程设备;贮存设备;入出厂设备;废物处理设备;附属设备(办公室、试验室)等。

厂房的立面布置要力求做到设备排列整齐、紧凑、美观,充分利用厂房空间,既经济合理、节约投资,又操作、检修方便,并能充分满足采光、通风等要求。

化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的型式。一般来说单层厂房建设费用较低,因此除了由于工艺流程的需要必须设计为多层外,工程设计中一般采用单层。有时因受建设场地的限制或者为了节约用地,也有设计成多层的。

化工厂厂房的高度,主要由工艺设备布置要求所决定。厂房的垂直布置要充分利用空间,每层高度取决于设备的高低、安装的位置、检修要求及安全卫生等

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条件。一般框架或混合结构的多层厂房,层高多采用5m、6m,最低不得低于4.5m;每层高度尽量相同,不宜变化过多。装配式厂房层高度采用300mm的模数。在有高温及有毒害性气体的厂房中,要适当加高建筑物的层高或设置拔风式气楼,以利于自然通风、采光散热。

有爆炸危险车间宜采用单层,厂房内设置多层操作台以满足工艺设备位差的要求。如必须设在多层厂房内,则应布置在厂房顶层。如整个厂房均有爆炸危险,则在每层楼板上设置一定面积的泄爆孔。这类厂房还应设置必要的轻质屋面、或增加外墙以及门窗的泄压面积。泄压面积与厂房体积的比值应符合建筑设计防火规范要求。泄压面积应布置合理,并应靠近爆炸部位,不应面对人员集中的地方和主要交通道路。车间内防爆区与非防爆区(生活、辅助及控制室等)间应设防火墙分隔。如两个区域需要互通时,中间应设双门斗,即设二道弹簧门隔开。上下层防火墙应设在同一轴线处。防爆区上层不应布置非防爆区。有爆炸危险车间的楼梯间宜采用封闭式楼梯间。

根据国家的相关法律法规现初步设计了硝化甘油厂区的总平面布置图,如图1-1

图(1-1)

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2.2.1生产设备

车间生产设备布置设计就是确定各个生产设备在车间平面上和立面上的准确的、具体的位置,这是间生产设备布置设计的核心,也是车间厂房布置设计的依据。

化工厂的设备布置,在气温低的地区或有特殊要求者,均将设备布置在室内,一般情况可采用室内与露天联合布置,在条件许可的情况下,采取有效措施,最大限度地实现化工厂的联合露天化布置。 2.2.2公用工程设备

硝化甘油的公用工程大致分为冷却源(水或空气),加热源(火力或蒸汽),动力源(电力或蒸汽)及气体源(公用空气、氮气、仪表用气)四种。其公用工程的相互关系如图1-2所示

图(1-2)

2.2.3贮存设备

从原料的接收,经由生产设备到硝化甘油的出厂,在该流程中有时是连续的,

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有时是间歇的。即使是连续的,不同瞬间的流量也并非一致。为了缓冲这种流量变化和从容处理各部分流程中的故障,要设置贮存设备。 (1)原料贮罐:由于接收、静置、通关等,需要若十座贮罐。

(2)产品贮罐:在产品贮罐中进行罐内调和时,需要没置若干座贮罐。 (3)罐容量和形状的标准化: 在一个工厂内,最好将贮罐的标难容量确定为若干等级,使贮罐的尺寸标准化,以便采用相同附件而使维修简单化及备件品种单一化,使设计统一化及布局美观化等,提高综合安全性和经济效益[2]。 2.2.4入出厂设备

硝化甘油是危险化学品,它由甲苯和硝酸为原料来制备,所有的物料都是具有一定的危险性,所以用来运输物料的入出厂设备都要做好一定的防火防爆的设计,凡是入出厂设备都要做好登记。 2.2.5废物处理设备

在生产硝化甘油的过程中会会产生一定的废液和废气,根据国家的有关规定,对于废物处理都有一定的要求,对于不同状态的废物也有不同的要求。

对于某种废物选择哪种最佳的、实用的方法与诸多因素有关,如废物的组成、性质、状态、气候条件、安全标准、处理成本、操作及维修等条件。虽然有许多方法都能成功地用于处理危险废物,但常用的处理方法仍归纳为物理处理、化学处理、生物处理、热处理和固化处理。

物理处理:物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废物的结构,使之成为便于运输、贮存、利用或处置的形态,包括压实、破碎、分选、增稠、吸附、萃取等方法。

化学处理:化学处理是采用化学方法破坏固体废物中的有害成分,从而达到无害化,或将其转变成为适于进一步处理、处置的形态。其目的在于改变处理物质的化学性质,从而减少它的危害性。这是危险废物最终处置前常用的预处理措施,其处理设备为常规的化工设备。 3、生物处理:生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物,从而达到无害化或综合利用。生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理和兼性厌氧处理。与化学处理方法相比,生物处理在经济上一般比较便宜,应用普遍,但处理过程所需时间长,处理效率不够稳定。

热处理:热处理是通过高温破坏和改变固体废物组成和结构,同时达到减容、

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无害化或综合利用的目的。其方法包括焚化、热解、湿式氧化以及焙烧、烧结等。热值较高或毒性较大的废物采用焚烧处理工艺进行无害化处理,并回收焚烧余热用于综合利用和物/化处理以及职工洗浴、生活等,减少处理成本和能源的浪费。

固化处理:固化处理是采用固化基材将废物固定或包覆,以降低其对环境的危害,是一种较安全地运输和处置废物的处理过程,主要用于有害废物和放射性废物,固化体的容积远比原废物的容积大。 2.2.6附属设备(办公室、试验室)

从安全的角度出发,硝化甘油生产厂的附属设备都与生产设施分开,一般设在大门附近,这样对来访者保守生产设备的机密也是有好处的。

2.3厂区内间距安全设计

2.3.1硝化甘油储罐与建筑物的防火间距

根据以下两个表格,再根据硝化甘油的物理和化学性质来确定相应的储罐。GBJ16-87《建筑设计防火规范》(2001年版)第4.4.2条

甲、乙、丙类流体储罐、堆场与建筑物的防火间距表

耐火 防火间距(m) 等级 名称 一个罐区或堆场 3的总储量(m) 一、二级 三级 四级 甲、乙类液体 丙类液体 1-50 51-200 201-1000 1001-5000 5-250 251-1000 1001-5000 5001-25000

12 15 20 25 12 15 20 25 15 20 25 30 15 20 25 30 20 25 30 40 20 25 30 40 注:(1)防火间距应从建筑物最近的储罐外壁、堆垛外缘算起。但储罐防火堤外侧基脚线至建筑物的距离不应小于10m。(2)甲、乙、丙类液体的固定顶储罐区、半露天堆场和乙、丙类液体堆场与甲类厂(库)房以及民用建筑的防火间距,应按本表的规定增加25%。但甲、乙类液体储罐区、半露天堆场和乙、丙类液体堆场与上述建筑物的防火间距不应小于25m,与明火或散发火花地点的防火间距,应按本表四级建筑的规定增加25%。(3)浮顶储罐或闪点大于120℃的液体储罐与建筑物的防火间距,可按本表的规定减少25%。(4)一个单位如有几个储罐区时,储罐区之间的防火间距不应小于本表相应储量储罐与四级建筑的较大值。(5)石油库的储罐与建筑物、构筑物的防火间距可按《石油库设计规范》的有关规定执行。

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2.3.2库房、储罐、堆场与厂内道路的防火间距

根据以下表格,再根据自身厂区来确定相应的防火间距。 GBJ16-87《建筑设计防火规范》(2001年版)第4.8.3条

库房、储罐、堆场与厂外铁路、道路的防火间距表

铁路、道路 厂内道路路边 厂内铁路线中心线 主要 次要 35 30 25 20 20 15 10 15 10 10 10 5 10 5 5 防火间距(m) 液化石油气储罐 甲类物品库房 名称 甲、乙类液体储罐 丙类液体储罐易燃材料堆场 可燃、助燃气体储罐 注:(1)厂内铁路装卸线与设有装卸站台的甲类物品库房的防火间距,可不受本表规定的限制。 (2)未列本表的堆场、储罐、库房与铁路、道路的防火间距,可根据储存物品的火灾危险性适当减少。

3.生产工艺流程的安全设计

3.1生产流程的组成

工艺流程方框图

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硝化甘油合成工艺流程方框图

3.2生产装置的组成及安全

生产硝化甘油的主要生产装置由以下几部分组成:1.氨压缩机2.氨蒸发器3.空压机4.甘油保温水槽6.甘油恒液位槽7.硝化酸扬液器8.螺旋板冷凝器9.喷射硝化器10.蛇管冷却器11.套管空冷器12.离心分离机13.安全液位槽14.洗涤塔15.中间分离器16.接料槽17.旋液分离器18.液体稀释机19.予洗槽20.曲道池。

3.2.1主要生产过程

1.硝化:硝化是硝化甘油生产的主要工艺过程,是生产的关键工序,硝化情况如何,在很大程度上决定着生产安全、得率和质量。各种工艺方法的不同,主要区别在于所采用的硝化器不同。甘油与混酸的硝化存在着复杂的副反应,当然,副反应越少越好,关键在于确定合理的混酸成分和掌握好硝化系数[3]。在一定的工艺设备条件下,硝化系数与硝化温度之间有着密切的关系。生产时通常通过调节温度及压力来稳定硝化系数。甘油以硝硫混酸作为硝化剂,在硝化器中进行酯化反应(俗称硝化)。反应式为:C3H5(OH)3+3HNO3--C3H5(ONO2)3+3H2O+Q在硝化反应的同时,还伴有磺化、氧化、水解等副反应,这些副反应直接影响到生产的

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安全。特别能加速酸性硝化甘油的分解,直至造成爆炸事故,历史上这样的教训已发生不少。副反应倾向的大与小,主要取决定于废酸的组成。在实际生产中,常通过控制合理的混酸成分(硝酸占49%,硫酸占51%)和硝化系数(混酸与甘油的质量比为5:1)来减少副反应和避免事故的发生。

另外硝化过程是一放热过程,反应速度快,放热也快。因此必须采取有效的传热方式,迅速散发反应放出的热,并通过剧烈搅拌反应物,使热量均匀分散,避免由于局部过热而导致硝化甘油分解、爆炸。

2.分离:硝化反应完成后,硝化甘油与废酸处于乳化状态,应使两相迅速分离,才能及时将酸性硝化甘油进行安定处理。硝化反应完成后,硝化甘油与废酸处于乳化状态,应使两相迅速分离,才能及时将硝化甘油进行安定处理。硝化甘油和废酸分离的原理是基于它们之间的比重差和互溶性小的特点,应用重力或离心力的作用,使其分离。在此,可视硝化甘油与废酸的乳化程度而采用不同的方法和设备。如在间断法生产中,由于硝化时乳化程度较差且生产量不大,采用了静止分离法,在容器式连续硝化法中,由于硝化甘油乳化程度比较好而且生产速度快,所以采用离心分离机进行分离,才能满足生产要求。

3.洗涤(安定处理):从废酸中分离出来的硝化甘油含有10%左右的酸类杂质,通过预洗(冷水洗涤)、温水洗涤和碱洗3个过程,除去硝化甘油中的酸类杂质,并使硝化甘由呈微碱性,以达到安定要求。因此洗涤也称安定处理。从废酸中分离出来的酸性硝化甘油约含有10%的酸类杂质,由于工艺手段不尽相同,其含酸量也不一致,间断硝化法硝酸和硫酸约占8.6%和0.5%,而喷射硝化法硝酸和硫酸约占8%和2%。安定处理的目的在于除去酸性硝化甘油中的酸类杂质,使硝化甘油称微碱性,达到阿贝尔实验合格。

4.接料:接受洗涤排出的硝化甘油,并贮存于接料槽中,等待分析结果。分析合格后,按生产需要,输送到使用工房。

5.输送:输送硝化甘油在各工艺过程中都存在。硝化甘油在输送过程中是较危险的。现采用水喷射器使硝化甘油和水形成乳化液后再输送,则比较安全。乳化完全时,具有不易起爆和传爆的特点。

6.废酸后分离 :经分离后排出的废酸中仍会有少量硝化甘油及甘油二硝酸酯等低级硝酸酯,后者可以继续反应生成少量硝化甘油。在后分离过程中,这些硝化

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甘油被分离出来漂浮在废酸面上。为了回收这部分硝化甘油和提高废酸的安定性一般应设置废酸后分离工序。 3.2.2生产方法中的选择和装置

因硝化反应是非均相的,故要求甘油分散性好,反应时放出的大量热,要求有足够的冷却设施;为减少副反应,要控制废酸的成分,反映在工艺上就是要控制好硝化系数;为确保安全生产,要有指示和控制温度的仪表等;为防止突然升温引起事故,要求有自动停料及安全放料等设施。因此选择硝化器时,必须根据硝化反应的特点及上述要求来确定其结构。现在工业生产中有几种典型的硝化器:

(1)间断式硝化器,其特点是无机械运转部分,甘油用压空喷雾分散;传热传质亦靠压空搅拌及蛇管冷却器进行冷却;有接触温度计指示反应温度,并和安全开关连接,混酸一次加入,甘油人工控制。缺点是:在制量时,酸性硝化甘油的停留时间长、与废酸接触时间长。生产效率低。

(2)机械搅拌连续硝化器,其特点是利用机械搅拌使甘油高度分散在混酸中,生成的硝化甘油与废酸形成钝感的乳状液,可防止爆炸,安全生产。甘油与混酸连续定量的流入,硝化混合物不断流出。传热传质靠搅拌器强化,有足够的冷却面,自动控制程度较高,人员隔离操作,较间断法安全、产量大。其缺点是动力消耗大,设备较复杂。

(3)压空搅拌连续硝化器,特点是用压空代机械搅拌,设备较小,结构简单,在制量上较机械搅拌法少。但搅拌不够强烈,有温度不均之缺点。

(4)喷射硝化器,特点有:①利用废酸外循环冷却,以吸收反应热,故硝化过程的温度,直接由甘油与硝化酸的加料比来确定,利用硝化系数与温度之间的线性关系来控制硝化温度,使控制简化可靠。②喷射器混合均匀,甘油分散性好,有利于反应进行,充分发挥了甘油硝化反应快的特点,故停留时间大大缩短,消除了局部过热。③停留时间短,生产效率高,在制量大为减少,如产量为750公斤/小时的硝化系统,在制量只有14公斤左右。④由于喷射硝化时甘油是靠硝化酸高速流动产生之负压抽吸进喷射器的,所以减少了由硝化细数破坏造成的危险性。⑤设备简单,投资减少,加工容易[3]。

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3.3主要生产方法的中危险防范措施

3.3.1喷射硝化法过程中的危险

喷射器倒酸,喷射器倒酸:指硝化酸倒入吸入甘油管进而造成爆炸事故。造成这一事故的原 因有三种 : 1.硝化后的酸性硝甘废酸乳浊液管道受阻,负压变正压。这可以由最低真空度 (一般 定为180mm汞柱)自动停止硝化2.操作失误。正确停止硝化的顺序是当是先停冷冻水,关闭甘油流量计,降低真空度,按停料按钮,降低酸流量3分钟,关闭硝化酸。在任何情况下不许先停硝化酸。即便是停完甘油一再停或降硝化酸流量一再按停料按钮,也会发生倒酸引起爆炸。这是因为停完硝化酸没有按停料按钮,系统仍属真空,一按按钮,真空系统破坏,硝化酸返回喷射器甘油入口处而发生反应并立即爆炸3.喷射器下部管路安装坡度不够或局部存酸, 即使正确停料也会发生倒酸。 道理同上。为防止倒酸, 喷射器上的补加空气管上还要安装逆止阀。严格控制甘油温度喷射硝化是在保持硝化酸流量一定的条件下调整甘油流量控制硝化温度,进而达到控翻硝化系数。而甘油粘度随温度变化很大。若为了缩短甘油预温时间, 采用提高甘油预温水漪的办法,十分有害。因为这样会使甘油温度不均匀, 局部甘油温度过高,在硝化时流量加快,硝化系数破坏。而这时往往会使硝化温度突然下降,又会进一步加大甘油加入量,这就造成了硝化系数破坏的爆炸事故[4]。 3.3.2分离过程的危险

确保离心机的安全运转。在我国目前的条件下,工业生产均采用了高效安全的离心分离法 , 离心分离后废酸中的游离硝甘在0.1% 以下。为达到较好的分离效果,一要选择适当的分离温度,二要加强混酸和硝化酸的沉淀,达到酸和水一样清,三要每天用水冲洗,定期清除离心机内的沉渣,四要加增离心机的维护保养,每天检查一次润滑和振动情况 ,用百分表检查, 振动不超过五道。

防止冻结的硝化酸进入离心机硝化后的硝甘和废酸乳浊液管路坡度要平稳下降,并在每次硝化完后保持管路放空,防止管路有积存的硝化酸。 一方面防止倒酸, 另一方面冬季废酸在一 20 ℃ 以下要冻结,即便是有少量积存冻结,也会在一开始投料时造成一部分冰渣进入离心机,进而破坏了分离性能。离心机进冰而发生离心机严重逆流将导致爆炸事故。

防止离心机出口的废酸管路堵塞和废酸管积酸。离心机分离后的废酸直接进

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