传热类单元操作及注意事项

传热类单元操作主要有加热、熔融、干燥、蒸发、蒸馏等，这类单元操作的共同点是均伴有热量传递和转换。

（一）加热操作

1.加热操作简介

加热操作是化工生产的基本操作，是促进化学反应、物料升温、液体物料蒸发和浓缩、蒸馏和精馏、固体物料干燥、热量综合应用等操作的必要手段。生产中常用的加热方式有直接火加热（包括烟道气加热）、蒸汽或热水加热、有机载体（或无机载体）加热以及电加热等。加热温度在100℃以下的，常用热水或蒸汽加热；100～140℃用蒸汽加热；超过140℃则用加热炉直接加热或用热载体加热；超过250℃时，一般用电加热。

加热操作主要是物料的升温或干燥操作，提供热源的设备主要为蒸汽锅炉、热油炉和热风炉等，均属于特种设备。

2.加热操作过程的危险性分析

化工生产中加热操作是控制温度的重要手段，均伴有热量传递。加热操作对人员的直接危害是热灼烫，间接危害是加热操作不当诱发人员受伤和物品损坏。加热操作的关键是按规定严格控制温度范围和升温速度。加热操作存在的主要危险如下。

（1）一般情况下反应温度升高会使化学反应速度加快，温度过高或升温速度过快会导致反应过于剧烈，造成温度失控，甚至发生冲料。

（2）若化学反应是放热反应，则反应温度升高会使放热量增加，易因散热不及时，造成安全隐患。

（3）若反应物料为易燃化学品，反应温度过高会导致易燃化学品大量气化，在有限空间达到爆炸极限的范围，防护不当就会引起燃烧和爆炸事故。

（4）升温速度过快不仅容易使反应超温，还会损坏设备。例如，升温过快会损坏带衬里的设备及各种加热炉、反应炉等设备。

（5）用高压蒸汽加热时，对设备耐压要求高，须严防其泄漏或与物料混合，避免造成事故。

（6）使用导热油系统加热时，要防止导热油循环系统堵塞，致热油喷出酿成事故。

（7）使用电加热系统可能发生电气伤害，在燃爆环境中电气设备不符合防爆要求可能诱发燃爆事故。

（8）直接火加热危险性最大，不易控制温度，可能造成局部过热烧坏设备，甚至引起易燃物质的分解爆炸。

（9）当加热温度接近或超过物料的自燃点时，若该加热温度接近物料分解温度，易引起燃爆事故。

（10）管内有热物料的管道外壁，若未进行隔热保护，易造成人员热烫伤。

以上几种加热操作中，电加热较安全，且易控制和调节温度，一旦发生事故，可以迅速切断电源，但其主要制约因素是成本较高。普通电加热采用电炉加热。采用电炉加热易燃物质时，应采用封闭式电炉。电炉丝与被加热的器壁有良好的绝缘，以防短路击穿器壁，使设备内易燃物质漏出产生气体或蒸气而着火、爆炸。电感加热设备是一种新型加热设备，它是在钢制容器或管道上缠绕绝缘导线，通入交流电，利用容器或管道器壁中电感涡流产生的温度而加热物料。电感加热设备不用灼热的电阻丝，是电加热中较安全的设备。但如果电感线圈绝缘破坏、受潮、发生漏电、短路、产生电火花、电弧，或接触不良发热，均能引起易燃、易爆物质着火、爆炸。因此，应该提高电感加热设备的安全可靠程度。例如，采用较大截面积的导线，以防过负荷，采用防潮、防腐蚀、耐高温的绝缘，增加绝缘层厚度，添加绝缘保护层等，接线部分加大接触面积，以防产生接触电阻等。

3.加热操作过程安全技术

加热操作的安全技术主要是针对加热过程存在的危险性而采用的安全对策和安全设施，主要目的是防止加热操作中产生对人的伤害和物的损失。可采用的安全技术主要有以下几类。

（1）热蒸汽、导热油、热风、热物料的输送管道应包覆保温（或隔热）层，也可使用套管结构，以防对人员产生热灼烫，对节能也有益。

（2）供热系统的压力容器（如分气包、换热器、反应釜等）及安全附件（如安全阀、压力表、水位计等）应定期巡检。

（3）蒸汽锅炉供热使用蒸汽软管时，管内蒸汽压力应小于0.1 MPa。

（4）使用导热油炉供热时，导热油流量调节宜使用旁路调节系统。

（5）使用电加热时，应预防电气伤害发生，在燃爆环境中的电气设备要符合防爆要求。

（6）可燃物料不能用直火加热。直火加热的加热锅内残渣应经常清除，以免局部过热引起锅底破裂。

（7）热源设备距燃爆危险场所应符合相关技术标准规定的防火间距。

（8）对反应温度敏感的反应设备，应使用DCS、PLC等自动控制系统，严格控制反应器温度。

（9）加热温度接近或超过物料自燃点时，应采用惰性气体保护。若加热温度接近物料分解温度，应设法改进工艺条件，如采用负压或加压操作来保证安全。

（10）反应装置中反应物料与水分接触可能发生危险时，应设置防止水分进入装置和系统中水分含量监控装置。

（11）采用金属浴加热操作时，应防止蒸汽对人体的危害。

（二）熔融操作

1.熔融操作简介

化工生产中常常需将某些固体物料（如苛性钠、苛性钾、硫黄、黄磷、固体石蜡、萘、磺酸盐等）加热熔融，以便后续反应或加工，这种单元操作称为熔融。熔融操作的危险在碱熔操作中较为突出。

2.熔融操作危险性分析

熔融操作的主要危险来源于被熔融物料的化学性质、熔融时的黏度、熔融过程中副产物的生成、熔融设备、加热方式以及物料的破碎等方面。对人的主要危害形式为热灼烫和化学灼烫。

（1）熔融物料性质诱发的危险。被熔固体物料本身的危险特性对操作安全有很大影响。例如，碱熔中的碱可使蛋白质变为胶状碱蛋白化合物，又可使脂肪变为胶状皂化物质。碱比酸有更强的渗透能力，深入组织较快，因此碱对皮肤的灼伤要比酸更严重。尤其是固碱粉碎、熔融过程中，碱屑或碱液飞溅至眼部时危险性更大，不仅可使眼角膜、结膜立即坏死糜烂，还会向深部渗入，损坏眼球内部，致使视力严重减退甚至失明。

（2）熔融物中杂质诱发的危险。熔融物中杂质种类和数量会对安全操作产生很大影响。例如，碱和磺酸盐纯度是碱熔过程中影响安全的重要因素。若碱和磺酸盐中含有无机盐杂质，应尽量除去，否则，无机盐杂质不熔融，并呈块状残留于反应物内。块状杂质会妨碍反应物的混合，并造成局部过热、烧焦，致使熔融物喷出，烧伤操作人员。因此必须经常清除锅垢。

（3）物料黏度过高诱发的危险。为使熔融物具有较大的流动性，可用水适当稀释碱。当苛性钠或苛性钾中有水存在时，其熔点就显著降低，从而使熔融在危险性较小的低温下进行。能否安全熔融，与设备中物质的黏度有密切关系。物质流动性越好，熔融过程就越安全。

（4）碱熔设备的危险性。碱熔设备一般分为常压设备与加压设备两种。常压操作一般采用铸铁设备，加压操作一般采用钢制设备。

为加热均匀，避免局部过热，熔融应在搅拌下进行。对液体熔融物（如苯磺酸钠）可用桨式搅拌，对于非常黏稠的糊状熔融物可采用锚式搅拌。

熔融过程在150～350℃进行时，一般采用烟道气加热，也可采用油浴或金属浴加热。使用煤气加热时，注意煤气可能泄漏而引起爆炸或中毒。

3.碱熔操作安全技术

（1）化学反应过程中，若使用40％～50％的液碱代替固碱可行，应尽量使用液碱。这样可以省掉固碱粉碎及熔融过程。必须用固碱时，也最好使用片状碱。

（2）对于加压熔融设备，应安装压力表、安全阀和排放装置。

（3）碱熔过程中碱屑或碱液飞溅到皮肤上或眼睛里会造成灼伤，作业岗位应设置淋洗和洗眼设施，保护半径小于15 m。

（4）碱熔中，碱熔融物和磺酸盐中若含有无机盐杂质，应尽量除去。无机盐会因不熔融而造成局部过热、烧焦，致使熔融物喷出，容易造成烧伤。

（5）碱熔过程中为防止局部过热，应设置搅拌装置并不间断地进行搅拌。

（三）干燥操作

1.干燥操作简介

干燥操作是利用热能将固体物料中水分（或溶剂）除去的单元操作，干燥热源有热空气、过热蒸汽、烟道气和明火等。化工生产中，固液分离可采用过滤方法，但滤饼中液量仍相当多。要进一步除去液体，必须采用干燥的方法。

干燥按操作压力可分为常压干燥和减压干燥，按操作方式可分为间歇式干燥与连续式干燥，按干燥介质类别可分为空气干燥、烟道气干燥或其他介质干燥，按干燥介质与物料的流动接触方式可分为并流干燥、逆流干燥和错流干燥。

2.干燥操作危险性分析和安全技术

干燥中要严格控制温度，防止局部过热，以免物料分解爆炸。干燥中散发出来的易燃易爆气体或粉尘，不应与明火和高温表面接触，防止燃爆。气流干燥中应有防静电措施，滚筒干燥中应适当调整刮刀与筒壁间隙，以防产生火花。

间歇式干燥比连续式干燥危险。间歇操作中，操作人员劳动强度大，需在高温、粉尘或有害气体的环境中操作。工艺参数的可变性也增加了操作危险性。

1）间歇式干燥危险性分析和安全技术

间歇式干燥，大部分物料靠人力输送，热源采用热空气自然循环或鼓风机强制循环。其温度难控制，易造成局部过热而使物料分解，从而引起火灾或爆炸。干燥过程中散发出来的易燃蒸气或粉尘，同空气混合达到爆炸极限时，遇明火、炽热表面和高温即燃烧爆炸。

因此，间歇式干燥中，应严格控制干燥温度。应安装温度计、温度自动调节装置、自动报警装置以及防爆泄压装置。

电气设备开关（非防爆型）应装在室外或箱外。电热设备与其他设备隔离。干燥室内不存放易燃物，定期清除墙壁积灰。当干燥物料中含有自燃点很低的杂质及其他有害杂质时，必须在干燥前彻底清除。利用电热烘箱烘干物料时，若能蒸发出可燃气体，应将电热丝封闭，箱上加防爆安全门。

2）连续干燥危险性分析和安全技术

连续干燥采用机械化操作，干燥过程连续进行，物料过热危险性较小，操作人员脱离了有害环境，所以连续干燥比间歇干燥安全。采用洞道式、滚筒式干燥器时，应防止产生机械伤害。为此，应有联系信号装置及各种防护装置。

气流干燥、喷雾干燥、沸腾床干燥及滚筒式干燥中，多以烟道气、热空气为热源。干燥中所产生的易燃气体和粉尘同空气混合易达到爆炸极限，必须加以防止。气流干燥中，物料运动速度快、相互碰撞激烈、摩擦易产生静电，应严格控制干燥气流风速，并将设备接地。滚筒干燥中的刮刀有时同滚筒壁摩擦产生火花，这是非常危险的，应适当调整刮刀与筒壁间隙，并将刮刀牢牢固定，或采用有色金属材料制造刮刀，以防产生火花。用烟道气加热的滚筒式干燥器，应注意加热均匀，不可断料，滚筒不可中途停止运转。断料或停转时应切断烟道气并通入氮气。

干燥中要注意采取措施，防止易燃物料与明火接触。干燥设备上应安装爆破片，定期清理设备中的积灰和结疤。

3）真空干燥危险性分析和安全技术

真空条件下，易燃液体蒸发速度快、干燥温度可以低一些，防止高温而引起物料局部过热和分解，可以降低火灾、爆炸的可能性。

真空干燥后消除真空时，一定要使温度降低后方能放入空气。否则，过早放入空气，有可能引起干燥物着火或爆炸。(www.xing528.com)

（四）蒸发、蒸（精）馏操作

蒸发与蒸（精）馏都是很重要的化工单元操作，应用广泛。前者主要用于溶液蒸浓，后者主要用于两种或两种以上液体混合物的分离。

1.蒸发操作简介

蒸发是借加热作用使溶液中溶剂不断气化，以提高溶质的浓度，或使溶质析出的物理过程，即挥发性溶剂与不挥发性溶质分离的物理过程。按操作压力不同可分为常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发。

2.蒸发操作危险性分析和安全技术

溶液皆有一定特性。如溶质在浓缩中有结晶、沉淀和污垢生成，均能降低传热效率，局部过热会促使物料分解、燃烧和爆炸，因此要控制蒸发温度，对蒸发器加热部分经常清洗。为防止热敏性物质分解，可采用真空蒸发，降低蒸发温度，或采用高效蒸发器，增加蒸发面积，减少停留时间。例如：单程循环、快速蒸发等。

有腐蚀性溶液的蒸发，须考虑设备的防腐问题，有些设备或部件需采用特种钢材制造。

热敏性溶液的蒸发，须考虑温度的控制问题。尤其是蒸发产生结晶和沉淀，而这些物质又不稳定时，局部过热可使其分解变质或燃烧、爆炸，更需严格控制蒸发温度。

3.蒸（精）馏操作简介和危险性分析

蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同进行组分分离的操作。按操作方式蒸馏可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。按操作压力可分为常压蒸馏（一般蒸馏）、减压蒸馏（真空蒸馏）和加压蒸馏（高压蒸馏）。在安全问题上，除了按加热方法采取相应的安全措施外，还应按物料性质、工艺要求正确选择蒸馏方法和蒸馏设备。选择蒸馏方法时，应从操作压力及操作过程等方面综合考虑。改变操作压力可直接改变液体沸点，即改变液体的蒸馏温度。

处理难挥发物料（常压下沸点在150℃以上）应采用真空蒸馏。这样可以降低蒸发温度，防止物料在高温下变质、分解、聚合和局部过热。处理中等挥发性物料（沸点为100℃左右），采用常压蒸馏较为适宜，如采用真空蒸馏，反而会增加冷却难度。常压下沸点低于30℃的物料，应采用加压蒸馏，注意设备密封性。

4.常压蒸馏安全技术

常压蒸馏中应注意：易燃液体不能采用明火作热源，用水蒸气或过热水蒸气加热较为安全。

蒸馏腐蚀性液体时，应防止塔壁、塔盘腐蚀泄漏，以免易燃液体或蒸气逸出，遇明火或灼热炉壁而燃烧。

蒸馏自燃点很低的液体时，应注意蒸馏系统的密封性，防止其在高温下泄漏遇空气而自燃。

对于高温蒸馏，应防止冷却水突然窜入塔内。否则水在塔内迅速气化，使塔内压力突然增高，将物料冲出或发生爆炸。故开车前应将塔内和蒸汽管道内的冷凝水除尽。

常压蒸馏中，还应防止凝固点较高的物质凝结堵塞管道，致使塔内压力增高而引起爆炸。

蒸馏高沸点物料时（如苯二甲酸酐），可以采用明火加热，但应防止产生自燃点很低的树脂油状物遇空气而自燃。同时应防止蒸干，使残渣脂转化为结垢，引起局部过热而着火、爆炸。应经常清除油焦和残渣。

不能中断冷凝器中的冷却水或冷冻盐水。否则，未冷凝的易燃蒸气逸出会使系统温度增高，或窜出遇明火而燃烧。

5.真空蒸馏（减压蒸馏）安全技术

真空蒸馏是一种比较安全的蒸馏方法。对于沸点较高、高温蒸馏时又能引起分解、爆炸或聚合的物质，采用真空蒸馏较为合适。如硝基甲苯在高温下易分解爆炸，而苯乙烯在高温下易聚合，这类物质的蒸馏必须采用真空蒸馏。

真空蒸馏设备的密闭性非常重要。蒸馏设备一旦吸入空气，与塔内易燃气混合形成爆炸性混合物，就有引起爆炸或着火的危险。因此，真空蒸馏所用的真空泵应安装单向阀，以防突然停泵空气吸入设备。

易燃易爆物质蒸馏完毕，应充入氮气后，再停止真空泵，以防空气进入系统，引起燃烧或爆炸。

真空蒸馏应注意操作顺序：先打开真空活门，然后开冷却器活门，最后打开蒸汽阀门。否则，物料会被吸入真空泵引起冲料，使设备受压甚至产生爆炸。真空蒸馏易燃物质的排气管应通至厂房外，管道上安装阻火器。

6.加压蒸馏安全技术

加压蒸馏中，气体或蒸汽容易因泄漏而产生燃烧、中毒的危险。因此，设备应严格进行气密性和耐压试验及检查，并安装安全阀和温度、压力调节控制装置，严格控制蒸馏温度与压力。石油产品的蒸馏中，应将安全阀的排气管与火炬系统相接。安全阀起跳即可将物料排入火炬烧掉。

此外，蒸馏易燃液体时，应注意消除系统的静电。特别是蒸馏苯、丙酮、汽油等不易导电液体时，应将蒸馏设备、管道良好接地。室外蒸馏塔应安装可靠的避雷装置。

蒸馏设备应经常检查、维修，做好停车后、开车前的系统清洗、置换，避免发生事故。

易燃易爆物质的蒸馏，厂房要符合防爆要求，有足够的泄压面积，室内电机、照明等电气设备均采用防爆产品，灵敏可靠。

（五）冷却、冷凝和冷冻操作

1.冷却与冷凝操作简介

冷却与冷凝是化工生产基本操作，冷却与冷凝的区别在于被冷物料是否发生相变。若发生相变则称为冷凝，无相变则称为冷却。

化工生产中，把物料冷却到大气温度以上，可以用空气或循环水作为冷却介质；冷却温度在15℃以上，可以用地下水；冷却温度在0～15℃之间，可以用冷冻盐水。还可以用某种沸点较低介质的蒸发，从待冷却物料中获得热量来实现冷却，常用介质有氟利昂、氨等。此时，物料被冷却的温度可达-15℃左右。

2.冷却与冷凝操作危险性分析

冷却与冷凝操作不仅涉及原材料消耗定额以及产品收率，而且影响安全生产，危险性主要有以下几个方面。

（1）化工生产中，有些工艺过程冷却操作时，冷却介质不能中断，否则会造成积热，使系统温度、压力骤增，引起爆炸。

（2）化工生产中，有些凝固点较高的物料遇冷易变得黏稠或凝固，可能会卡住搅拌器或堵塞设备及管道。

（3）需要进行冷却的工艺设备所用的冷却水不能中断，否则，反应热不能及时导出，会使反应异常、系统压力增高，甚至产生爆炸。另一方面冷却、冷凝器如果断水，会使后续系统温度增高，若未凝危险气体外逸排空，可能导致燃烧或爆炸。

3.冷却与冷凝操作安全技术

（1）冷却工艺设备开车时，先通冷却介质；停车时，先停物料，后停冷却系统。

（2）冷却时要注意控制温度，防止因物料温度过低而卡住搅拌器或堵塞设备及管道。

（3）根据被冷物料的温度、压力、理化性质以及所要求冷却的工艺条件，正确选用冷却设备和冷却剂；

（4）腐蚀性物料的冷却，应选用耐腐蚀材料制作的冷却设备。如石墨冷却器、塑料冷却器，以及用高硅铁管、陶瓷管制成的套管冷却器、四氟换热器或钛材冷却器等。

（5）应保持冷却设备的密封性，防止物料窜入冷却剂中或冷却剂窜入被冷却的物料中（特别是酸性气体）。

（6）对反应温度敏感的设备，应使用温度自动控制系统和安全连锁，以保证反应温度在控制范围之内。

（7）冷凝设备使用前宜先清除冷凝器中的积液，再打开冷却水、然后通入高温物料。

4.冷冻操作简介

冷冻操作是不断地从低温物体（被冷冻物）吸取热量并传给高温物质（水或空气），使被冷冻物料温度降低。热量由低温物体传递到高温物体是借助冷冻剂实现的。冷冻温度范围在-100℃以内的称冷冻；-100～-200℃或更低温度则称深度冷冻，或简称深冷。

化工企业的冷源来自冷冻压缩机，制冷剂主要为氨、氟利昂、溴化锂等。以氨为制冷剂的冷冻操作危险性稍大，但有成本优势，因此而在化工企业中广泛应用。

5.冷冻操作危险性分析

冷冻操作对人的危害主要为中毒和窒息、化学灼烫、冷灼烫、机械伤害、电气伤害等，表现为以下几点。

（1）氨制冷剂易燃且有毒，易导致中毒和窒息。

（2）制冷系统的压缩机、冷凝器、蒸发器以及管路，应注意耐压等级和气密性，防止泄漏而导致的中毒和窒息危害、化学灼伤。

（3）低温设备辅机及管道与人员接触可能产生冷灼烫。

（4）制冷机械的转动和往复运动位置，在缺少防护或防护不当时，可导致人员的缠绕、挤压等机械伤害发生。

6.氨制冷操作安全技术

一般冷冻系统由压缩机、冷凝器、蒸发器与膨胀阀4个基本部分组成。冷冻设备所用的压缩机以氨压缩机最为多见，使用氨冷冻压缩机时应注意以下几点。

（1）采用不发生火花的防爆型电气设备。

（2）在压缩机汽缸与排气阀间，设一个通到吸入管的安全装置，以防压力超高。为避免管路爆裂，旁通管路上不装阻气设施。

（3）易于污染空气的油分离器设于室外。采用低温不冻结、不与氨反应的润滑油。

（4）制冷系统的压缩机、冷凝器、蒸发器和管路系统，应注意耐压程度和气密性，防止设备、管路产生裂纹和泄漏。同时要加强安全阀、压力表等安全装置的检查、维护。

（5）制冷系统发生事故或停电而紧急停车时，注意被冷冻物料的排空处理。

（6）装冷料的设备及容器，应选择耐低温材质，防止金属的低温脆裂。

（7）氨制冷机附近应设置氨气浓度自动检测报警装置，实现氨浓度与强制排风系统的安全连锁。