第二章 物质性质、物化原理与安全讲义

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1、2019年10月22日,化工安全工程概论,主讲：吴文炳 化学与环境工程教研室 QQ：244122271 电邮：wwb_nanan99,2019年10月22日,主要内容,第一章 绪论 第二章 物质性质、物化原理与安全 第三章 化工厂设计和操作安全 第四章 燃烧和爆炸与防火防爆安全技术 第五章 职业危害与防毒措施 第六章 压力容器和机电设备安全 第七章 工业腐蚀与预防措施 第八章 普通工业安全卫生 第九章 系统安全分析和评价,2019年10月22日,第一节 化学物质及其危险概述 第二节 易燃物质的性质和特征 第三节 毒性物质的性质和特征 第四节 反应物质的性质和特征 第五节 化学反应类型及其危险性

2、 第六节 物理操作类型及其危险性,第二章 物质性质、物化原理与安全,2019年10月22日,化学物质的危险程度取决于贮存和加工物质的性质、应用的设备以及所属的过程。 化工产品生产线尽管单元过程种类和数量繁多，但其设计基础是一些基本的物理化学原理。 应用这些原理，可以足够准确地预测物质的行为方式，如流动、相变、反应或分解、产生压力、放热或吸热、膨胀或收缩等等，可以比较充分地评估每一单元过程伴生的危险。,2019年10月22日,第一节 化学物质及其危险概述,一、危险化学品分类 根据国家标准常用危险化学品的分类(GB13690-92)，危险化学品分为八大类。 1、爆炸品 指在受热、撞击等外界作用下，

3、能发生剧烈化学反应，瞬时产生大量气体和热量，使周围压力急剧上升而发生爆炸的物品；如黑色火药(硝酸钾)、硝铵炸药、雷酸汞、苦味酸、硝化甘油、重氮甲烷等。(大多含有硝酸根、硝基),2019年10月22日,2压缩气体和液化气体,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： 临界温度低于或等于50、而蒸气压大于294kPa的压缩或液化气体 温度在21.1和54.4、压力分别大于275kPa和715kPa的压缩气体；或在37.8、蒸气压大于275kPa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。易燃气体，如一氧化碳、乙烯、乙炔、液

4、化石油气、环氧乙烷；不燃气体，如氮、二氧化碳、氖；有毒气体，如氯气、光气、溴甲烷、氰化氢。,2019年10月22日,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-1823的中闪点液体； (3)闪点在2361的高闪点液体。 如汽油、苯、乙醇、乙醚；戊醇、氯化苯。,2019年10月22日,4易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品,(1)易燃固体是指燃点低，对热、撞击、摩擦敏感，易被外部火源点燃、燃烧迅速并能散发出有毒烟雾或有毒气体的固体，但不包括已列入爆炸品的固

5、体。如红磷、硫化磷、二硝基甲苯、硝化棉；二甲基丙烷、铝粉、萘、硫黄、松香。 (2)自燃物品是指自燃点低、在空气中易被氧化、能放出热量自行燃烧的物品。如黄磷、三乙基铝、三异丁基铝、油布、油纸、浸油金属屑。 (3)遇湿易燃物品是指遇水或受潮时发生剧烈化学反应、释放出大量易燃气体和热量的物品，有些不需要火源即能燃烧或爆炸。如钾、钠、锂及钾钠合金，氢化钾，硼氢化物如五硼氢，碳化钙、磷化钙；锌粉、保险粉(低亚硫酸钠)、氢化铝。,2019年10月22日,5氧化剂和有机过氧化物,(1)氧化剂是指处于高氧化态、具有强氧化性、易分解并释放出氧和热量的物质，氧化剂还包括无机过氧化物。氧化剂本身不燃烧，但由于富氧可

6、以助燃，能够强化可燃物的燃烧。 (2)有机过氧化物是指分子中含有过氧基的有机物，本身易燃、易爆、易分解，对热、振动或摩擦极为敏感。 如过氧化钠、氯酸钠、高锰酸钾、氯酸钾；二氯过氧化苯甲酰、过氧化二乙酰、过氧化苯甲酚；过氧化锌、过硫酸铬、亚硝酸钠、重铬酸钾；过醋酸、过氧化环己酮。,2019年10月22日,6有害物品和有毒感染性物品,指进入肌体并累积到一定量后能与体液或器官组织发生生物化学或生物物理学作用，扰乱或破坏肌体的正常生理功能，引起器官和系统暂时性或持久性病变，乃至危及生命的物品。如氰化钾、三氧化二砷、氯化高汞、磷化锌、汞；氯乙醇、二氯甲烷、四乙基铅、丁酯、四氯化碳。,2019年10月22

7、日,7放射性物品,指放射性比活度大于74000 Bq/kg的物品。如能放射、射线的钴60，能放射、射线的镭226，能放射、射线的铀。 某些核素具有自发地放出粒子或射线或在发生轨道电子俘获之后放出射线或发生自发裂变，这种性质称为放射性。镭-226、钍-232、钾-40 . 在给定时刻，处在特定能态的一定量的某种放射性核素的活度A是Dn除以dt而得的商。 A=Dn/dt 其中：Dn是在时间间隔dt内，该核素由该能态自发发生核跃迁数目的期望值。 放射性比活度 specific activity: 放射性比活度C是指某物质的放射性活度A（或称衰变率）除以该物质的质量m而得的商。 C=A/m 单位：Bq

8、kg-1(贝可/千克)。 贝可（勒尔） Becquerel: 贝可Bq是国际单位SI的放射性活度单位名称。它等于s-1(s时间单位，秒)。,2019年10月22日,8腐蚀品,指能灼伤人体组织、对金属等物品亦能造成损坏的固体或液体，即与皮肤接触在4h内出现可见坏死现象，或温度在55时，对20号钢的表面年平均腐蚀速率超过6.25mm的固体或液体。腐蚀品按化学性质可分为酸性腐蚀品、碱性腐蚀品及其他腐蚀品3类。 如硝酸、浓硫酸、氢氟酸、二氧化氮、二氯化硫、五氯化磷；甲酸、三氯乙醛；盐酸、磷酸、亚硫酸；冰醋酸，氢氧化钠、硫化钾；甲醇钠、二乙醇胺；甲醛、苯酚。,2019年10月22日,二、化学物质的危险性

9、,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、生物危险和环境危险3个类别。 1物理危险 ：3种 (1)爆炸性危险 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。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。 任何易燃的粉尘、蒸气或气体与空气或其他助燃剂混合，在适当条件下点火都会产生爆炸。能引起爆炸的可燃物质有：可燃固体，包括一些金属的粉尘；易燃液体的蒸气；易燃气体。 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。,2019年10月22日,

10、(2)氧化性危险 指物质或制剂与其他物质，特别是易燃物质接触产生强放热反应。氧化性物质依据其作用可分为中性的，如氧化铅等； 碱性的，如高锰酸钾、氧等；酸性的，如硫酸等三种类别。 绝大多数氧化剂都是高毒性化合物。按照其生物作用，有些可称为刺激性气体，如硫酸等，甚至是窒息性气体，如硝酸烟雾、氯气等。所有刺激性气体，尽管其物理和化学性质不同，直接接触一般都能引起细胞组织表层的炎症。如过氧化氢，可以引起皮炎。含有铬、锰和铅的氧化性化合物具有特殊的危险，例如，铬(VI)化合物长期吸入会导致肺癌，锰化合物可以引起中枢神经系统。 作为氧源的氧化性物质具有助燃作用，而且会增加燃烧强度。由于氧化反应的放热特征，

11、反应热会使接触物质过热，而且各种反应副产物往往比氧化剂本身更具毒性。,2019年10月22日,(3)易燃性危险 易燃性危险可以细分为极度易燃性、高度易燃性和易燃性3个危险类别。 极度易燃性是指闪点低于0、沸点低于或等于35的物质或制剂具有的特征。例如，乙醚、甲酸乙酯、乙醛。其他许多物质，如氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳、环氧乙烷、液化石油气，以及在环境温度下为气态、可形成较宽爆炸极限范围的气体-空气混合物的石油化工产品。 高度易燃性是指无需能量，与常温空气接触就能变热起火的物质或制剂具有的特征。这个危险类别包括与火源短暂接触就能起火，火源移去后仍能继续燃烧的固体物质或制剂；闪点低于21

12、的液体物质或制剂；通常压力下空气中的易燃气体。氢化合物、烷基铝、磷以及多种溶剂都属于这个类别。 易燃性是指闪点在2155的液体物质或制剂具有的特征。 包括大多数溶剂和许多石油馏分。,2019年10月22日,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。毒性反应的大小很大程度上取决于物质与生物系统接受部位反应生成 的化学键类型。对毒性反应起重要作用的化学键的基本类型是共价键、离子 键和氢键，还有van der Waals力。 有机化合物的毒性与其成分、结构和性质有密切关系是人们早已熟知的 事实。,2019年10月22日,(2)腐蚀性和刺激性危险

13、腐蚀性物质:能够严重损伤活性细胞组 织的一类物质。一般腐蚀性物质除具有生物危险外，还能损伤金属、木材等 其他物质。 如酸和酸酐；碱；等。 刺激性是指物质和制剂与皮肤或粘膜直接、长期或重复接触会引起炎 症。刺激性的作用对象不包括无生物。 虽然腐蚀性作用常引起深层损伤结果，而刺激性一般只有浅表特征，但两者之间并没有明确的界线。,2019年10月22日,(3)致癌性和致变性危险 致癌性是指一些物质或制剂，通过呼吸、饮食或皮肤注射进入人体会诱发癌症或增加癌变危险。1978年国际癌症研究机构制定的一份文件宣布有26种物质被确认具有致癌性质。随后又有22种物质经动物试验被确认能诱发癌变。 致变性是指一些物

14、质或制剂可以诱发生物活性。对于具体物质诱发的生 物活性的类型，如细胞的、细菌的、酵母的或更复杂有机体的生物活性，目前还无法确定。致变性又称变异性。受其影响的如果是人或动物的生殖细 胞，受害个体的正常功能会有不同程度的变化；如果是躯体细胞，则会诱发 癌变。前者称为生物变异，可传至后代；后者称为躯体变异，只影响受害个体的一生。,2019年10月22日,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，是指物质或制剂在水 和空气中的浓度超过正常量，进而危害人或动物的健康以及植物的生长。 环境危险是一个不易确定的综合概念。环境危险往往是物理化学危险和生物危险的聚结，并通过生物和非生物降解达到平衡

15、。为了评价化学物质对 环境的危险，必须进行全面评估，考虑化学物质的固有危险及其处理量，化学物质的最终去向及其散落入环境的程度，化学物质分解产物的性质及其所 具有的新陈代谢功能。,返回本章,2019年10月22日,第二节 易燃物质的性质和特性,一、易燃物质的性质 1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。 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。着火点一般高于闪点。当缺少闪点数据时，着火点至少可以像闪点一样标示出物质的火险。,2019年10月22日,3.自燃温度 指物质无火源自动起火并持续燃烧的温度。这个量值受加热表面

16、的大小、形状、加热速率以及其它因素的影响。 4.蒸汽相对密度 代表的是蒸汽密度与空气密度之比。绝大多数易燃液体的蒸汽比空气重，它们极易积聚在低位区域、下水道和类似场所。因此，厂房的排气口应设在近地平面处。对于比空气轻的可燃气体或蒸汽，排气口应设在厂房内最高处或近顶板处。,2019年10月22日,5熔点 定义为固液两相平衡共存的温度。熔点指示出了室温下为固体的易燃物质成为易燃液体的温度。 6沸点 一般是指常压沸点，定义为一个大气压下气液平衡共存的温度。沸 点可表征物质的挥发性，是易燃液体所包含的火险的直接量度。 7分子式 在缺少物性信息的情况下，物质的分子式可以提供物质火险的线索。例如，组成只有碳和氢的烃类物质是可燃的，甚至是易燃的。如果是低沸点烃 类，即可认为具有火险。,2019年10月22日,8爆炸范围 也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