论文总字数：19504字

摘 要

为研究荧光乳液产品生产聚合工艺的风险程度，对其工艺过程涉及到的物料进行热危险性研究，并运用合理的安全评估方法对工艺过程进行风险评估。该实验大致可分为以下几步：由反应量热仪测得本实验的反应热，得到反应的放热量和绝热温升，通过参考严重度等级划分表确定其严重度等级。采用热流型设备对反应原料和引发剂进行筛选测试，得出具有热不稳定性的物质，通过II绝热测试，绘制出该热不稳定性物质的温度与压力曲线图，并运用动力学相关公式计算得到和数值，进而确定本聚合工艺的失控可能性等级和危险等级。实验研究结果表明：本工艺过程所涉及危险物料分解热评估风险等级为一级。综合分析，该聚合工艺危险度等级为四级，危险程度较高，反应具有二次分解的可能。建议加强紧急排放措施，重新改进工艺。

关键词：聚合工艺 热危险性 安全风险评估 反应放热 热测试

Design of thermal safety assessment for a polymerization process

Abstract

In order to study the degree of risk of the production process of fluorescent emulsion products, the thermal hazards of the materials involved in the process are studied, and a reasonable safety assessment method is used to assess the risk of the process. The experiment can be roughly divided into the following steps: the reaction heat of the experiment is measured by the reaction calorimeter , the exothermic heat of the reaction and the adiabatic temperature riseare obtained, and the severity level is determined by referring to the severity level division table. The heat flow type equipment was used to conduct screening tests on the reaction raw materials and initiators, and the thermally unstable material was obtained. The II adiabatic test was used to draw the temperature and pressure curve of the thermally unstable material The kinetic correlation formula is used to calculate the values of and , and then the runaway possibility level and danger level of the polymerization process are determined. The experimental research results show that: the risk level of decomposition heat assessment of hazardous materials involved in this process is first class. Comprehensive analysis shows that the degree of danger of the polymerization process is four, the degree of danger is high, and the reaction has the possibility of secondary decomposition. It is recommended to strengthen emergency emission measures and consider process redesign.

Keywords:Polymerization process;thermal hazard;safety risk assessment;reaction exotherm,;adiabatic test

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的研究背景和研究意义 1

1.1.1 国内化学工业行业主要潜在的问题 1

1.1.2 荧光乳液产品生产聚合工艺反应风险研究意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 荧光乳液产品聚合工艺的研究 3

1.2.2 反应过程的热危险性研究 3

1.3 本文研究内容 4

1.4 实验研究要求 4

第二章 反应物质及过程热危险性评估方法 5

2.1 热危险性研究 5

2.2 热危险性评估方法 5

2.3.1 严重度评估 6

2.3.2 可能性评估 6

2.3.3 风险矩阵评估 7

2.3.4 反应工艺危险度评估 8

第三章 工艺过程及实验内容 11

3.1 工艺过程简介及风险评估实验方案制定 11

3.1.1 工艺过程简介 11

3.1.2 实验方案 11

3.1.3 实验测试 11

3.2 实验仪器及内容 11

3.2.1 仪器介绍 11

3.2.2 工艺过程中涉及物料热稳定性筛查 16

3.2.3 反应量热实验 17

3.2.4 热危险隐患点的绝热反应测试 19

第四章 工艺过程风险评估及结论 24

4.1 物质分解热评估 24

4.2 严重度评估 24

4.3 可能性评估 24

4.4 矩阵评估 24

4.5 反应工艺危险度评估 25

第五章 研究总结与展望 26

5.1 总结 26

5.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和研究意义

由近年中国化工企业的收入分析可知，中国化学工业（2017年的销售额约为1.5万亿美元）已成为全球最大的化学工业，在过去几十年加快了世界化学工业的发展速度。根据新兴市场信息服务（EMIS，2019）的报告，尽管化学工业在中国的起步比欧洲晚得多，但截至2017年底，中国约有23366家化工企业^[1]。因此，化学工业的发展为中国近几十年来经济的高速增长提供了重要动力，为14亿中国人民以及全世界人民创造并维持了现代优越的生活条件。但是，化学工业及其快速发展也带来了许多需要我们重视的问题，例如安全隐患、生态污染、能源消耗大等，这给世界化学工业的发展也带来了一定的阻力。

中国国民经济的高速健康发展离不开石油和化学工业的带动。作为支柱产业，它的主营业务收入占国内生产总值（GDP）的12％以上，并且呈现出同比增长的趋势。石油和化学工业的发展提高了医药、聚合物、化学品、能源材料和高分子材料等多种产品的产量，超越世界水平并稳居世界前列，但同时这也迎来了大规模化发展的趋势。此外，长江沿岸优越的地理位置也使化工企业逐渐趋于集中化。顺应这一趋势，中国已建立了1000多个化学工业园区。化工公司的数量巨大且分布集中，每个公司涉及的反应类型和生产过程都有区别。生产设备复杂多变，所用原材料、中间产品和产品大多具有诸多危险性质，事故发生的频率和严重性在很大程度上便取决于此。

1.1.1 国内化学工业行业主要潜在的问题

化工行业人才问题

在当今时代下，人才是影响世界各国工业发展的关键因素。但是，中国的化学工业起步缓慢。根据目前情况，中国在这方面缺少充足的人才数量，人才质量也是一个不可忽视的问题，这也成为了中国化工行业发展需要克服的困难。该方面的人才培养教育还需要加强和完善，中国化工人才的稀缺也大大削弱了中国在世界化学工业范围内的竞争力，这对国内化工企业的发展带来了一定的负面影响。

化工产品结构问题

当前，中国化工行业在产品结构方面存在产能过剩的问题，并且较为突出。产品技术含量不高，而且多为附加值较低的原材，这些产品需求量大，但产量低，可赚取利润不高，成为了中国化学工业的长期发展的阻力。另外，中国化学工业的产能过剩会间接引起市场的恶性竞争，并且进一步削弱中国化学工业的竞争力。另外，由于中国化学工业在该方面缺乏强大的科学技术支持，大部分生产原料并不能够自给自足，只能通过进口的方法解决需求量，这进一步降低了中国化学工业的利润。

化工设备操作安全问题

化工厂由数百个，有时甚至数千个彼此相邻的危险设施组成，通常具有高度复杂性和相互依赖性的特点。这些存储，运输或处理危险（例如，易燃，易爆，有毒）物质的设备通常处于高温高压条件下，极易引起严重事故。此外，这些事故可能传播到附近的设施，引发一系列的二次伤害，导致总体后果比原先事故更为严重，这种现象被称为撞击效应或多米诺骨牌效应。一旦化学工业区发生重大事故，在很大程度上会引起严重的经济损失、人员伤亡、恶劣的环境影响甚至是社会风波。已经运行多年的机器和设备更具有发生故障的可能性。例如异常噪音，仪表板显示不正确，新购设备运行不稳定，人员不熟练操作不当等因素都会导致生产事故的发生。因此化工行业须要定期检查压力容器，专用设备和其他大型设备，并应立即解决问题，以防止发生事故。

化工安全制度管理问题

安全管理工作是任何一个单位或企业不可或缺的保障。安全工作必须放在第一位，否则其他的工作则无从谈起,更无法创造价值。每一个企业都需要制定一个符合公司安全运营的标准规范，并以此为依据和底线，严格贯彻和执行。巨大的安全隐患往往潜藏在缺乏制度管理或管理有问题的企业^[2]。随着国家安全环保意识的树立以及相关法律法规的加强，化工单位的安全管理理念也出现相应的转变。针对目前化工安全管理方面的不足，各单位要严格依据国家法律法规，结合单位自身情况从安全教育、安全监管、安全应急处理方案等多角度展开，弥补漏洞，完善措施。

1.1.2 荧光乳液产品生产聚合工艺反应风险研究意义

荧光乳液产品在生活、工业、制造业等多领域中有着广泛的用途。将荧光树脂粉末在水中分散乳化是制备该产品的传统方法。但使用传统方法制得的产品具有诸多的缺点，如稳定性差、颗粒大小不均且制作过程繁琐，不易操作。而乳液聚合方法过程操作简易、可控性强、产品质量高、乳液稳定性好、乳胶颗粒粒径可控。而作为该反应引发剂的过硫酸钾具有热不稳定性，能释放氧而起到助燃作用，具有物质分解热风险。综上，荧光乳液产品的聚合工艺具有一定的危险性。因此，为保证生产安全，需要对该聚合工艺反应进行风险研究。

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