第5章 化工过程分析.ppt

第5章 化工过程分析 相关内容 5.1　系统可靠性与可靠度分析 系统的可靠度 化工系统可靠度：在规定的条件和规定的时间内，系统完成规定功能的概率或程度。一般以R来表示，它的取值范围是0＜R＜1。 一个大系统都是由若干子系统组成，一个子系统又是由基本元（单元）所构成，也就是说单元、子系统、系统之间可有如下关系： 串联结构 思考题 假定系统由三个串联操作组成，即一个靠不信的间歇反应器，其产物排到一个好坏无常的离心机，接着是一个不协调的反应—结晶工序。从过去的运转记录可知，反应器运转正常占试验次数的3/4，离心机操作成功占试验次数7/8，而最后一道工序运转成功仅占试验次数的40%。试求系统同时成功的机会，即所有这些设备都成功地让一批产品通过的概率。 并联结构 思考题 假定系统由三个并联操作组成，即一个靠不住的歇反应器，一个好坏无常的离心机和一个不协调的反应—结晶工序。从过去的运转记录可知，反应器运转正常占试验次数的3/4，离心机操作成功占试验次数7/8，而最后一道工序运转成功仅占试验次数的40%。试求系统同时成功的机会，即所有这些设备都成功地让一批产品通过的概率。 同时具有串并联结构（等效框图原理） 现有化工系统A，由四个子系统A1、A2、A3、A4串联而成，用等效原理，系统的总可靠度为: 生产框图及等效框图 确保系统有较高的可靠性 化工系统一般是有序的串联结构形式。为了确保系统有较高的可靠性，由上述分析式可见，在工艺流程的设计上应力求设备少，流程简单，单个设备的可靠度高；并应考虑在可靠性低的卡脖环节考虑配置并联设备，如果由经济合理性上进行分析，经济合理时应予以并联备用设备。这是化工系统过程设计可靠性设计的一般原则。 5.2 安全性及损失的预防 任何过程都包含着一定的风险，当其风险过大时会妨碍该过程工业化的实现。 设计防护系统的基本原则，以减少工业事故的危险性，增加工业过程的安全性，以保证工人安全的工作。 工业过程大事故作了统计分析 设备损坏、腐蚀或侵蚀故障31％ 对物料的性能考虑不足，由于某些物料引起事故 20％ 操作失误 17％ 化工过程问题 11％ 防护失效占8% 物质移动发生事故等占4% 工厂位置问题占4% 设计结构不适用问题占3% 工厂方案不合适占2% 危险率分析与描述方法 FAFR死亡事故频率的定义是：在某种情况下暴露或工作108小时死亡发生的数目。也可定义为1000个人在某种环境或情况下工作50年，每年工作50个星期，每周工作40小时，死亡的人数。 当FAFR=1时，相当于一个人工作在某种危险性的环境或情况下，一年有约10-4的死亡几率。 不同行业及环境下的FAFR值 不同化学环境长时间停留下的特殊危险率 一个职业或环境的危险率 燃烧和爆炸指数（FEI） 减少危险率的第一步就是分辨各种物质潜在的燃烧和爆炸趋势。美国道化学公司有效地应用了燃烧和爆炸指数FEI值来描述这个问题。这一指数较精确地反映了物质潜在的燃烧和爆炸的性能。FEI值可由以下四个因子计算出来： 物质因子（MF） 按照物质分类的不同，这个因子的数值范围为1~20。其分类如下： 1．非燃烧的固体、液体和气体 对于不氧化不燃烧的物质如水、碳、四氯化碳等，MF=1。 2．燃烧固体 3．燃烧液体 4．燃烧和爆炸的气体 5．氧化物质，与还原物质相遇即会起火和爆炸的物质，如氧、氯 等，MF=16。 MF值是计算FEI值的基本数据，但考虑特殊物质的危害，和特殊过程的危害，还要引入有关因子修正组合算出最终的FEI值。 思考题 对于烷烃氧化制醇工厂的燃烧和爆炸指数的分析。丙烷氧化生成醇、醛、酮的流程中包括六个单元。反应试剂是O2和C3H8，产品是CH3OH、CH3COCH3和CH3CHO。图中的单元I是反应器，丙烷是空气气相氧化，反应温度是315.6~537.8℃，压力是20.7×105Pa。单元II是醇的吸收器，将醇、醛、酮吸收在水中，残余的丙烷和氮气返回丙烷回收系统。单元III是丙烷回收器，用一般的吸收、解吸操作回收丙烷。单元IV是醇的分离器，使用一般的反应精馏的分离方法。单元V是丙烷的存贮装置，要有能维持几天生产的库存量，丙烷用桶车或载重车输运。单元VI是醇的存贮装置，能存贮几天生产的醇、醛、酮。试分别计算每一个单元的FEI值。 反应单元FEI 相对顺序爆炸及燃烧危险性 故障树分析 (Fault Tree Analysis，FTA) 故障树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是安全