反應容器是指用來完成介質的物理反應、化學反應的容器.在工業生產中尤其在化工、醫藥、化肥、煉化等行業反應容器作為一種承壓設備由於工藝上的需要被大量使用。
反應容器有：①試管、蒸發皿、坩堝、燃燒匙等；②可以加熱但必須墊上石棉網的儀器有燒杯、燒瓶、錐形瓶等；③不能被加熱的儀器：集氣瓶、漏斗等。
基本介紹
- 中文名：反應容器
- 外文名：reaction vessel
簡介,常見反應容器,反應容器火災爆炸事故原因分析,預防反應容器火災爆炸事故的措施,
簡介
反應容器是指用來進行物質的化學反應的一類容器設備，常見的有反應器，發生器，反應釜，分解塔，合成塔，聚合釜等反應。容器內的大多數反應是在高溫、高壓，甚至超高壓條件下進行，參與反應的原料以及催化劑多為易燃、易爆的物質，反應過程中稍有不慎就會引發火災和爆炸，事故發生率高。反應容器爆炸所產生的強大衝擊波和有毒、易燃、易爆物料泄漏而引起的火災易導致建築物倒塌、人員大量傷亡，有的甚至引起連鎖爆炸，將整個車間、廠區夷為平地。加強對反應容器火災爆炸事故的研究，預防此類事故的發生十分重要。
常見反應容器
1、可直接加熱
（1）試管
主要用途：①常溫或加熱條件下，用作少量試劑的反應容器。
②收集少量氣體和氣體的驗純。③盛放少量藥品。
使用方法及注意事項：
①可直接加熱，用試管夾夾住距試管口1/3 處，從下往上套（防止污染藥品）。
②試管的規格有大有小。不加熱時，試管內盛放的液體不超過容積1/2 ，加熱時不超過1/3。
③加熱前外壁應無水滴；加熱後不能驟冷，以防止試管破裂。
④加熱時，先使試管均勻受熱，再集中加熱，試管口不應對著任何人。給固體加熱時，試管要橫放，管口略向下傾斜，固體要平鋪於試管底部。給液體加熱時，試管口向，試管與桌面成45°角
⑤不能用試管加熱熔融NaOH等強鹼性物質。
（2）蒸發皿
主要用途：①溶液的蒸發、濃縮、結晶。②乾燥固體物質。
使用方法及注意事項：
①盛液量不超過容積的2/3，要用玻璃棒不斷攪拌液體，以免液體飛濺 。
②可直接加熱，受熱後不能驟冷。
③應使用坩堝鉗取放蒸發皿，放在三腳架上。
（3）坩堝
主要用途：用於固體物質的高溫灼燒。
使用方法及注意事項：
①把坩堝放在三腳架上的泥三角上直接加熱，應避免聚冷。
②取放坩堝或坩堝蓋時套用坩堝鉗。
③加熱後可放在乾燥器中或石棉網上冷卻。
④應根據加熱物質的性質不同，選用不同材料的坩堝，瓷坩堝易被熱的強鹼腐蝕，熔融NaOH等強鹼性物質時用鐵坩堝。
2、墊石棉網可加熱
（1）燒杯
主要用途：①用作固體物質溶解、液體稀釋的容器。
②用作較大量試劑發生反應的容器。
③用於過濾、滲析、噴泉等實驗，用於氣密性檢驗、尾氣吸收裝置、水浴加熱等。
④冷的乾燥的燒杯可用來檢驗氣體燃燒有無水生成；塗有澄清石灰水的燒杯可用來檢驗氣體。
使用方法及注意事項：
①常用規格有50mL、100mL、250mL等，但不用燒杯量取液體。
②應放在石棉網上加熱，或用水浴加熱，使其受熱均勻；加熱時，燒杯外壁應無水滴，不可把液體蒸乾，熱的燒杯不可驟冷。
③盛液體加熱時，不要超過燒杯容積的2/3為宜。
④溶解或稀釋過程中，用玻璃棒攪拌時，不要觸及杯底或杯壁。
（2）燒瓶
主要用途：①可用作試劑量較大而有液體參加的反應容器，常用於各種氣體的發生裝置中。
②蒸餾燒瓶用於分離互溶的、沸點相差較大的液體。
③圓底燒瓶還可用於噴泉實驗。
④用作配製、濃縮、稀釋溶液。也可用作反應器和給試管水浴加熱等。
使用方法及注意事項：
①圓底燒瓶應放在石棉網上加熱，使其受熱均勻；加熱時，燒瓶外壁應無水滴，或用水浴加熱，不可把液體蒸乾，熱的燒瓶不可驟冷，不要超過燒杯容積的1/2。
②平底燒瓶不能長時間用來加熱，當瓶內液體過少時，加熱容易使之破裂。
③不加熱時，若用平底燒瓶作反應容器，無需用鐵架台固定。
④加碎瓷片防暴沸，蒸（分）餾時溫度計水銀球宜在支管口處
（3）錐形瓶
主要用途：①可用作中和滴定的反應器，滴定時液體不超過容積的1/2。
②代替試管、燒瓶等作氣體發生的反應器
③在蒸餾實驗中，用作液體接受器，接受餾分。
使用方法及注意事項：①滴定時，只振盪不攪拌。②加熱時，需墊石棉網。
3、不能加熱
（1）集氣瓶（瓶口邊緣磨砂）
主要用途：①與毛玻璃片配合，可用於收集和暫時存放氣體。
②用作物質與氣體間反應的反應容器。
使用方法及注意事項：
①不能加熱。
②上口為平面磨砂，內側不磨砂，將瓶口與毛玻璃片塗抹一層薄凡士林，以利氣密。
③進行固體在氣體中燃燒實驗時，有時需要在瓶底放少量水或細沙。
④盛不同密度的氣體放置時瓶口方向不同。
（2）廣口瓶、細口瓶（瓶頸內側磨砂，且與瓶塞一一對應，切不可蓋錯）
主要用途：①廣口瓶用於存放固體藥品，也可用來裝配氣體發生器（不需要加熱）。
②細口瓶用於存放液體藥品。
使用方法及注意事項：
①一般不能加熱。
②酸性藥品、具有氧化性的藥品、有機溶劑，要用玻璃塞；鹼性試劑要用橡膠塞。
③對見光易變質的要用棕色瓶。
（3）滴瓶
主要用途：用於存放少量液體，其特點是使用方便
使用方法及注意事項：
①滴管不能平放或倒立，以防液體流入膠頭。
②盛鹼性溶液時改用軟木塞或橡膠塞。
③不能長期存放鹼性試劑。
（4）啟普發生器
主要用途：固—液不加熱制氣體反應的反應器。
使用方法及注意事項：不可加熱，也不能用於劇烈放熱的反應。
反應容器火災爆炸事故原因分析
1）反應失控引起火災爆炸
許多化學反應如硝化、磺化、氧化、氯化、聚合等反應都是放熱量較大的反應。在反應容器內進行反應時，若正常的反應過程失控，反應熱蓄積，反應體系的溫度隨之升高，反應速度加快.體系內壓力增大，當內壓急劇上升超過容器的耐壓能力時，容器破裂，高壓物料從破裂處噴出。由於溫度的升高，反應物料還可能發生分解、燃燒，引發反應失控火災爆炸事故。導致反應失控的原因有：反應熱未能及時移出，反應物不能均勻分散和操作失誤等。冷卻劑選擇不當，換熱設備不能及時導出反應器中過多的熱量，因器壁結垢傳熱效果變差，冷卻劑供給設備發生故障、換熱系統堵塞等原因，都可能導致反應熱未能及時移出。停電、攪拌系統故障、槳葉損壞、轉速不夠、槳葉形式不當、物料粉碎度不夠等則會使反應物料在器內分散不均勻，造成散熱不良或局部反應過於劇烈而發生危險。違反生產操作規程，物料超裝，催化劑加入過多，原料配比，投料次序和時間不當，冷卻劑閥門開關失誤，升溫速度過快，溫度壓力讀錯，計量儀器儀表有故障等原因均可引起物料化學反應的異常。許多化學反應，還會因物料中存在危險雜質而導致劇烈的副反應、過反應，甚至使反應異乎尋常加快導致反應失控。
2）反應容器內形成爆炸性混合物
有些氣態反應的原料混合氣，其原料配比處在爆炸極限範圍之內而具有爆炸性。例如：丙烯氨氧化反應的丙烯與空氣在原料總體積中分別占6.16%和677%，丙烯濃度已在爆炸極限之內（其爆炸極限為2%一11%）；苯醉生產中蔡與空氣的重量比為1：9左右，萘蒸氣在空氣中的體積濃度為2.25%（蔡蒸氣爆炸極限為0.88%-5.9%）。反應容器內可燃氣體或易燃液體蒸氣未置換或置換不徹底，也是形成爆炸性混合物的重要原因。
3）反應容器密封不嚴，物料泄漏引起燃燒爆炸
反應容器密封不嚴，物料衝出，遇明火燃燒爆炸。
4）反應容器因設計製造缺陷引起爆炸
反應容器設計不合理，結構形狀不連續，焊縫布置不當等引起應力集中；設備材質選擇不當，製造容器時焊接質量不合要求及熱處理不當等使材料韌性降低；容器殼體受到腐蝕介質的腐蝕，強度降低等可能使容器在生產過程中發生爆炸。
5）反應容器中高壓物料竄入低壓系統
與反應容器相連的常壓或低壓容器、儲櫃，由於反應容器中高壓物料的竄入，發生爆炸。
6）水蒸氣或水漏入反應容器發生危險
採用水蒸汽加熱或水冷卻的反應容器，若水蒸汽或冷卻水漏入容器內，容器內物料遇水分解放熱，溫度、壓力急劇上升，造成沖料，發生火災。如硝化反應，當硝化劑中進有水會促使其大量分解和蒸發，強烈腐蝕設備，還會造成爆炸。水通過設備蛇管和殼體不嚴密處滲進硝化物料時，會引起液態物料溫度和氣壓上升。
7）反應容器泄放系統不合理引起事故
在物料泄放時，泄放口位置、高度未按要求設定，排出的物料飄散流入室內，遇明火燃燒爆炸。
8）反應容器進出物料不當引起事故
大多數烴類物料屬絕緣物質，其導電性較差，進出反應容器時，物料高速流動，靜電積累放電引起燃燒爆炸。反應容器採用加壓卸料，易使容器內氣體或蒸氣逸出泄入廠房，形成爆炸性混合氣體
9）反應容器受熱引起爆炸
由於外部可燃物起火，輻射熱引起反應容器內溫度急劇上升，蒸氣壓增大，發生沖料或爆炸
10）火災爆炸事故連續發生
反應容器由於反應失控，外部火焰作用或設備缺陷發生泄漏破壞時，因其內部壓力往往高於大氣壓，有的可達3.0MPa-10.0MPa或更高，器內液體呈過熱狀態，容器爆裂導致物料蒸氣壓的平衡狀態被破壞，發生不穩定的過熱液體而引起的二次爆炸（稱為蒸氣爆炸）；噴出來的反應物料迅速擴散，容器周圍空間則被可燃液體的霧滴或蒸氣所籠罩，如遇火源，會發生第三次爆炸（混合氣體爆炸）。這三次爆炸往往在瞬間即可完成，但卻是性質有所不同的相繼出現的三種爆炸。
預防反應容器火災爆炸事故的措施
1）嚴格按照安全規程生產
反應容器的工藝規程需經專門的科研和設計單位審定，沒有這些部門的相應鑑定，不允許改變生產工藝。生產操作人員必須熟悉生產工藝規程，操作條件，原材料、產品、中間產物的反應放熱性和火災爆炸危險性質，杜絕操作失誤。
2）維護容器的耐壓強度
反應容器作為一種承壓設備，應嚴格按照壓力容器的設計、製造工藝進行，消除焊接等質量上的缺陷。容器在使用過程中要防止由於腐蝕等原因造成器壁變薄，耐壓強度降低。因此，容器要定期進行探檢、維修、進行耐壓試驗，確保容器的耐壓強度。
3）防止反應失控發生
按規定嚴格監測和控制反應容器內的溫度、壓力、物料組成和投料順序等，以使反應保持正常。列管式固定床氧化反應器防止失控的措施有：在原料氣中加入微量抑制劑，使催化劑部分毒化；在原料氣入口處附近的反應管上層，放置些被惰性載體稀釋的催化劑或已部分老化的催化劑；採用分段冷卻法，提高換熱速率。流化床反應器內設定的冷卻管要有足夠的冷卻面積，確保連續供給具有穩定參數的冷卻劑，同時可通過原料氣的預熱溫度來微調節反應溫度。硝化反應速度的控制要注意如下兒個方面：控制好加料速度，採用雙重閥門控制硝化劑的加料，禁止固體物料大塊投入；硝化過程中出現紅棕色氧化氮氣體，是溫度升高可能導致發生危險的徵兆，要立即停止加料；硝化反應器應配有冷卻水源備用系統；物料混合均勻，反應器攪拌應有自動啟動的備用電源，有保護性氣體攪拌或人工攪拌的輔助設施。
聚合反應在開始階段或進行過程中都有發生暴聚的可能性。反應時應按投料順序和投料配比準確投料，總物料不應超量。反應前期要防止升溫過快，當反應加速後，放熱量逐漸增加，要及時冷卻降溫；在反應過程中要卡分注意溫度和壓力變化聚合反應熱較大，單靠增大反應器尺寸以獲取較多夾套和舌管冷卻面積是不夠的，也不是最好方法。目前工藝上多利用單體或溶劑氣化回流帶出反應熱，經冷凝或壓縮液化後，再返回聚合釜吸熱。當溫度大幅度上升，或發生其他危險情況時，可加阻聚劑以降低引發劑的活性。同時，對於生產原料、中間產品以及成品應有嚴格的質量檢驗制度，保證其純度和含量，清除有害性雜質。
4）抑制物料混合氣的爆炸危險性
在爆炸極限範圍之內進行的反應，空氣或氧氣與反應原料的混合器宜放置在反應器進口附近，確保原料氣混合後立即進入反應器反應，減少可能發生爆炸的空間。還可採取原料氣和氧氣或空氣分別進料方式，以避免爆炸性混合物的形成。在接近爆炸極限條件下進行的反應，應嚴格控制原料氣與空氣或氧氣的混合比例。生產裝置要有自動化控制儀表、組分分析儀和安全連鎖警報裝置。如乙烯氧化的反應系統中，氧含量控制在8%左右，乙烯控制在65%左右，若氧含量達到9%或乙烯含量降至60%就需要立即停車處理。通常採用三個磁氧分析儀分析氧的含量，如果有兩個指標達到這個限量，會立即報警停車：採用兩個紅外分析儀分析乙烯的含量，如果一個指標達到這個限量時即報警停車。對於具有可燃氣體或易燃液體蒸氣的反應容器，進料前必須用惰性氣體置換。反應完畢後同樣需要用惰性氣體置換掉容器內的可嫩氣體或蒸氣，才能放入空氣，置換必須徹底。
5）及時清理設備管路內結焦
要定期清除設備內的污垢、焦狀物、聚合物，以保證設備傳熱良好，並防止其堵塞設備管道和發生自嫩。清除方法可用水沖刷器壁表面和管道，用氮氣或水蒸氣吹掃，，請理時不得使用鐵質工具或金屬條，清理出來的污物必須送至安全地點處理掉。
6）防止水漏入反應容器
反應容器的夾套和蛇管冷卻系統的水位和水壓應略低於器內的液位和液壓。為了能及時發現反應容器的裂紋或孔洞，在排水管可安裝自動電導報誓器，當管中漏入極少物料時，水的導電率會發生變化，利用這種變化進行檢測並發出聲響警報。
7）保證反應容器進出物料安全
為了防止進出物料因靜電火花發生燃燒爆炸，反應容器、管道、器具應採用導體聯成一體，再進行接地，接地線必須連線牢靠，有足夠機械強度，並定期檢查。液體物料的輸送，還應通過控制流速限制靜電的產生。從反應容器中卸料時，宜採用真空卸料。裝卸料口開啟時，應儘量採用密閉措施，如果做不到，應安裝移動式的排氣罩進行通風。
反應容器應設防事故自動聯鎖系統，如設物料溫度與催化劑加入量的聯鎖裝置：壓力或溫度極限調節報警裝置。當參數越出安全規定範圍，能立即進行自動調節。若調節無效能發出報警信號，通告操作人員採取緊急措施排除故障，如故障排除不當或不及時，自動控制系統能發出切換、放空、滅火等指令。危險性較大者還可採用二重、三重保護。為了保證反應容器內壓力上升時能自動進行泄壓，必須在設備上安裝安全閥。對於不宜安裝安全閥或危險性較大的設備，可安裝爆破片。低壓系統與高壓反應器的連線處應設單向閥，以防止高壓反應器內的物料竄入j氏玉系統發生爆炸。反應容器應備有事故排放罐，或供排出反應物料的備用容器和放空管，在設備發生失控的緊急狀態下，可將器內液體物料及時排入事故排放罐；氣態物料通過放空管排出容器，防止事故擴大。在進入反應容器之前的管道上，應安裝液封或砂封等阻火設備，以防止燃燒爆炸的蔓延擴展。反應生產崗位應配備氮氣和水蒸汽半固定滅火裝置。
9）注意反應容器的安全泄放
反應容器的放空管一般應安設在頂部，室內容器安設的放空管應引出室外。放空管應有足夠高度，高於附近有人操作的最高設備2m以上，並保證排出的可燃氣體濃度在安全範圍內。排放後，可能立即燃燒的可燃氣體，應經冷卻裝置冷卻後接至放空設施。放空管上應安裝阻火器或其他限制火焰的設備，以防止氣體在管道出口處著火，並使火焰擴散到工藝裝置中去。放空管應有良好的接地，管口應處在防雷保護範圍內。事故儲槽應設定在安全區域，廠房裡的反應容器，其內液體應放流到設在廠房外的地下或半地下專用事故貯槽或排放罐中。排放方式可採用氮氣、水蒸氣、二氧化碳等惰性氣體壓放，可以加快排放速度，又可消除在設備中發生爆炸的可能性。事故儲槽要具有較大容量。
10）掌握事故處呈方法
將消防知識宣傳和教育作為崗位培訓的一項重要內容。尤其注意對生產操作人員進行處置生產中緊急情況的培訓工作，掌握事故情況下的應急措施、滅火與疏散方法。根據已往的事故教訓和操作經驗以及理論上的反應放熱特性，提出事故的可能原因，以便於事故時能做出準確的判斷和正確地採取處理辦法。
