4. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения экзотермических химических процессов.

Нарушение экзотермических химических процессов также связано с возможностью образования повышенного давления в результате более интенсивного выделения тепла и образования побочных парогазообразных продуктов в зоне реакции.

Скорость тепловыделения и образования побочных продуктов в общем случае определяется скоростью химической реакции, которая, в свою очередь, зависит от условий выделения и отвода тепла, а также интенсивности образования и отвода побочных продуктов, т.е. теплового и материального балансов.

Скорость химической реакции может увеличиться в результате нарушения соотношения компонентов, подаваемых в зону реакции, и особенно при увеличенной подаче катализатора.

Увеличение тепловыделения за счет ускорения химической реакции может происходить при нормальном отводе тепла из зоны реакции или при его нарушении.

Это неизбежно приведет к возрастанию температуры в аппарате, повышенному выходу побочных паров и газов.

Рост рабочей температуры, в свою очередь, вызовет увеличение тепловыделения в единицу времени и т. д.

Таким образом, создаются условия, при которых химическая реакция становится неуправляемой, выделение тепла и побочных газов происходит лавинообразно (спонтанно).

При этом в аппарате резко повышается давление, что может привести к разрушению аппарата или выбросу реакционной массы через отводные (стравливающие линии).

Уменьшение количества тепла, отводимого из зоны реакции, может происходить из-за снижения интенсивности или полного прекращения перемешивания реакционной массы, уменьшения или прекращения подачи в аппарат хладоагента, загрязнения теплообменной поверхности отложениями.

Рост давления может происходить также в результате несвоевременного отвода из зоны реакции побочных парогазообразных продуктов. Это происходит чаще всего при неисправности отводящих и стравливающих линий, при образовании в них пробок.

Пример. На установке по производству гидроперекиси изопропилбензола для предупреждения термического разложения реакционной массы в колонне синтеза поддерживают глубокий вакуум (остаточное давление по высоте колонны сверху – вниз изменяется от 1,33х10³ до 5,33х10³ Па – это соответствует от 10 до 40 мм рт. ст.), что позволяет процесс синтеза вести при температуре от 50 до 90⁰ С, соответственно, сверху вниз по высоте колонны. Нижняя часть колонны была оборудована водяным холодильником, предназначенным для обеспечения нормального температурного режима ее работы. В период пуска установки внезапно начала повышаться температура низа колонны. Вскоре реакция стала неуправляемой, произошло разложение реакционной массы. Силой взрыва многотонная колонна синтеза была приподнята над землей и отброшена на несколько метров в сторону.

5. Образование повышенного или пониженного давления в результате попадания в объем аппаратов легкокипящих жидкостей.

Попадание в объем высоконагретых аппаратов легкокипящих жидкостей связано с их быстрым испарением. За счет этого происходит резкое увеличение давления в аппарате.

Как правило, такая ситуация, как попадание легкокипящих жидкостей в объем высоконагретых аппаратов, возникает из-за ошибок, допущенных при пуске установок или узлов установки. Например, при пуске вакуумной установки вследствие допущенных ошибок в вакуумную колонну с температурой кубового остатка около 370 ⁰С был подан бензин. В результате интенсивного парообразования в колонне произошло резкое увеличение давления, которое привело к повреждению стенок аппарата и возникновению пожара.

Характерен и другой случай вскипания легкокипящей жидкости, когда в аппарат с ее остатками поступает высококипящая жидкость, нагретая до высокой температуры.

Или еще такая ситуация, в период пуска при подаче в аппарат высоконагретой (с высокой температурой кипения) жидкости: если после его пропарки или промывки осталось некоторое количество воды, происходит резкое вскипание остатков воды, образование паровой фракции, и в результате происходит резкое повышение давление.

Приращение давления ∆Р в аппарате в этих случаях можно рассчитать по уже известному вам соотношению (когда мы говорили с вами о нарушении процесса конденсации):

∆Р = Р₀V_п/ V_св, где Р₀ - барометрическое давление, Па; V_св - свободный внутренний объем аппарата, м³; V_п - объем неконденсированного пара, м³.

Только в данном случае V_п будет означать объем паров, образующихся при испарении легкокипящей жидкости, который можно определить по формуле:

V_п = m V_п^΄ , где m – количество кипящей жидкости, участвующей при испарении, кг; V_п^΄ - удельный объем паров легкокипящей жидкости при температуре ее испарения, м³/кг.

Общее давление в аппарате определяется по формуле: Р = Р_раб + ∆Р.

При этом необходимо помнить, что формула, по которой определяется приращение давления ∆Р = Р₀V_п/ V_св, учитывает только статическое давление.

При значительной разности температур испарение может протекать настолько быстро, что образующиеся пары легкокипящей жидкости успевают за время контакта с высоконагретой поверхностью аппарата или высококипящей жидкостью сильно перегреться.

При этом формируется ударная волна, разрушающее действие которой в несколько раз больше статического давления.