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摘 要：硝化工艺的危险性较大，很多化工企业由于操作不当等原因，造成重大的安全事故和恶劣的社会影响。本文主要分析了硝化工艺的反应原理和具体的危险性，进而就硝化工艺的安生生产技术展开了细致的分析探讨。
关键词：硝化工艺 反应原理 安全生产技术
硝化过程是指在有机化合物中引入硝基，取代其氢原子而生成硝基化合物的反应过程，在有机化学工业生产中，特别是在染料、炸药、农药及某些药物生产中应用十分普遍。由于硝化过程中，所用硝化剂是强氧化剂，被硝化的产物大多数易燃，硝化反应是放热反应，如果操作不当，容易发生安全事故。因此，研究硝化过程的防火防爆等安全技术工作十分重要。
一、硝化工艺及其设备
硝化反应有三类：一类是硝基（-NO2）取代有机化合物分子中氢原子的化学反应，生成物为硝基化合物，也称C—硝基化合物，如硝基苯、硝基萘等；二类是硝酸根（-NO3）取代有机化合物分子中羟基的化学反应，生成物为硝酸酯，也称O—硝基化合物，如硝化甘油、硝化棉等；三类是硝基（-NO2）通过N相连生成化合物硝铵的化学反应，生成物也称N—硝基化合物，如乌洛托品（六次甲基四胺）经硝化生成的黑索金（环三次甲基三硝铵）。
硝化反应过程由混酸制备、硝化、后处理与精制等工序组成。主要设备有混酸锅和硝化反应器。混酸锅用于制备混酸，材质为不锈钢或搪瓷铸铁。根据硝化物料的需要，混酸中的硝酸、硫酸和水按一定比例投入混酸锅，进行搅拌、冷却。硝化反应器多采用搅拌式反应器，由锅体、搅拌器、传动装置、夹套、蛇管、进出口接管和仪表等组成；多采用间歇操作，物料从上部加入到锅内，在充分搅拌下使有机相分散到酸相中而完成硝化反应。夹套和蛇管用于加热或冷却物料。
二、硝化的危险性分析
1.硝化反应原料的危险性分析
硝化反应的原料和反应产物都极具危险性，被硝化物大多是易燃、可燃物质；硝化剂浓硝酸、硫酸、混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性，它们与油脂、有机化合物尤其是不饱和有机化合物接触，能引起燃烧或爆炸。有案例表明在1，5-二苯氧基蒽醌的硝化装置开车时，因设备和管道预先用有机溶剂洗净，当混酸加入计量槽时，与残留的有机溶剂剧烈反应发生了爆炸。硝酸蒸气对呼吸道有强烈的刺激作用，硝酸分解出的二氧化氮除对呼吸道有刺激作用外，能使人血压下降、血管扩张。
2.硝化产物的危险性分析
硝化反应产物硝基化合物一般都有爆炸危险性、毒性、致癌性，比如2，4，6-三硝基甲苯俗名梯恩梯，就是猛性炸药，亦是多种混合炸药的组分，2-硝基-2-丁烯滴入眼内一滴可损坏角膜，亚硝胺为强烈的致癌剂。脂肪族硝基化合物闪点较低，属易燃液体；芳香族硝基化合物中苯及其同系列的硝基化合物屬可燃液体或可燃固体；二硝基和多硝基化合物性质极不稳定，受热、摩擦或强烈撞击时可能发生分解爆炸，具有很大的破坏力。它们爆炸的难易程度为：O-硝基化合物最敏感，N-硝基化合物次之，C-硝基化合物再次之。在常温下，只要有2J/cm2的机械冲击能量作用于硝化甘油即可引起爆炸。干燥的硝化棉能自燃，受到火焰作用能立即着火，大量燃烧有可能发生爆轰。硝基化合物的蒸气和粉尘毒性都很大，不仅在吸入时能渗入人的机体，而且还能透过皮肤进入人体内。硝基化合物严重中毒时，会使人失去知觉。
3.硝化反应过程的危险性分析
硝化反应是放热反应，引入一个硝基可释放出约153kJ/mol的热量，温度越高，硝化反应速率越快，放出的热量越多，极易造成温度失控而爆炸。大多数硝化反应是在非均相中进行的，易引起局部过热导致危险出现。尤其在间歇硝化的反应开始阶段，停止搅拌或搅拌失效是非常危险的，因为这时两相很快分层，大量活泼的硝化剂在酸相中积累，引起局部过热；一旦搅拌再次开动，就会突然引发激烈的反应，瞬间可释放过多的热量，引起爆炸事故。许多硝化反应易产生副反应和过反应，如磺化、水解、氧化等副反应，直接影响到生产的安全。氧化反应出现时放出大量氧化氮气体的褐色蒸气，以及混合物的温度迅速升高而引起硝化混合物从设备中喷出，发生爆炸事故。芳香族的硝化反应常发生生成硝基酚的氧化副反应，硝基酚及其盐类性质不稳定，极易燃烧、爆炸。
三、安全生产对策思考
1.严格控制硝化反应温度
配制混酸时应严格控制温度在30～50℃之内，并能及时移去混合释放的热量。严格控制硝化温度。为此，要注意如下几个方面：控制好加料速度，采用双重阀门控制硝化剂的加料，禁止固体物料大块投入；硝化过程中出现红棕色氧化氮气体，是温度升高可能导致危险发生的征兆，要立即停止加料；硝化器有足够的冷却面积，能连续冷却，配有冷却水源备用系统；物料混合均匀，反应器搅拌应有自动启动的备用电源，有保护性气体搅拌或人工搅拌的辅助设施。
2.加强原料管理
硝化原料使用前要进行检验，彻底清除不饱和碳氢化合物和杂环族化合物等易引起副反应的杂质。禁止硝化剂与纱头等有机材料接触。硝化器搅拌轴的润滑剂和套管导热剂不可使用普通机械油或甘油，要用硫酸，以防止机油或甘油被硝化生成爆炸性物质。硝基化合物应在严格规定的温度和安全条件下单独存放。在设备和仓库中贮存的硝基化合物不应超过规定量。有机物质遇硝化剂会发生剧烈氧化反应，因此，硝化原料在使用前应进行检验，并仔细地配制反应混合物并彻底除去其中的易氧化组分。
3.采用连续硝化过程，代替间歇过程
连续硝化过程所需反应器容积小，从而降低设备中滞留的硝化产物量；能加快物料和热量的交换，提高过程控制和调节的可靠性，明显地降低火灾爆炸危险性。
总之，在化工生产中要尽力消除生产过程及后处理过程的不安全因素，严格控制原料，控制反应过程，严格管理反应容器，从各个方面努力做好硝化过程的安全技术工作。
参考文献
[1] 杨建洲，张昌辉.精细化工原材料及中间体手册.合成染料及颜料.北京：化学工业出版社，2005.
[2] 崔克清，陶刚.化工工艺及安全北学工业出版社，2004.
[3] 韩世奇，韩燕晖.危险化学品生产安全与应急救援[M].北京：化学工业出版社，2008.
关键词：硝化工艺 反应原理 安全生产技术
硝化过程是指在有机化合物中引入硝基，取代其氢原子而生成硝基化合物的反应过程，在有机化学工业生产中，特别是在染料、炸药、农药及某些药物生产中应用十分普遍。由于硝化过程中，所用硝化剂是强氧化剂，被硝化的产物大多数易燃，硝化反应是放热反应，如果操作不当，容易发生安全事故。因此，研究硝化过程的防火防爆等安全技术工作十分重要。
一、硝化工艺及其设备
硝化反应有三类：一类是硝基（-NO2）取代有机化合物分子中氢原子的化学反应，生成物为硝基化合物，也称C—硝基化合物，如硝基苯、硝基萘等；二类是硝酸根（-NO3）取代有机化合物分子中羟基的化学反应，生成物为硝酸酯，也称O—硝基化合物，如硝化甘油、硝化棉等；三类是硝基（-NO2）通过N相连生成化合物硝铵的化学反应，生成物也称N—硝基化合物，如乌洛托品（六次甲基四胺）经硝化生成的黑索金（环三次甲基三硝铵）。
硝化反应过程由混酸制备、硝化、后处理与精制等工序组成。主要设备有混酸锅和硝化反应器。混酸锅用于制备混酸，材质为不锈钢或搪瓷铸铁。根据硝化物料的需要，混酸中的硝酸、硫酸和水按一定比例投入混酸锅，进行搅拌、冷却。硝化反应器多采用搅拌式反应器，由锅体、搅拌器、传动装置、夹套、蛇管、进出口接管和仪表等组成；多采用间歇操作，物料从上部加入到锅内，在充分搅拌下使有机相分散到酸相中而完成硝化反应。夹套和蛇管用于加热或冷却物料。
二、硝化的危险性分析
1.硝化反应原料的危险性分析
硝化反应的原料和反应产物都极具危险性，被硝化物大多是易燃、可燃物质；硝化剂浓硝酸、硫酸、混酸具有强烈的氧化性和腐蚀性，它们与油脂、有机化合物尤其是不饱和有机化合物接触，能引起燃烧或爆炸。有案例表明在1，5-二苯氧基蒽醌的硝化装置开车时，因设备和管道预先用有机溶剂洗净，当混酸加入计量槽时，与残留的有机溶剂剧烈反应发生了爆炸。硝酸蒸气对呼吸道有强烈的刺激作用，硝酸分解出的二氧化氮除对呼吸道有刺激作用外，能使人血压下降、血管扩张。
2.硝化产物的危险性分析
硝化反应产物硝基化合物一般都有爆炸危险性、毒性、致癌性，比如2，4，6-三硝基甲苯俗名梯恩梯，就是猛性炸药，亦是多种混合炸药的组分，2-硝基-2-丁烯滴入眼内一滴可损坏角膜，亚硝胺为强烈的致癌剂。脂肪族硝基化合物闪点较低，属易燃液体；芳香族硝基化合物中苯及其同系列的硝基化合物屬可燃液体或可燃固体；二硝基和多硝基化合物性质极不稳定，受热、摩擦或强烈撞击时可能发生分解爆炸，具有很大的破坏力。它们爆炸的难易程度为：O-硝基化合物最敏感，N-硝基化合物次之，C-硝基化合物再次之。在常温下，只要有2J/cm2的机械冲击能量作用于硝化甘油即可引起爆炸。干燥的硝化棉能自燃，受到火焰作用能立即着火，大量燃烧有可能发生爆轰。硝基化合物的蒸气和粉尘毒性都很大，不仅在吸入时能渗入人的机体，而且还能透过皮肤进入人体内。硝基化合物严重中毒时，会使人失去知觉。
3.硝化反应过程的危险性分析
硝化反应是放热反应，引入一个硝基可释放出约153kJ/mol的热量，温度越高，硝化反应速率越快，放出的热量越多，极易造成温度失控而爆炸。大多数硝化反应是在非均相中进行的，易引起局部过热导致危险出现。尤其在间歇硝化的反应开始阶段，停止搅拌或搅拌失效是非常危险的，因为这时两相很快分层，大量活泼的硝化剂在酸相中积累，引起局部过热；一旦搅拌再次开动，就会突然引发激烈的反应，瞬间可释放过多的热量，引起爆炸事故。许多硝化反应易产生副反应和过反应，如磺化、水解、氧化等副反应，直接影响到生产的安全。氧化反应出现时放出大量氧化氮气体的褐色蒸气，以及混合物的温度迅速升高而引起硝化混合物从设备中喷出，发生爆炸事故。芳香族的硝化反应常发生生成硝基酚的氧化副反应，硝基酚及其盐类性质不稳定，极易燃烧、爆炸。
三、安全生产对策思考
1.严格控制硝化反应温度
配制混酸时应严格控制温度在30～50℃之内，并能及时移去混合释放的热量。严格控制硝化温度。为此，要注意如下几个方面：控制好加料速度，采用双重阀门控制硝化剂的加料，禁止固体物料大块投入；硝化过程中出现红棕色氧化氮气体，是温度升高可能导致危险发生的征兆，要立即停止加料；硝化器有足够的冷却面积，能连续冷却，配有冷却水源备用系统；物料混合均匀，反应器搅拌应有自动启动的备用电源，有保护性气体搅拌或人工搅拌的辅助设施。
2.加强原料管理
硝化原料使用前要进行检验，彻底清除不饱和碳氢化合物和杂环族化合物等易引起副反应的杂质。禁止硝化剂与纱头等有机材料接触。硝化器搅拌轴的润滑剂和套管导热剂不可使用普通机械油或甘油，要用硫酸，以防止机油或甘油被硝化生成爆炸性物质。硝基化合物应在严格规定的温度和安全条件下单独存放。在设备和仓库中贮存的硝基化合物不应超过规定量。有机物质遇硝化剂会发生剧烈氧化反应，因此，硝化原料在使用前应进行检验，并仔细地配制反应混合物并彻底除去其中的易氧化组分。
3.采用连续硝化过程，代替间歇过程
连续硝化过程所需反应器容积小，从而降低设备中滞留的硝化产物量；能加快物料和热量的交换，提高过程控制和调节的可靠性，明显地降低火灾爆炸危险性。
总之，在化工生产中要尽力消除生产过程及后处理过程的不安全因素，严格控制原料，控制反应过程，严格管理反应容器，从各个方面努力做好硝化过程的安全技术工作。
参考文献
[1] 杨建洲，张昌辉.精细化工原材料及中间体手册.合成染料及颜料.北京：化学工业出版社，2005.
[2] 崔克清，陶刚.化工工艺及安全北学工业出版社，2004.
[3] 韩世奇，韩燕晖.危险化学品生产安全与应急救援[M].北京：化学工业出版社，2008.