黃化安全性保障

李殿洪

宜賓絲麗雅股份有限公司 四川宜賓 644000

1 概述

黃化反應(yīng)工藝過程復(fù)雜，操作頻繁，需要在特定的反應(yīng)釜內(nèi)進行，該反應(yīng)釜稱黃化機。在發(fā)生黃化反應(yīng)時，黃化機內(nèi)充滿了氣態(tài)的CS2，并且，黃化過程會產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱和機械熱，而二硫化碳不僅易揮發(fā)，且燃爆點低無論是氣態(tài)還是液態(tài)都極易燃爆。因此，在黃化過程中保障黃化機的安全，保證生產(chǎn)的正常進行就尤為重要。本文結(jié)合了公司的實際生產(chǎn)情況，對粘膠原液生產(chǎn)過程中保障黃化機的安全性進行討論與研究[1]。

2 干法黃化

根據(jù)我廠的實際生產(chǎn)情況，自九十年代開車以來一直致力于干法黃化的研究。而干法黃化根據(jù)黃化的溫度變化又分為升溫黃化、恒溫黃化、倒溫黃化，經(jīng)過長期實驗與反復(fù)研究[2]，再結(jié)合我廠實際情況，我廠選用的是恒溫黃化。下面簡單介紹實際生產(chǎn)中我廠使用的黃化方法：

從老成鼓出來的堿纖維素通過輸送機送入堿纖稱量斗，在堿纖稱量斗稱取一定量的堿纖維素加入黃化機。根據(jù)我廠的實際生產(chǎn)能力，我廠的每批堿纖進料量在9000kg-11000kg每批，甲纖進料量為2700kg-3300kg。進料完成后，開始對黃化機抽真空，抽出黃化機內(nèi)的空氣，保證黃化過程中不存在氧氣，以確保不會發(fā)生空氣與CS2混合而發(fā)生爆炸。抽真空過后，向黃化機內(nèi)充入一定量的惰性氣體，一方面，惰性氣體不會其它氣體發(fā)生反應(yīng)，保證黃化的安全性；另一方面，充入的惰性氣體增加的黃化機內(nèi)的氣體壓力，有助于充入CS2后，CS2在堿纖維素中的擴散。充入惰性氣體后，加入黃化反應(yīng)需要的CS2。通過黃化的溫度曲線、壓力曲線，以及黃化機內(nèi)的粘膠溶液顏色等綜合起來確定黃化終點。黃化完全以后加堿、加水、充二次氮氣、出料。上述出料完成后，打開黃化機的排空閥，排出黃化機內(nèi)的氣體，在此過程中，為保證未反應(yīng)完的CS2以安全濃度排放到空氣中，會充入一定量的N2，該過程為充二次氮氣[3]。

3 黃化過程中保護氣體充入量與充入時間

3.1 黃化過程中保護氣體加入量

黃化完成加堿之后，充入二次氮氣以稀釋黃化機內(nèi)的CS2，保證之后打開排毒風(fēng)機時進入排氣塔的氣體中CS2濃度盡量低。加入溶解堿過后，黃化機內(nèi)的真空度在-300mbar左右，此時開始開N2閥，向黃化機內(nèi)充入保護氣體，知道真空度達到-30mbar左右時開排毒風(fēng)機。

下面對整個黃化過程中的真空度與氣體濃度進行計算：

黃化機進料量為10500KG，隨后抽黃化機內(nèi)的真空，黃化真空抽到-890mbar左右，隨后第一次加氮氣，直到空度為-760mbar左右，開始加入二硫化碳。根據(jù)二硫化碳加入量計算公式：

其中：黃化堿纖投料量為：10500KG

堿纖中甲纖含量為：31%

CS2加入比例為：32%

則黃化每批二硫化碳加入量為：

黃化完成后，加入溶解堿和水，最后得到的快速膠體積在33M3，除去加入的水的體積11方，所以，加入堿過后的液體體積為22方，而整個黃化機體積為45M3，因此，整個黃化機內(nèi)的氣體體積為23M3。快速膠的密度按1.18×103KG/M3，則計算出整批快速膠的質(zhì)量為38940KG，按39噸計算。根據(jù)快速膠中含硫為2%，則每批快速膠中硫的含量為：

則發(fā)生反應(yīng)的CS2含量為：

黃化過程中加入的二硫化碳為824L，質(zhì)量為1041.6KG。黃化完成后氣體中剩余的CS2質(zhì)量為：

剩余的CS2體積為：

按照黃化反應(yīng)的溫度為30℃計算，則二硫化碳在30℃時的體積為：

黃化反應(yīng)完成后，開始加第二次氮氣，此時黃化機內(nèi)的真空度為-160mbar，加入一定時間后知道黃化機內(nèi)的真空度為-30mbar時，打開黃化機的排毒風(fēng)機，排出黃化機內(nèi)的氣體。此時黃化機內(nèi)的氣體總量為：

注：1、壓強為98KPa

2、黃化機內(nèi)氣體體積為23M3

3、溫度為30℃

4、R=8.314

打開排毒風(fēng)機時，黃化機內(nèi)CS2的體積分數(shù)為：

二硫化碳在空氣中的爆炸下限（體積分數(shù)）為1%，而黃化機內(nèi)的二硫化碳體積分數(shù)為0.4416%遠遠小于二硫化碳的爆炸極限。

3.2 保護氣體加入時間

為保證黃化反應(yīng)充分進行，反應(yīng)釜中的攪拌器會不停攪拌。為保證攪拌過程中產(chǎn)生靜電發(fā)生安全事故，因此在黃化反應(yīng)前要對黃化機抽真空；排出黃化機內(nèi)的空氣，并且充入惰性氣體。在黃化反應(yīng)完成后，黃化機內(nèi)未反應(yīng)完得二硫化碳殘存在氣體中，為保證出料時打開排氣閥排放到空氣中的二硫化碳氣體在爆炸范圍之外，因此也需充入保護氣體。所以，在黃化反應(yīng)過程中有兩次加入保護氣體：第一次為黃化反應(yīng)加入二硫化碳之前；第二次為黃化反應(yīng)完成后出料之前。

4 黃化機爆炸條件分析

一般來講黃化機發(fā)生爆炸需要兩個必要條件：一是CS2氣體濃度在爆炸極限范圍；二是同時存在引爆能源。下面就這兩個方面進行分析。

4.1 存在處于爆炸極限范圍的CS2與空氣混合體

黃化結(jié)束后，未反應(yīng)的CS2液體蒸發(fā)為氣態(tài)與外界進入黃化機的空氣混合。因黃化剛結(jié)束，局部排風(fēng)尚不充分，使機內(nèi)及風(fēng)道內(nèi)存在處于爆炸極限范圍的CS2與空氣混合氣體。

4.2 引爆能源分析

引發(fā)CS2空氣混合氣體爆炸的能源主要有明火、高溫、靜電、撞擊、輻射等，CS2的最小引燃能量為0.009mj。

5 結(jié)語

綜上所述，黃化過程屬于粘膠纖維生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟之一，黃化質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到粘膠纖維的質(zhì)量，黃化過程中時刻關(guān)注黃化機內(nèi)真空度曲線、電流曲線、溫度曲線的變化以及黃化機內(nèi)粘膠纖維顏色的變化，以便更好的判斷黃化反應(yīng)的反應(yīng)程度。黃化反應(yīng)完成后，加入保護氣體，有助于隔絕二硫化碳與空氣，降低空氣中二硫化碳濃度，保障黃化的安全完成。因此，穩(wěn)定黃化工藝，尋找出更適合、安全、高效的黃化生產(chǎn)是保障黃化生產(chǎn)，提高粘膠纖維質(zhì)量的重點。