過氧化物在工業(yè)生產和人們生活中起著顯著的作用,在高分子化學、精細化工、紡織印染、食品加工、家具制造等領域作為固化劑、催化劑、漂白劑、除臭劑、防腐消毒劑等得到了廣泛的應用。然而,過氧化物是非常不穩(wěn)定的物質,火災爆炸危險性較大,近年來由它引起的重大火災爆炸事故不斷發(fā)生,研究過氧化物生產、運輸、儲存、使用過程中的安全性十分重要。
1過氧化物的危險特性
1.1分解爆炸性
過氧化物都含有過氧基(-O-O-),由于過氧鍵結合力弱,斷裂時所需的能量不大,過氧基是極不穩(wěn)定的結構,對熱、振動、沖擊或摩擦都極為敏感,當受到輕微外力作用時即分解。如果反應放熱速度超過了周圍環(huán)境的散熱速度,在分解反應熱的作用下溫度升高,反應加速并發(fā)展到爆炸。有機過氧化物穩(wěn)定性的變化次序為:酮的過氧化物<二乙酰過氧化物<過醚<二烴基過氧化物。各類過氧化物的低級同系物比高級同系物對機械作用更敏感,爆炸危險性更大。
1.2易燃性
多數過氧化物很容易燃燒,而且燃燒迅速而猛烈。有機過氧化物O-O鍵的活化能低于一般爆炸物質,約在80~160kJ/mol范圍內,這就決定了有機過氧化物自燃溫度較低。當過氧化物封閉受熱時,極易由迅速的爆燃而轉為爆轟。
1.3人身傷害性
有機過氧化物的人身傷害性主要表現為容易傷害眼睛,如過氧化環(huán)已酮、叔丁基過氧化氫、過氧化二乙酰等,都對眼睛有傷害作用,有些即使與眼睛短暫地接觸,也會對角膜造成嚴重的傷害
2過氧化物的危險特性參數
2.1 加速分解溫度
過氧化物的分解速度隨溫度升高而加快,當溫度高于一定值時,分解反應會自動進行,過氧化物的熱不穩(wěn)定性參數可自由加速分解溫度(SADT)來衡量。自加速分解溫度是指過氧化物在包裝、使用、運輸中引起其自加速分解的最低溫度。如果溫度超過了自加速分解溫度,過氧化物就會自行加速分解,反應所釋放出的熱量又會加速其分解。
自加速分解溫度與分解速度、活化能和生成熱有關,隨著溫度的升高,活化能高的過氧化物的分解速度提高很快,因此,分解速度快、活化能高、生成熱大的過氧化物熱穩(wěn)定性較差。一般不穩(wěn)定的過氧化物自加速分解溫度小于等于20℃,穩(wěn)定的過氧化物自加速分解溫度為50~60℃。
2.2氧平衡值
過氧化物分解爆炸的能量取決于爆炸時形成的,并由氧平衡值所決定的氣態(tài)產品的熱能和數量,所謂氧平衡值是指100g物質爆炸并生成完全反應物時所需要或剩余氧的克數。過氧化物的氧平衡值為負數,所以它的爆炸能量比一般的爆炸物低得多,但是,對氧化物爆炸時的傳播擴散速度相當快,而某此過氧化物對沖擊的敏感性極強,與引爆炸質相接近。根據氧平衡值,過氧化物可分為能爆炸性分解和不能爆炸性分解兩類。氧平衡值在-200以內的過氧化物能夠發(fā)生分解爆炸。
3處理過氧化物過程中的危險性
3.1過氧化物生產的危險性
過氧化物的生產中,反應溫度和濃度的控制很重要。反應溫度高,氧化反應速度快,但產物的分解速度也快。由于分解反應釋放的熱量比氧化反應釋放的熱量大得多,使反應難以控制,甚至發(fā)生爆炸性分解反應而引起爆炸。反應中產生的過氧化物濃度愈高,分解速度也愈快。
在氧化反應器中,被氧化物與氧化劑、產物的配比是反應過程中重要的火災爆炸危險因素,如果控制不當,進入爆炸極限,就易引起爆炸。如采用異丙醇法生產過氧化氫,在溫度近120℃,壓力超過1.0MPa條件下排出氣體中的氧含量約為11%~12.5%(體積百分數),反應物中過氧化氫含量達9%,丙酮含量20%,異丙酮含量57%,該參數很容易導致氧化器的爆炸。
3.2過氧化物儲運的危險性
過氧化物是固態(tài)或液態(tài)產品,極少是氣態(tài)產品。能爆炸性分解的固體過氧化物對沖擊和摩擦很敏感,儲運過程中若有不慎,就可能引發(fā)事故。
過氧化物在儲運過程中若冷卻不充分,使溫度升高,超過自燃點,就會導致其發(fā)生分解和爆炸。
過氧化物用表面粗糙的容器盛裝會加速其分解。如38%過氧化氫在拋光的白金皿中加熱至60℃仍不分解,而在內表面有多處擦傷的白金皿中室溫條件下就會分解。
過氧化物溶液泄漏,尤其當溶劑是揮發(fā)性化合物時,具有很大的危險性。在泄漏處揮發(fā)生性溶劑蒸發(fā),而過氧化物則以形式沉淀下來,使與之接觸的有機物質迅速氧化引起火災。
3.3過氧化物混合的危險性
過氧化物與有機物質作用在一定條件下會形成爆炸性混合物。在變價金屬鹽、胺類作用下,濃過氧化物與強酸混合時會迅速分解,引起爆炸。過氧化氫和甲醛作用曾引起過爆炸事故。蒸餾釜殘留物中積聚了丙酮過氧化衍生物,在酸存在下即發(fā)生爆炸。含聚酯樹脂的丙酮過氧化衍生物與環(huán)烷酸鈷的溶液混合時發(fā)生過多次爆炸和著火事故。固體無機過氧化物與有機物接觸時也會引起氧化并著火,如過氧化鋇與麻袋接觸而發(fā)生過自燃事故。
3.4 副產過氧化物的危險性
許多化學過程,尤其是氧化、縮聚和聚合過程,甚至只存在少量氧化物時,也會形成過氧化物;有機物質,如溶劑,單體與氧或含氧化合物長期接觸,能夠自發(fā)氧化產生的過氧化物,積聚在各種設備(如吸附器)中。在醚中形成的過氧化物會引起爆炸。生產乙炔系伯醇時,在乙炔系叔醇異構化的設備中,反應物存有濃度為20%硫酸的甲醇溶液中于60℃下發(fā)生過爆炸。
某此化學過程,尤其是用氧液相氧化有機產品的過程,都需要經過過氧化物階段,形成的過氧化物可能成為引起事故的原因。如乙醛氧化生產醋酸的反應,中間產物有過醋酸生成,過醋酸是一極不穩(wěn)定的有爆炸性的化合物。氧化反應器的上部氣相空間因無催化劑存在,容易造成過氧化物的積累,結果發(fā)生突然分解而導致爆炸。