PTA氧化反应器

PTA氧化反应器（精选5篇）

PTA氧化反应器 篇1

摘要：分析氧化反应器泄漏失效的原因, 发现由于制造时焊缝内部存在的未焊透、夹渣等缺陷, 加上长期含固体颗粒的物料冲刷, 造成角焊缝严重减薄, 在开车升温升压时, 承受载荷时撕裂;提出有效预防措施, 避免类似事故的发生。

关键词：氧化反应器,钛衬里,冲刷腐蚀,泄漏,未焊透,裂纹

概况

中石化某化工厂PTA一装置所属氧化反应器1HR-301A、1HR-301B、1HR-301C三台并联运行。2011年6月, 使用单位临时停车进行氧化反应器搅拌轴轴封、电机检修, 检修合格后开车, 在升温升压的过程中, A、C两台反应器下封头检漏孔发生泄漏, 其中C台较为严重, A台轻微泄漏, B台无泄漏迹象。使用单位紧急停车, 并通知检验单位提前进行全面检验。以下对本次泄漏事故进行案例分析。

一、设备技术资料 (1HR-301A、B、C)

氧化反应器是PTA装置的关键设备, 其内部反应主要包括四个步骤, 即对二甲苯 (PX) →对甲基苯甲醛 (TALD) →对甲基苯甲酸 (p-TA, 又称PT酸) →对羧基苯甲醛 (4-CBA) →对苯二甲酸 (TA) 。4个氧化反应是串联反应, 一般以醋酸为溶剂, 以醋酸钴、醋酸锰和氢溴酸 (或者四溴乙烷) 为催化剂。其技术资料如下:

设计单位:LURGI GMBH设计规范:AD规范

制造单位:NOOTER制造规范:AD规范

容器内径:Φ3820mm容积:95m3

封头型式:碟形支座型式:耳式

主体材质:筒体、封头均为WSTE36主体厚度:筒体—40mm封头—53mm

内衬:Ti I内衬厚度:2..11mm

设计压力:3.1MPa实际操作压力:2.65MPa

设计温度:254℃实际操作温度:224℃

工作介质:水、TAA、HAC、空气、催化剂

投用日期:1989年9月

其衬里环、纵焊缝采用搭接焊, 焊接节点示意图见图1、图2。

上次全面检验情况:

2007年7月由本中心进行, 主要问题:3台氧化反应器下封头衬里存在多处机械碰伤凹坑。其中1HR-301B由于搅拌轴的长短轴连接螺栓剪切断裂, 长轴坠落, 叶片在筒体、下封头衬里上造成多处深碰伤和划伤, 深度0.5~2mm;缺陷打磨补焊后复检合格。安全状况等级定2级, 下次检验日期为2011年7月。

二、检验内容及检验结果

检验内容:1.宏观检查;2.厚度测定;3.内表面衬里盖板焊焊缝100%渗透检测;4.下封头外表面直探头超声波检测 (检查碳钢基层腐蚀情况) ;5.衬里及焊缝金相检验:完好部位与裂纹部位对比;6、外表面壁厚测定;7、外表面碳钢层环、纵焊缝磁粉检测;8、外表面碳钢层环、纵焊缝超声波检测。

检验结果:

外表面壁厚测定、环纵焊缝磁粉检测、环纵焊缝超声波检测均未见异常, 内表面检验结果如下:

(1) .下封头中心Ф1000mm范围内, 沿搅拌轴搅拌方向, 盖板焊迎料侧焊缝及部分盖板母材冲刷减薄严重, 实测最小值仅1.4mm (正常部位3.0mm左右) , 见图3;

(2) .对下封头及部分下部筒体盖板焊焊缝进行渗透检测发现:三条焊缝 (迎料侧) 存在裂纹, 最长300mm (断续) , 见图4。部分焊缝有泄漏迹象 (物料由衬里夹层停车后反渗) , 见图5。

(3) .金相检验

金相检验结果表明, 正常部位微观金相组织为α-钛, 组织分布均匀, 未见明显异常, 见图6;裂纹部位从微观形貌来看, 裂纹主要是沿晶界方向扩展的, 且裂纹尖端无分叉, 可见该裂纹的形成应该与介质中氢原子的活动关系基本无关, 见图7。

(4) 由于停车处理及时, 时间较短 (泄漏后2小时即停车) , 超声波检测未发现下封头碳钢基层有明显的腐蚀空洞。

三、裂纹产生原因分析

(1) 该容器自1989年9月投用以来, 运行时间已长达近22年, 且2002年工艺改造后设备负荷由70%提到90%, 2006年又提到110%, 属超负荷运行。搅拌轴下部叶片的搅拌作用使物料 (含固体颗粒) 对下封头中心附近的盖板焊焊缝及母材形成侧向冲刷, 迎料侧焊缝及部分盖板母材减薄严重, 其所能承受强度 (载荷) 大大降低, 在开车升温升压的过程中受到拉应力后极易造成撕裂。

(2) 从下封头盖板拆除后及裂纹打磨补焊的情况看, 实际的盖板焊角焊缝根部存在未焊透、夹渣等现象, 其中根部未焊透高度超过1mm, 而整个角焊缝高度为3mm左右, 即角焊缝高度的1/3基本未焊透, 且伴随夹渣等缺陷, 造成角焊缝根部应力严重集中, 其所能承受的强度大大降低。见图8。

由上图可以看出, 实际承受载荷的盖板焊焊缝厚度最薄处已不足0.5mm。

(3) .现行开车工艺的升温升压时间已由工艺改造前时间的8小时缩短为4小时左右, 缩短近一半。短时间内的升温升压加剧了本来就已经很薄弱的盖板焊焊缝的开裂。焊缝开裂基本上都发生在设备开车阶段。

(4) .搅拌轴下部叶片与水平面的倾角不同, 对下部衬里的冲刷也不同, 倾角越大, 冲刷越强。倾角C台最大, A台次之, B台最小;A、C两台为后来国内厂家测绘后制作, 测绘存在误差, 导致下部叶片倾角与原设计相比偏大;B台为原出厂制作, 只进行了维修, 未进行更新。A、C两台由于倾角偏大, 对下部冲刷较B台严重得多, 与实际泄漏现象相对应。B台冲刷较轻, 但随着时间推移, 也存在衬里角焊缝开裂的可能性。

(5) 检验检测人员经验不足, 对冲刷减薄程度未定量, 只凭以往检验对焊缝进行渗透检测, 此时, 焊缝是完好的, 问题是开车加载时随时可能开裂。

四、缺陷修复

由修理单位更换一条严重减薄的盖板, 对其余三条盖板焊焊缝采用钛焊进行了堆焊加强 (裂纹打磨消除后) 。

五、对使用单位的建议

(1) 容器及搅拌轴维护检修时需采取措施, 防止造成衬里碰伤、划伤;

(2) 加强现场巡检;

(3) .具备开罐条件应对下部衬里及焊缝重点进行检验检测;

(4) .改进开停车工艺, 使之与设备现状相适应。

(5) 条件具备时对下封头减薄严重的衬里盖板进行更换。

力容器、压力管道定期检验, 无损检测工作。

参考文献

[1]周向进.PTA氧化反应器设计思路.石油化工设计, 2010年, 第03期.

[2]李大仰.PTA装置氧化反应器腐蚀穿孔修复.压力容器, 2002年, 第11期.

[3]王绪海, 《PTA氧化反应器搅拌器故障分析》[J], 河南化工第28卷第11期, P57~60.

PTA氧化反应器 篇2

教学过程：

【情景导入】

1、将刚削好的苹果与久置的苹果比较，颜色有何变化？

（苹果由粉绿色变成黄褐色，因为苹果中的Fe2+被空气氧化成Fe3+）

2、泡好的绿茶静置后有何变化？

（绿茶久置后颜色变深，因为茶中酚类物质被氧化而发生褐变。）

3、铁丝在氧气中燃烧、煤气燃烧、电池放电、有氧运动、金属的冶炼、栏杆的锈蚀等等都是常见的氧化还原反应，氧化还原反应占生活生产的所有反应的60%，那究竟什么样的反应是氧化还原反应呢？

（一）认识氧化还原反应

【探究一】回忆初中知识，请举几个氧化反应和还原反应的实例,指出这类化学反应的分类标准是什么?(活动一)学生的第一认知 ： 角度1：从得氧失氧角度分析

在氢气还原氧化铜中，对于氢气而言，得氧，被氧化，发生氧化反应；对于氧化铜而言，失氧，被还原，发生还原反应；而这两者又集中在同一个方程式中，你能从中得出什么结论？ 学生：氧有得必有失，氧化反应和还原反应一定是同时发生的。

教师：因此，从表观上我们可以给氧化还原反应下个定义：有氧得失的反应就是氧化还原反应。

（二）氧化还原反应的特征认识——化合价升降

[探究二] ：以下反应中的反应物除了有得失氧之外，还有什么样的变化呢？(活动二)学生：在课本35页《思考与交流》三个方程式分别标出各个元素的化合价。投影：

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教师：强调标化合价与写离子符号电荷的不同。分析每一个化学方程式化合价发生变化的元素。如第一个方程式，氢元素化合价由0价变化到+1价，化合价升高，铜元素由+2价变化到0价，化合价降低。这三个氧化还原反应，从化合价变化的角度看，有什么共同特点？

学生的第二认知:角度2： 从元素化合价的变化分析

教师：因此，我们可以从特征上给氧化还原反应下个定义2：有化合价升降的反应是氧化还原反应。投影：

教师：从得失氧到化合价升降是对氧化还原反应一个概念的推广，初中我们认识氧化还原反应只是从表关上去认识，现在作为一名高中生，应该学会从表象到特征到本质层层深化认知的深度。化合价升降与氧化还原反应有什么关系？

教师：前面我们已经从得失氧的角度分析过这个反应，H2得到氧，被氧化，发生氧化反应而实际上反应的特征是化合价升高；CuO失去氧，被还原，发生还原反应，实际上反应的特征是化合价降低。所以我们可以发现，化合价升降与氧化还原反应存在这样一个关系：

化合价升高，发生氧化反应

化合价降低，发生还原反应 练习：判断下列反应是否氧化还原反应？ 氧化还原反应是否一定要有氧的参与？ 学生：不是，只要有化合价的升降。

教师：方程式1和2都没有氧的得失，但有化合价的升降，是氧化还原反应，而方程式3没有化合价的升降，不是氧化还原反应，因此，判断一个反应是否为氧化还原反应的依据是：化合价的升降。

（三）氧化还原反应的本质认识——电子的转移

[探究三]化合价的升降是什么原因引起的？(活动三)

（氯化钠形成微观动画）

（氯化氢形成微观动画）

学生的第三条认知线: 氧化还原反应的本质认识——电子的转移(得失和偏移)

（四）氧化还原反应与四种基本反应类型的关系

【探究四】：请同学通过以下题的思考，分析得出氧化还原反应与四种基本反应类型的关系？(活动四)

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投影：

最后小结本节课的知识

氧化还原反应之要点 篇3

[ 克难攻新，理清关系]

以前的高考常考的是较为熟知的HNO3、KMnO4等参加的氧化还原反应，现在考的是熟悉中较难一些的反应，甚至是一些全新的氧化还原反应。这就要求我们更加熟练地理解氧化还原反应的相关概念，做到面对新情景、新反应，能克难攻新，应对自如。

例1 在氧化还原反应中，水作为氧化剂的是（ ）

A.C+H2O[高温]CO+H2

B.3NO2+H2O=2HNO3+NO

C.2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

D.2F2+2H2O=4HF+O2

解析 该题实际上归纳了有水参加的氧化还原反应的3个类型。 A项中是水作为氧化剂，B、C项中水既不作氧化剂，又不作还原剂，D项中水作为还原剂。我们平时都做过这些分析，但是，较多的同学难以理解Na2O2与H2O、CO2的反应关系。类似地，KClO3和浓HCl的氧化反应关系也是需要强化弄懂的。因此，平时的复习就是要突破难点。

答案 A

例2 已知氧化还原反应：2Cu（IO3）2+24KI+12 H2SO4=2CuI↓+13I2+12K2SO4+12H2O，其中1 mol氧化剂在反应中得到的电子为（ ）

A.10 mol B.11 mol

C.12 mol D.13 mol

解析 本题的化学反应是我们没有接触过的反应，新颖而且不算简单。给定一个氧化还原反应，我们应从元素化合价的变化入手试探着分析：Cu（IO3）2中Cu元素价态从+2价降低到+1价，反应中降低的总价数为2价，I元素价态从+5价降低到0价，反应中降低的总价数为20价;KI中I元素价态从-1价升高到0价，反应中升高的总价数为22价。这种按化合价就近变化的关系最后体现出的化合价升降总数是相等的，说明反应关系就应如此，如果简单地这样理解还行不通的话，那么，该反应的关系就不是这样单纯了。由上述分析可知，Cu（IO3）2是氧化剂，KI是还原剂。1 mol Cu（IO3）2参加反应，得到的电子总数为11 mol。

答案 B

例3 三聚氰酸[C3N3（OH）3]可用于消除汽车尾气中的NO2。其反应原理为：C3N3（OH）3[△]3HNCO;8HNCO+6NO2[△]7N2+8CO2+4H2O。下列说法正确的是（ ）

A.C3N3（OH）3与HNCO为同一物质

B.HNCO是一种很强的氧化剂

C.1 mol NO2在反应中转移的电子为4 mol

D.反应中NO2是还原剂

解析 反应C3N3（OH）3[△]3HNCO可以理解为分解反应，C3N3（OH）3、HNCO为不同组成的分子，不是同一物质。反应8HNCO+6NO2[△]7N2+8CO2+4H2O明显是氧化还原反应。NO2中元素的化合价从+4价降低到0价，1 mol NO2参加反应得到电子4 mol，因此，NO2就是氧化剂。那么，HNCO是否就是还原剂呢？按常规理解，氰酸HOCN的结构为HO—CN。异氰酸HNCO的结构为H—N=C=O中C为+4价，N为-3价。这样看来，HNCO中C元素的化合价没有发生变化，只有N元素的化合价在升高，HNCO就是还原剂。反应8HNCO+6NO2[△]7N2+8CO2+4H2O为归中反应。

答案 C

[ 把握氧化还原反应的内涵和外延]

氧化还原反应有特有的概念、规律。这些概念、规律是学好氧化还原反应的基础知识，它可能有点枯燥，但是，氧化还原反应无处不在，融合在我们课堂内外的各个环节、领域。因此氧化还原反应会变得生动活泼和丰富多彩起来。下面归纳10个氧化还原反应，阐释它们富有的内涵和外延，启示了我们对化学的深刻认识。

12FeCl2+3O2+6H2O=8FeCl3+4Fe（OH）3↓

分析 化学具有指导性。氯化亚铁溶液久置容易被空气氧化变质，因此，实验室保存FeCl2溶液应该采取相应的防止氧化措施：向FeCl2溶液中加入少量的铁粉和少量的稀盐酸。

4KI+O2+2H2O=4KOH+2I2

分析 化学与生产、生活联系紧密。KI可被氧气氧化生成单质碘，因此，添加KI的食盐食用时往往有苦涩味。现在食盐加碘较普通地更新为加入KIO3的方法。

5CH2=CH2+12KMnO4+18H2SO4=10CO2↑+6K2SO4+12MnSO4+28H2O

分析 化学变化中可能隐藏着某些不够清晰的内容。我们知道乙烯可以被酸性的KMnO4溶液氧化为CO2，所以，在除去甲烷中的乙烯气体时，不宜让混合气体通过酸性KMnO4溶液，以免引入了新的杂质气体，而应通入足量的溴水中。

2CrO3（红色）+3CH3CH2OH+3H2SO4=Cr2（SO4）3（绿色）+3CH3CHO+6H2O

分析 化学应该为社会服务。司机酒后驾车可通过专用仪器检测。使驾车人呼出的气体接触载有经过硫酸酸化处理的强氧化剂CrO3的硅胶，通过观察颜色的变化来判断是否酒后驾车。

2Na2S2O3+I2=2Na2S4O6+2NaI

分析 化学知识的原理和方法可以迁移、挖掘。中学有酸碱中和滴定实验测定未知溶液浓度的实验方法，类似地，可以拓展滴定操作，依据氧化还原反应关系也可以测定未知溶液的浓度。

nlc202309051545

CH3CHO+Br2+H2O=CH3COOH+2HBr

分析 化学需要尊重客观事实。乙醛能够使溴水溶液的橙色褪去，但是，该反应不能按思维定势想象为溴单质与乙醛的加成反应，实际上是溴水氧化乙醛为羧酸的氧化反应。这一点可以通过实验测定反应前后溶液的酸性强弱变化来验证。

2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

分析 化学设计需要优化。我们通常用碱溶液去沉淀金属阳离子使其转化为难溶于水的金属氢氧化物沉淀除去。但是，Fe（OH）2是白色絮状沉淀，采用过滤操作容易夹杂溶液中的离子一起滤去。因此，实验中除去溶液中的Fe2+通常先用绿色氧化剂双氧水氧化Fe2+为Fe3+，再用碱溶液反应生成Fe（OH）3除去。

I2+5Cl2+6H2O=2HIO3+10HCl

分析 化学需要发现。当我们向KI淀粉溶液通入Cl2时，可以看到溶液呈蓝色，但是，如果通入过量的Cl2，会发现溶液的蓝色会褪去。

6FeBr2+3Cl2（少量）=2FeCl3+4FeBr3

分析 化学是有规律可遵循的。当Cl2的物质的量不足时，Cl2选择性地先与还原性较强的Fe2+反应。值得注意的是当少量的Cl2通入FeI2溶液时，Cl2选择性地先与还原性比Fe2+强的I-反应，FeI2+Cl2（少量）=Cl2+FeI2。

3CuO+2NH3[△]3Cu+N2+3H2O

分析 化学具有开放性。我们最开始知道的是H2、C、CO还原氧化铜，现在展示的是NH3还原氧化铜生成了铜。其实，能够还原氧化铜的还原剂还有CH3CH2OH、Al、CH4等。

[ 理解氧化还原反应的特点]

我们学习了氧化还原反应的概念和规律，掌握了大量的氧化还原反应的应用实例。现在综合分析众多形式和内容不同的氧化还原反应的特点，进一步深入地认识和理解氧化还原反应。

1. 某些氧化还原反应的发生是有条件的

（1）温度。燃烧是剧烈的氧化还原反应，往往需要点燃或加热才能发生。MnO2和浓盐酸需要加热才能反应生成氯气。

（2）催化剂。金属锌粉和碘粉混合，滴入几滴水才能发生剧烈的反应。

（3）浓度。浓盐酸中氯离子具有较强的还原性，稀盐酸是不能代替浓盐酸与MnO2、KMnO4反应生成Cl2的。因此，在实验室用加热MnO2和浓盐酸制取氯气时，浓盐酸是不可能完全反应的。同理，浓硫酸是强氧化性酸，可发生氧化还原反应，表现出强氧化性。加热铜和浓硫酸制取SO2时，硫酸也是不能完全反应的。

（4）酸化。从价态分析，SO32-具有氧化性、S2-具有还原性，但是，Na2SO3和Na2S溶液是可大量共存的。如果再向混合溶液中加入稀硫酸酸化，则可以发生氧化还原反应。Na2SO3+2Na2S+3H2SO4=3Na2SO4+3S↓+3H2O。

（5）外加电源。电解是电解质的离子在阴阳两极分别进行的氧化还原反应，该类反应是在外加电源存在的条件下进行的非自发的氧化还原反应。

2. 氧化还原反应的进行是动态的

随着氧化还原反应的进行，氧化还原反应可发生动态变化。例如，加热金属锌和浓H2SO4的混合物，前一阶段发生的反应是Zn+2H2SO4（浓）[△]ZnSO4+SO2↑+2H2O，后一阶段发生的反应是Zn+H2SO4（稀）=ZnSO4+H2↑。类似地，铜和浓HNO3的反应依次为：Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O。

3. 氧化还原反应是不可完全类比的

氧化还原反应的进行是由物质本身的性质决定的，在反应的形式和内容上不能完全类比。例如，卤素单质与水的反应，Cl2、Br2、I2可用通式表示：X2+H2O=HXO+HX;但是，氟气和水反应是置换反应：2F2+2H2O=4HF+O2。少量的氯气通入FeBr2溶液中：6FeBr2+3Cl2=2FeCl3+4FeBr3。少量的氯气通入FeI2溶液中：FeI2+Cl2=FeCl2+I2。

4. 归中反应、歧化反应

它们是发生在同种元素原子之间的氧化还原反应，存在广泛，意义重大。

（1）归中反应，如：4NH3+6NO[催化剂△]5N2+6H2O。

（2）歧化反应，如：3S+6NaOH[△]2Na2S+Na2SO3+3H2O。

5. 氧化还原反应的原理、规律指引了氧化还原反应的新情境

我们知道Cl2的氧化性是大于I2的，第一次见到反应KClO3+I2=KIO3+Cl2时，有的同学感觉该反应是不成立的。其实，上述反应显示的是I2的还原性大于Cl2。

又如，实验表明乙二酸溶液能使酸性的KMnO4溶液褪色的。反应5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O是符合氧化还原反应元素化合价升降变化原理的。因此，我们有一种认识是：草酸是一种常用的还原剂。

[练习]

1.从矿物学资料中查得，一定条件下自然界存在如下反应：14CuSO4+5FeS2+12H2O=7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4，下列说法正确的是（ ）

A.Cu2S既是氧化产物又是还原产物

B.5 mol FeS2发生反应，有10 mol电子转移

C.产物中的SO42-有一部分是氧化产物

D.FeS2只作还原剂

2.赤铜矿的成分是Cu2O，辉铜矿的成分是Cu2S，将赤铜矿与辉铜矿混合加热有以下反应：2Cu2O+Cu2S [△]6Cu+SO2↑。对于该反应，下列说法正确的是（ ）

A.该反应的氧化剂只有Cu2O

B.Cu既是氧化产物又是还原产物

C.Cu2S在反应中既是氧化剂又是还原剂

D.还原产物与氧化产物的物质的量之比为1∶6

[参考答案]

1.C 2.C

PTA氧化反应器 篇4

扬子石化PTA三装置自2006 年开车投产以来,多次发生因氧化反应器搅拌系统故障而造成装置非计划停车,不但影响装置安稳、长、满、优运行,造成经济损失,而且成为装置工艺优化的运行瓶颈。本文从多方面分析造成PTA氧化反应器搅拌系统故障产生的原因,提出相关改进防范措施,以期对类似问题有一定指导作用。

1 氧化反应器搅拌系统概况

1.1 工艺条件

扬子石化PTA氧化反应器内介质主要有对二甲苯、空气、醋酸、醋酸钴、醋酸锰、氢溴酸,操作温度一般在183℃~188℃之间,对二甲苯发生氧化反应生成对苯二甲酸和水。反应过程中会产生大量的反应热,通过搅拌对氧化反应器内物料实现传质、传热,并维持浆料中的固体呈现悬浮状态。若搅拌系统突然故障,空气不能有效分散,氧化反应器会因尾氧高联锁,造成装置非计划停车。

1.2 结构

扬子石化PTA装置氧化反应系统主要包括驱动电机、齿轮箱、联轴节、中间轴承、机械密封、密封水夹套、大法兰、短轴、长轴、上层甩液盘、中层桨叶、底层桨叶等,搅拌轴采用的是长短轴连接,长轴为空心冷轧管,短轴为锻制实心轴,通过法兰螺栓连接,其中搅拌轴设置三层桨叶,桨叶与轴均采用铰制钛合金螺栓连接[1]。

1.3 故障情况

近几年来,搅拌系统故障频发,多次造成PTA装置非计划停车,严重影响装置的长周期稳定运行。故障主要有以下几种形式:搅拌轴的长短轴连接法兰螺栓及桨叶螺栓断裂、脱落;搅拌轴变径处和环焊缝易出现裂纹;机械密封泄漏及水夹套O形密封圈失效;齿轮箱内部润滑不良;中间轴承座内圈磨损严重;电机与齿轮箱输入轴联轴节的弹性块易老化,搅拌系统故障检修次数见表1。

2 故障分析

2.1 连接螺栓断裂脱落

PTA氧化反应器搅拌轴的桨叶连接螺栓材质是TC4 钛合金,通过多次检修观察发现,搅拌轴在运行一段时间后,螺栓会出现脱落导致桨叶脱落,此时搅拌轴受力不平衡,电机电流波动大,摆动量超过正常值范围,严重时会造成PTA装置的非计划停车。这主要是由钛合金的高温蠕变损伤及交变负荷疲劳损伤引起的,高温蠕变损伤对螺栓形成由表及里的穿晶型裂纹,而交变负荷疲劳损伤则对螺栓形成晶界空洞长大的连贯裂纹[2],主要是由于氧化反应器内部温度高和浆料流通不稳定导致的。

2.2 轴变径处及环焊缝处常出现裂纹

PTA氧化反应器搅拌轴长短轴连接法兰下部变径处出现过裂纹,主要是由于反应器内液态流场不稳定、浆料的浓度、粘稠性等造成的。另外,四股空气进料直接作用在底部搅拌器桨叶的背部,增加了其径向和轴向作用力,同时四股空气进料也经常会出现流量突变的现象,导致桨叶受力严重不均衡。以上这些因素都会造成搅拌轴长短轴连接法兰下部变径处和环焊缝易出现裂纹。

2.3 机械密封泄漏及水夹套故障

PTA装置机械密封采用甘油作为密封液,机封O形环一般都采用氟橡胶,但经过多次检修发现,与介质直接接触的氟橡胶密封圈腐蚀比较严重,这主要是由于氟橡胶耐热性和耐化学冲击效果不佳造成的。

2.4 齿轮箱轴承故障

齿轮箱在正常运行时,润滑油温度过高,润滑油在齿轮啮合过程中易发生碳化,降低润滑效果,造成齿面磨损,随着润滑油碳化物及磨粒的积聚,会进一步加速齿面磨损,同时也造成齿轮箱轴承润滑不良而损坏。

2.5 中间轴承座内圈磨损严重

中间轴承的作用是限制搅拌短轴的大幅度晃动,以免造成对机械密封的损坏,导致罐内物料泄漏。当搅拌机的晃动量长期偏高时,由于中间轴承座硬度比轴承外圈要低得多,渐渐地轴承外圈长期磨损轴承座,当轴承座内表面的磨损量达到极限,搅拌轴的晃动量也超出正常摆动范围,此时将大大缩短机械密封的运行寿命,造成中间轴承座内圈磨损严重。

2.6 联轴节弹性块老化

电机输入轴与齿轮箱输入轴采用联轴节传递扭矩,联轴节中装有丁腈橡胶弹性块,丁腈橡胶耐优点是油性极好、耐磨性较高、耐热性较好、粘接力强,缺点是耐低温性差、耐臭氧性能差。而空气中的氧在橡胶中易同橡胶分子发生游离基链锁反应,分子链发生断裂或过度交联,引起橡胶性能的改变,氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。与此同时,在搅拌机械应力反复作用下,会使橡胶分子链断裂生成游离荃,引发氧化链反应,加速了弹性块的老化过程。

3 防范措施

3.1 螺栓与桨叶之间加垫片并多次紧固

TC4 钛合金与高纯钛相比伸长率所下降,实际运行过程中,TC4 的伸长率对连接件是否紧固存在不小的影响。所以连接螺栓与桨叶时,在接触面上加上一片厚度约1mm垫片,因为桨叶比较厚,压缩变形较小,而很薄的垫片则在螺母的预紧力作用下,易变形并能够使螺母的紧固作用达到最佳效果。另外在紧固螺栓时,采用多次紧固,每次间隔时间约10 分钟,这样做可以尽可能最大限度的释放出它的延展性能(因为通过之前的检修发现,如果只紧固1 次,约10 分钟后再次检查螺母紧固效果,发现螺母存在松动现象),待螺栓紧固完成后,再将螺纹与螺母进行点焊,能够更进一步地防止螺杆与螺母之间出现松动现象。

采取以上防范措施后,在之后的检修过程中再也没有出现螺栓开裂或脱落的现象,对搅拌机的长周期稳定运行提供了很好的保障。

3.2 超声喷丸技术消除应力[3]

为了有效缓解搅拌轴的焊接残余应力,采取超声喷丸技术对焊缝表面进行处理,利用撞针撞击金属板材的表面,使受撞击的表面及其下层金属材料产生塑性变形而延伸,从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形。通过此项技术的应用,并对每次检修的搅拌轴进行检查,焊缝处出现裂纹的现象确实有了很明显的改善。需注意的是当搅拌轴出现较大的裂纹时,若没有选择更换新搅拌轴,而采取了在裂纹处增加卡箍的方式,以此来强化传递扭矩的能力,若卡箍与搅拌轴的焊接质量得不到有效地保证,焊缝中存在的气孔、微裂纹等缺陷会导致焊缝在很短时间内迅速开裂,并向搅拌轴母材中扩展,微裂纹会成为疲劳开裂的启裂源,使得搅拌轴在交变载荷的作用下,很快发生疲劳开裂,最终会出现搅拌轴的突然整体断裂。

3.3 采用进口全氟醚橡胶O形密封圈

考虑到全氟醚橡胶即使在300℃的状况下,其形变率也不超过20%,依然能保持橡胶的弹性特征,而且能够耐受1600 多种化学品的冲击,另外它具有均质性,表面没有渗透、开裂和针孔等困扰,这些特征可以提高密封性能,延长运行周期,有效降低维护成本。而且经过实践证明能够延长机械密封的运行寿命。

3.4 油泵出口增设油过滤器

为了增加润滑油的润滑效果,特在齿轮箱油泵出口增设一个带有冷却水盘管的油过滤器,通过冷却降低油温而改善润滑效果。该措施应用以后,齿轮箱的润滑油温度下降了20℃左右,且齿面磨损状况也有了很大的改善。

3.5 轴承座镶嵌轴套处理

针对中间轴承座内圈磨损严重故障,应采取的补救措施是对轴承座进行镶嵌轴套处理,以保证轴承与轴承座的过盈配合,同时为了减少轴承座内圈出现磨损现象,应控制好搅拌轴的摆动,使其一直维持在正常的摆动范围之内。

3.6 弹性快氟化处理

针对弹性块老化的现象,橡胶表面可进行氟化处理[4],将丁腈橡胶的抗老化性能提高1 倍以上,能够大大提高搅拌机的运行周期。

4 结语

扬子石化PTA氧化反应器搅拌系统故障严重影响装置安稳运行。通过故障原因深刻剖析,并及时采取相关针对性防范措施,截至目前氧化反应器搅拌系统实现了长周期稳定运行,有效提高了装置运行平稳率。

参考文献

[1]杨林华.钛材在PTA装置中的应用[J].河南化工,2000(4):18-20.

[2]牛俊发,蔡靖.TC4和三高钛合金的蠕变/疲劳交互作用[J].上海钢研,1992(1):26-31.

[3]张新华,曾元松,王东坡,等.超声喷丸强化7075-T651铝合金表面性能研究[J].航空制造技术,2008(13):78-80,90.

氧化还原反应教案 篇5

1.掌握氧化还原反应基本概念 2.判断氧化性还原性的相对强弱

3.根据得失电子守恒，掌握氧化还原方程式配平并进行有关计算 基本概念

在无机反应中，有元素化合价升降，即电子转移（得失或偏移）的化学反应是氧化还原反应。在有机反应中，有机物引入氧或脱去氢的作用叫做氧化反应，引入氢或失去氧的作用叫做还原反应。

判断依据

无机反应时，得到了电子（或电子对偏向）的元素被还原，失去了电子（或电子对偏离)的元素被氧化。有机物反应时，把有机物引入氧或脱去氢的作用叫氧化，引入氢或失去氧的作用叫还原。

即应看其是失去了电子（或电子对偏离），还是得到了电子（或电子对偏向）或者看其化合价是升高了还是降低了。

在反应物中：

失去了电子（或电子对偏离）即为还原剂，其化合价升高。

得到了电子（或电子对偏向）即为氧化剂，其化合价降低。

在产物中：

被氧化的元素叫做氧化产物，其化合价在反应的过程中升高了。

被还原的元素叫做还原产物，其化合价在反应的过程中降低了。

一般来说，在氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物中，氧化剂的氧化性最强，还原剂的还原性最强。一.氧化还原反应的判断

（1）氧化还原反应的本质_______________特征________________判断依据：_______________________ 例1.下列反应属于氧化还原反应的是_____

A.2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

B.Na2O2+2HCl=2NaCl+H2O2

C.Cl2+H2O=HCl+HClO

D.ICl+H2O=HCl+HIO

E.CH3CH2OH+CuO→CH3CHO+Cu+H2O

F.3CCl4+K2Cr2O7=2CrO2Cl2+3COCl2+2KCl（2）四种基本反应类型与氧化还原反应的关系

辨析：A.有单质参加和有单质生成的反应一定是氧化还原反应

B.元素从化合态变为游离态一定被还原

C.复分解反应不一定是氧化还原反应

D.金属离子被还原一定得到金属单质

二.氧化还原反应的相关概念

还原剂—____电子—化合价_____—被_____—发生_____反应—得到_____产物（升失氧还）

氧化剂—____电子—化合价_____—被_____—发生_____反应—得到_____产物（降得还氧）

（反应物，物质）

（元素）

（元素）

（生成物，物质）例2.在Cu+2H2SO4（浓）==CuSO4+SO2↑+2H2O反应中，海豚个性化教案

_______是氧化剂；_______是还原剂；______元素被氧化；_______元素被还原；_______是氧化产物；________是还原产物；电子转移总数为________。

例3.常温下，在溶液中可以发生反应：X+2Y3+==X2++2Y2+,则下列叙述：①X被氧化；②X是氧化剂；③X具有还原性；④Y2+是氧化产物；⑤Y2+具有还原性；⑥Y3+的氧化性比X2+要强。其中正确的是（）

A.②④⑥

B.①③④

C.①③⑤⑥

D.②⑤ 辨析：氧化反应，被氧化，氧化产物，氧化剂，抗氧化剂 三.氧化还原反应的表示方法及电子转移数目

（1）双线桥：__________指向__________，__________指向__________(得失相等)

（2）单线桥：__________指向__________，（不计得失）例4.用两种方法表示氧化还原反应

2KClO3==2KCl+3O2

2KMnO4==K2MnO4+MnO2+O2 KClO3+ 6HCl== KCl+3Cl2+3 H2O

例5.（1）某反应体系有反应物和生成物共五种物质：O2、H2CrO4、Cr(OH)

3、H2O、H2O2，已知该反应中H2O2只发生如下过程：H2O2→O2

写出该反应的化学方程式，并用单线桥标出电子转移的方向和数目 _______________________________________________________。（2）某一反应体系有反应物和生成物共6种物质，浓HCl、Cl2、H2O、ClO2、KClO3、KCl，写出该反应方程式，并用双线桥标出电子转移的方向和数目。________________________________________________________ 四.常见氧化剂与还原剂（单质、化合物、离子）

（1）常见氧化剂：

（2）常见还原剂：

例6.下列反应需要加入氧化剂才能实现的是()必须加入还原剂才能实现的是()A．Cl-→Cl2 B．S2-→H2S

C．Cl2→Cl-D．MnO4-→MnO42-

例7.下列离子，因发生氧化还原反应而不能共存的是

A.HCO3-、AlO2-、Na+、Cl-

B.Fe2+、H+、NO3+、Cl-C.Cu2+、Na+、S2-、SO42-

D.H+、K+、SO32-、S

氧化剂还原剂不是固定不变的，同一物质在不同反应中可以扮演不同角色。

例8.水参加的下列反应，哪些是氧化还原反应？这些反应中水分别起什么作用？

A.2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

B.2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

C.Na2O+H2O=2NaOH

D.3NO2+H2O=2HNO3+NO E.NaH+H2O=NaOH+H2↑

F.2F2+2H2O=4HF+O2 G.Cl2+H2O=HCl+HClO

H.SO2+H2O=H2SO3 小结：

五.氧化性还原性分析与比较

（1）根据价态分析氧化性还原性

例9.举例说明下列物质分别体现氧化性和还原性的反应 HCl SO2 FeCl2（2）氧化性还原性（得失电子能力）强弱比较

举例说明比较氧化性还原性的五种方法（金属非金属活动性、反应条件、氧化还原反

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应方程式、与变价元素反应产物的价态、电化学方法）氧化性比较： 还原性比较：

例10.已知：2Fe3++2I-=2Fe2++I2 2Fe2++Br2=2Fe3++2Br-，（1）比较Fe2+、I-、Br-的还原性。

（2）分别向FeI2、FeBr2中通入少量Cl2，写出反应的离子方程式。例11.已知反应Cu+Cl2==CuCl2 2Cu+S==Cu2S，回答：

①判断单质的氧化性：Cl2_____S

②完成反应：Cl2+H2S—— ③还有哪些事实可以用来比较Cl2与S的氧化性? 例12.将H2S气体通入四种不同浓度的硝酸溶液中，发生下列反应： ①3H2S+2HNO3 = 3S +2NO +4H2O

②4H2S+2HNO3 = 4S +NH4NO3 + 3H2O ③H2S+2HNO3 = S +2NO2 + 2H2O ④5H2S+2HNO3 = 5S +N2 + 6H2O 根据上述反应判断四种硝酸溶液的氧化性由强到弱的顺序是（）。（A）④②①③

（B）③①④②

（C）②④①③

（D）①④②③

六.氧化还原反应的基本规律: 理解先强后弱规律、歧化归中规律、得失电子守恒规律等 例13.向HCl、FeCl3、CuCl2混合溶液中加入铁粉，依次写出反应的离子方程式

例14.G、Q、X、Y、Z均为氯的含氧化合物，我们不了解它们的化学式，但知道它们在一定条件下具有如下的转换关系（未配平）： ①GQ+NaCl

②Q+H2OX+H2 ③Y+NaOHG+Q+H2O

④Z+NaOHQ+X+H2O 这五种化合物中氯元素的化合价由低到高的顺序为

A.QGZYX

B.GYQZX

C.GYZQX

D.ZXGYQ 例15.已知下列分子或离子在酸性条件下都能氧化KI，自身发生如下变化：

H2O2→H2OIO3-→I2MnO4-→Mn2+HNO2→NO，如果分别用等物质的量的这些物质氧化足量的KI，得到I2最多的是（）。

A.H2O2

B.IO3-

C.MnO4-

D.HNO2 七.氧化还原反应方程式配平（方法：化合价升降相等）

具体配平策略：从左边开始，或从右边开始，或从两边开始； 要点：以分子为单位计算化合价变化值

例16.FeS2+ O2=== Fe2O3+ SO2 S+NaOH=== Na2S+

Na2SO3+

H2O KMnO4+ HCl====KCl+ MnCl2+ Cl2+ H2O KMnO4+ H2C2O4+ H2SO4=== CO2+ MnSO4+ K2SO4+ H2O □KMnO4+□KNO2+□（）====□MnSO4+□K2SO4+□KNO3+□H2O 有机物参加的氧化还原反应，变价元素往往有碳，可采用氢氧标碳标出碳元素化合价。缺项配平时，根据原子守恒进行判断，缺少的物质一般为__________________ 例17.单质铁溶于一定浓度的硝酸中反应的化学方程式如下：

a Fe+b NO3-+c H+==d Fe2++f Fe3++g NO↑+h N2O↑+k H2O（系数均为自然数）（1）c、g、h的关系式是_____________________________（原子守恒）（2）b、c、d、f的关系式是__________________________（电荷守恒）

（3）d、f、g、h的关系式是___________________________（得失电子守恒）八.氧化还原反应有关计算（得失电子守恒）

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计算公式：

n(氧化产物)×变价原子个数×化合价变化值==n(还原产物)×变价原子个数×化合价变化值 n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值==n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值 例18.硫酸铵在强热条件下分解，生成NH3、SO2、N2、H2O，反应中生成的氧化产物和还原产物的物质的量之比是（）。

A.1:

3B.2:3

C.1:

1D.4:3 例19、24 mL浓度为0.05 mol/L的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 mol/L的K2Cr2O7溶液完全反应。已知Na2SO3被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则元素Cr在还原产物中的化合价为（）。

A.＋2

B＋

3C.＋4

D.＋5 例20.1.92克铜和一定量的浓硝酸反应，随着铜的不断减少，反应生成的气体颜色慢慢变浅，当铜反应完毕时，共收集到标况下的气体1.12 L(不考虑NO2与N2O4的转化)，计算（1）参加反应的硝酸的物质的量（2）生成气体中各成分的物质的量（3）将生成的气体与多少mol O2混合溶于水，才能使气体全部被吸收？ 九.氧化还原反应的应用

辨析：下列反应中，所述物质或过程全部发生氧化反应的是 A.HClO、H2O2、O3等具有很好杀菌消毒作用 B.橡胶老化，钢铁生锈，白磷自燃 C.铁、铝遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化

D.在催化剂作用下，乙醇变为乙醛，乙醛变为乙酸

E.苯酚久置在空气中变为粉红色，Fe(OH)2露置在空气中最终变为红褐色。F.丙烯、油酸等使酸性KMnO4溶液、溴水褪色 G.为防食物变质，常加入VC等食品添加剂。

H.原电池负极发生的反应，电解池阴极发生的反应 I.SO2使酸性KMnO4溶液、溴水、品红溶液褪色 J.植物光合作用，呼吸作用

K葡萄糖作为能源物质为人体提供能量。常见易错题

例1.一定量的KClO3中加入浓盐酸发生如下反应：KClO3+6HCl(浓)==KCl+3Cl2↑+3H2O，其中发生氧化反应的元素和发生还原反应的元素的质量之比为（）

A.1：6

B.6：1

C.1：5

D.5：1

错解：选B项。错因是未准确理解和区分浓盐酸在反应中的作用。

解析：根据题设可判断出发生还原反应的元素是KClO3中的Cl，发生氧化反应的元素是HCl中的Cl；由“化合价邻位转化”规律可知HCl中有一部分Cl转入到KCl中、还有一部分Cl转入到Cl2中，再根据化学反应方程式中各物质的化学计量数可知答案为D项。

例2.在反应3Cu+8HNO3(稀)==3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O中，有19.2 g Cu被氧化，则被还原的HNO3的质量为多少？ 解析：根据元素化合价变化情况可知，题设反应中HNO3有一部分是作酸，转化为Cu(NO3)2，另一部分被还原，转化为NO，则被氧化的Cu与被还原的HNO3的关系式为3Cu～2HNO3，则。

二、防思维不严：严密思维是正确解题的保证。在解题过程中，对反应变化的不确定性、问题的开放性、隐含条件或知识的挖掘不力等，都会造成解题时思维不严，导致答案出现失误。

例3.下列变化过程需要加入还原剂的是（）

A.KClO3→KCl

B.KCl→AgCl

C.H+→H2

D.C→CO2

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错解：选A、C项。错因是对KClO3→KCl的多种变化方式没有把握好。

解析：根据题意，“要加入还原剂实现”此变化，则说明各选项变化为氧化剂的变化，即变化中有元素化合价降低的情况，判断各项知A、C项符合这一点；但对于A项还要注意，实现KClO3→KCl的变化有多种方式，如KClO3受热分解也能得到KCl，即实现A项转化不一定要加入还原剂。故答案为C项。

例4.向NaBr、NaI和Na2SO3混合溶液中，通入一定量氯气后，将溶液蒸干并充分灼烧（已知Br2易挥发，I2易升华），得到固体剩余物质的组成可能是（）

A.NaCl、Na2SO4

B.NaCl、NaBr、Na2SO4

C.NaCl、Na2SO4、I2

D.NaCl、NaI、Na2SO4

错解：选A项或A、D项。一是未注意三种阴离子Br-、I-、SO32-与Cl2反应的先后顺序；二是未考虑已知Br2、I2的特殊性质。

解析：解答本题要考虑两个问题，一是三种阴离子Br-、I-、SO32-的还原性强弱顺序为SO32->I->Br-；二是Br2受热易挥发、I2具有升华特性。这样再考虑氯气的用量不同时的各种情况，可知答案为A、B项。

三、防审题不细：仔细审题是准确解题的重要前提。在某个氧化还原反应问题分析中，常常同时出现多个限制性条件，概念辨析中常出现“错误”、“正确”、“不一定”等词。例5.在下列反应中，水既不作氧化剂又不作还原剂的氧化还原反应是（）A.2Na+2H2O==2NaOH+H2↑

B.C+H2O(g)==CO+H2 C.CaO+H2O==Ca(OH)2

D.Cl2+H2O==HCl+HClO

错解：选C、D项。错因是C项不是氧化还原反应。

解析：本题有两个限制性条件：一是“水既不作氧化剂又不作还原剂”，排除A、B项；二是“氧化还原反应”，排除C项。故答案为D项。

例6.在反应3NO2+H2O==2HNO3+NO中，氧化剂与还原剂的分子数之比为（）

A.2：1

B.1：2

C.3：1

D.1：3

错解：选A项。在答题时将氧化剂与还原剂的量弄反了。

解析：本题涉及的反应为歧化反应，氧化剂与还原剂都是NO2。其中2NO2→2HNO3的变化为还原剂发生的反应，NO2→NO的变化为氧化剂发生的反应。通过其计量数可知答案为B项。

四、防方法不当：“好的方法是成功的一半”。在氧化还原反应有关问题分析中，用守恒法是最基本的方法，如电子得失守恒、质量守恒（主要是原子个数守恒）、电荷守恒（适用于有离子参与的氧化还原反应），更多的时候要联合应用上述守恒方法。

例7.若锌与稀硝酸反应时，其化学反应方程式为4Zn+10HNO3==aZn(NO3)2+bM+cH2O，则a、b、c、M可能分别为（）

A.4、1、5、N2O

B.4、2、4、NO2

C.4、1、3、NH4NO3

D.4、3、5、NO

错解：选A项或A、B项。根据质量守恒定律，判断反应前后氮原子的个数相等，得结论。

解析：本题直接根据质量守恒定律可以求解，但繁琐易错，可将质量守恒与电子得失守恒结合求解。本题分两种情况讨论：

（1）M中N全部被还原。根据质量守恒定律得a=4（Zn守恒），故被还原的氮的原子数为（个）。设M中N的化合价为+n，由电子得失守恒有：，解得n＝1，即M为N2O。

（2）M中N部分被还原（如NH4NO3）。a＝4（Zn守恒），此时被还原的氮原子只有1个，且还原后其化合价为-3。反应中Zn失电子情况为，N得电子情况为，二者相等，故

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NH4NO3符合题意。

综上所述，答案为A、C项。

例8.在一定条件下，PbO2与Cr3+反应，产物是Cr2O72-和Pb2+，则参加反应的Cr3+与PbO2的个数之比为（）

A.1：3

B.2：3

C.1：1

D.4：3

错解：选A项。有些学生在解答此题时，出现以下失误情况：一是想写出PbO2与Cr3+反应生成Cr2O72-和Pb2+的化学反应方程式，通过判断化学计量数来选择答案，费时而且易错；二是认为Cr2O72-中Cr的原子数为2，算Cr3+的电子变化数时除以2而误选A项。

解析：本题的解题关键是认识到PbO2与Cr3+之间发生了氧化还原反应，利用电子得失守恒来进行计算，设参加反应的Cr3+的数目为x，PbO2的数目为y，则，解得x：y＝2：3。故答案为B项。