化工安全生产与反应风险评估 - 图文(7)

管是一个耐压的石英玻璃管，可承受1MPa以下，测试样品量通常为（10∽20）g。测试过程中，将样品封于测试管中，以2K/min的速度加热，可以达到的最高温度是400℃，传感器跟踪测试反应的温度和压力的变化情况，从记录仪上可以读取反应物料的分解温度。

任何封闭的测试，包括ICI测试管测试方法，由于样品是封闭于管内进行测试，反应物料温度的升高将导致物料蒸汽压的升高，虽然可以指示物料发生了分解，并放出了大量的气体，但是，很难从压力升高速率情况推测并计算出气体逸出速率情况。气体逸出速率的测试，对评估具有分解性质的反应非常重要，可以根据气体的逸出速率情况，评估失控条件下的最坏情况，同时合理设计控制手段，制定相应的应急方案，有效控制失控，保证安全。气体逸出速率的测试设备有很多种，可以采用等温定量测试方法测得气体逸出速率。

对于等温测试，物质开始分解时间与温度有如下关系：

lgt?1/T

式中：t ---开始分解时间；T---测试温度； 4.3 反应量热测试

对于有机放热化工反应，测量反应的放出或吸收热非常重要。反应热数据的取得和应用，对于研究反应的特征，合理地工艺设计，开展反应风险研究和工艺风险评估等有着至关重要的意义。合成工艺研究和开发是基本的化工研究开发，主要关注于化工反应工艺知识，进一步实验研究是在工艺研究的基础上，开展全面的研究和反应风险研究，必要情况下开展反应特征研究。反应特征研究是比较深入的化工研究，更多偏向于反应工程及化学工程方面的知识，开展反应特征研究，除了明确一些必要的工艺知识以外，还必须了解一下一些信息：

（1）反应热的生成量，热交换量以及反应热的生成速率和热交换速率； （2）对于有气体释放的反应，需要清楚气体的生成量以及气体的逸出速率； （3）对合成工艺动力学具有比较清楚的概念，特别是需要考虑反应动力学方程模型的建立。

对于精细化工（包含制药）行业，化学品的研究开发和工业化生产，首先需要完成合成工艺研究，在工艺研究的基础上开展进一步的反应风险研究，为工厂设计提供数据参数，完整的工艺研究应该取得如下一些数据：

（1）各步合成工艺牵涉到的反应物料以及中间产物的热性质数据； （2）放热反应的热量生成数据，包括热生产量、热量生成速率等；

（3）体系的热交换情况和反应热移出效果情况，包括热移出能力、热移出速率等；

（4）反应混合物的热传递性质以及反应和热传递对材质型号的要求； （5）反应动力信息，包括反应速率与反应物浓度关系、反应物累计情况等； （6）各种工艺条件实验，例如：温度实验、催化剂筛选实验、反应时间实验、物料配比实验、加料方式实验、pH值条件实验等，还包括影响热生成的其他一些因素。

在工艺研究的基础上，需要进一步开展反应风险研究，反应风险研究与工艺研究同等重要，反应风险的基本研究内容如下：

（1）关注和研究化学物质风险，确定工艺使用的各种化学物质的安全操作条件，并充分考虑错误加料和错误加料方式对反应危险性的影响；

（2）开展工艺过程反应风险研究，关注工艺过程的反应风险，同时关注物料本身具有的自催化性质，充分考虑物质发生自身分解条件和温度范围，以及后果影响等；

（3）关注反应过程气体产生的条件、气体逸出速率和移出量等。

工艺研究和反应风险研究是分阶段进行的，研究由浅入深。目前，尚没有单项的研究和单一的实验仪器，能够同时得到上述所有的工艺数据和安全性测试数据。即便是采用比较高端的实验仪器，也需要通过几种不同的实验手段，进行不同的测试，然后联合分析，得出相应比较全面的、有参考价值和实际应用意义的实验数据以及安全性操作数据。

开展工艺研究和反应风险研究的最终目的是实现工业化安全生产，因此，研究的目的需要得到能指导工程化放大并与进一步的放大生产相关的信息。初始的工艺研究包括实验室内的小试工艺研究和工程化放大实验研究，此外，尚需要开展反应风险研究。

反应风险研究需要重点关注反应的热风险，尤其对于精细化工（包括制药）行业而言，大多数反应是有机合成反应，以放热反应居多，反应热风险是一个非常重要的工艺风险。

实验室工艺研究和工程化放大研究需要得到的主要热信息如下：

（1）采用优惠的工艺条件，包括加料速度、反应温度和时间曲线等开展反应风险研究，考虑反应热情况，并考虑搅拌、蒸馏、回流等不同条件反应对热效应的影响；

（2）考虑物质在不同传质条件下和物理变化过程中的热现象，例如：流体的粘度对传热效果的影响、晶体析出时的特殊热量产生情况等；

（3）考虑生产过程中任何的热散失，例如：搅拌输入的能量、冷凝器的热损失等；放大过程中，由于投料体积的改变，需要根据反应器夹套面积计算热传递的变化情况。

研究工艺反应过程热风险性的首选测试仪器是反应量热仪，反应量热仪是对反应过程生成热和吸收热进行热量测试的仪器，测试装置的设计思想是使工艺反应的操作条件尽可能接近于工业实际操作条件。反应量热仪允许反应物以一定的控制方式进行滴加料操作，进行蒸馏或回流等操作，包括操作反应过程中有气体产生的反应，测试装置的操作条件和

放大生产设备的工业搅拌釜式反应设备的操作条件相同。最初研发反应量热仪仅仅是出于安全性分析的目的，但是，人们很快认识到反应量热仪对工艺研发和工程放大具有很强大的帮助。此外，反应量热测试的精确的温度控制和对反应放热速率的测量，有助于开展反应动力学实验研究，目前，采用在线红外React IR与反应量热RC1联用，已经成为反应动力学的重要研究工具。

反应量热仪简要介绍如下：

RC1是由瑞士Ciba-Geigy公司开发的一种先进的全自动实验室反应量热设备，1986年，由瑞士的Mettler公司将其商品化。

全自动反应量热仪RC1是工厂中间歇或半间歇反应釜的真实模型，RC1是工艺开发、工艺优化以及工程放大的理想工具，它由反应釜装置、温度控制装置、电子控制装置和PC软件四部分构成。在非常接近实际化工生产情况的条件下，RC1以立升规模模拟化学反应的具体过程或单元操作步骤，同时测量和控制重要反应的过程变量，例如：温度、压力、加料方式、操作条件、混合过程、反应的热能、热传递数据等。反应量热仪RC1可以采用设置的软件系统对测试数据进行处理，数据测试和处理得出的结果可以用于进一步的工程化放大以及规模化的工厂生产。也可以再规模生产条件下，反过来将工厂中的生产过程缩小到立升测试规模，从而对反应工艺进行不断的优化，取得更加理想的结果。

RC1的基本热平衡可以用下式进行表述： Qr+Qcal=Qfiow+Qaccum+Qdos+Qloss+Qadd

式中 Qr ----- 反应热、相变热或混合热的热流量； Qcal ----- 校正用加热器的热流量；

Qfiow ----- 反应料液系统向反应釜夹套传递峰热流量； Qaccum ----- 反应料液体系的热累积流量； Qdos ----- 滴加料液引起的热流量；

Qloss ----- 反应装置上部和仪器连接部分向外的散热流量； Qadd ----- 自定义的其他热损失热流量。 其中，反应料液体系向反应釜夹套传递的热流量： Qfiow =KA（Tr-Tj） 式中 K ----- 传热系数； A ----- 传热面积； Tr ----- 反应釜内温度； Tj ----- 反应釜夹套导热 …… 此处隐藏：3425字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……