最近的帖子

如何以更安全的方式扩大化学反应/失控反应的规模

张贴者 The 福斯克Team 在14.16.14

批量和半批量反应安全放大的通用策略 -with Richard Kwasny, Ph.D., Senior Consulting Engineer, 福斯克& Associates, LLC

热失控事件继续发生在 化学的化学.jpg制药工业。严重事件可能导致死亡,受伤,资金损失和业务中断。尽管化学/制药行业尽了最大的责任,但重大事件还是给整个行业带来了负面影响。为了防止发生事件,需要所有R&D,过程开发和批量生产设施,以制定有效的过程安全策略,包括完善的安全管理系统。在扩大规模之前,至关重要的是要清楚地了解所有过程化学物质的反应性以及两种所需反应的能量,确定最坏的情况,表征产生的不良反应,并了解如何减轻过程安全影响。如果可能,必须重新设计无法充分控制的过程,或者使用危害性较小的材料。

本文试图提供一些指南,这些指南可以用作开发和设计更安全的新过程的基础。当现有流程进行定期审核时,也可以使用它来识别工艺安全信息缺口,这是OSHA流程安全管理1910.119,危险通讯1910.1200和一般职责条款的部分要求。

热失控反应的原因

研究已确定,发生热失控反应的原因有以下四个:

  1. 对所需反应的过程化学和能量/动力学的了解不足,
  2. 工厂级别所需的传热能力设计不当,
  3. 对不良反应和控制措施(包括工厂安全备用系统)的了解不足,以及没有足够的紧急通风装置,以及
  4. 书面批处理程序不充分,操作人员培训差。

永远不要以为化学品的危害性等级低就不会危害健康。许多事件涉及NFPA危险等级为0和1的材料。最好制定适当的测试程序,以识别和表征各种工艺条件下的所有反应性材料和反应混合物。如果您的公司没有测试设施,那么福斯克&员工很高兴与您一起确定并进行适当的测试。随后,可以使用过程危害分析来分配适当的控制和保障措施,以减少不良事件的风险。重要的是,记住要更新过程安全信息,因为过程在其生命周期中会发生变化。然后,临时过程安全信息报告可以作为技术转让的参考,因为过程规模可从R&D,千实验室,中试装置到商业化生产阶段。一旦设定了过程,最终的过程安全报告就可以由内部或外包机构的各种最终用户使用。在开发安全文档时,请务必牢记它必须符合公司政策和程序以及国家和地方法规。

下载泄压系统设计手册

工艺安全注意事项

关于过程安全危害评估,应考虑以下项目。

初步危害评估:

  • 确定 热稳定性 在最坏情况下可达到的最低和最高工艺温度范围内的所有反应组分/混合物,
  • 识别试剂和溶剂之间不需要的相互作用,以及
  • 识别可能对所需反应具有抑制或催化作用的潜在反应污染物。

所需反应的定量:

  • 确定所需的加热反应和淬灭反应的反应热和废气速率,包括试剂积聚或缓慢形成的中间体产生的热,
  • 确定反应的最高绝热温度,并确定相对于估计的反应混合物沸点的安全性基础,以及
  • 了解所有化学反应的相对速率。

不良反应的量化:

  • 在较宽的温度范围内评估反应混合物的热稳定性
  • 在优化过程的鲁棒性时,应考虑其他反应变量,例如pH,浓度,转化率,废气速率,溶液中和浆液中起始和产物底物的稳定性
  • 考虑有害的气相反应的潜力和影响,以及
  • 为反应混合物中存在的物质建立化学相互作用矩阵,对反应性进行分类,并将此信息传达给操作人员

工厂注意事项:

  • 进行基本的能量平衡,以考虑各种添加过程中的热量,化学反应过程中产生的热量以及工厂反应器系统的排热能力。请记住,将反应堆搅拌作为能源,
  • 考虑可能偏离预期反应物进料和操作条件的影响,
  • 确定连接到反应容器的所有热源,并假设最大可能的最坏情况,
  • 确定反应器传热流体可以将反应混合物冷却的最低可能温度的影响,即涂层传热表面,以及
  • 考虑工厂规模设备中温度梯度和其他问题的影响,例如粘度增加,反应器壁冻结,结垢等。

一般化学和工程设计概念:

  • 设计可能很快发生的反应,
  • 除非绝对必要,否则应避免在反应开始时存在所有潜在化学能的间歇反应,
  • 使用半分批过程进行放热反应,通过控制试剂的添加可以保持分批温度和除气,
  • 对于高放热反应,请避免使用反应混合物的温度控制作为限制反应速率的唯一方法,并且
  • 在扩大反应规模时,要考虑容器尺寸对生热和除热的影响:反应混合物的体积按容器半径的立方增加,而湿式传热面积仅按半径的平方增加。

化学反应1 xuxcn 1270812589451

应该使用适当的估算和实验技术进行全面的危害评估,以识别材料中潜在的反应危害以及所需的不良反应。我们根据需要使用估算技术,差示扫描量热法(DSC),高级反应系统筛选工具(ARSST)和反应量热法(RC)。识别任何不利或热失控反应,并使用绝热量热法(例如ARC(加速量热法)或ARSST)对它们进行表征。如果需要,可以使用紧急救济系统设计研究所(DIERS,AIChE行业联盟)的方法确定特定反应堆的紧急通风口尺寸,并使用绝热通风口尺寸调整套件2(VSP2;使用温度的专用绝热热量计)生成数据,压力和速率数据,以便确定紧急通风口的尺寸)或ARSST。

有时,有必要使用专门的设备或技术来获得有关独特或特定工厂条件下反应或分解速率的动力学信息,即热活度监测器(TAM)或AKTS动力学。这是一个需要专业知识的领域,福斯克&员工可以帮助您计划和设计这些类型的测试。

训练:

重要的是要有清晰,简洁和明确的批号指示以及适当的危险警告,以清楚地说明在过程的每个步骤中必须执行的操作,包括确定所需的防护措施。指导应由化学家,工程师,过程安全,操作和环境人员(包括工厂管理人员)组成的团队进行审核和批准。必须根据需要对所有操作员进行正确的方向培训,包括特定的工程控制,工作方法和个人防护设备。培训必须随着流程的修订而升级,并且必须记录在案。

结论

制定成文的过程安全策略或程序可以采用标准化的方法来识别危险并以统一的方式组织过程安全信息。如果我们对所有过程进行危害评估,则它会发展一种安全文化,避免对进行测试的方式和原因以及需要什么其他基本信息造成任何混淆,从而能够对测试结果/信息进行正确且一致的解释,从而确保过程安全信息是全面的,可以被各种最终用户使用。鼓励读者根据自己的特殊情况,在本文的准则中添加特定于工厂的项目或问题。

 

To learn more about how to scale-up 化学反应s in a safer manner, 福斯克&Associates,LLC进行培训,或致电630-323-8750与我们联系,或 [email protected] 有关其他信息。

订阅过程安全新闻

参考文献

  1. Dennis C. Hendershot,“本质上更安全的化学反应过程设计和操作清单”,化学过程安全中心国际风险和可靠性研讨会和研讨会,2002年。
  2. Kwasny,Richard S.,“还原反应的危险性评估策略”,伦敦南岸大学,1999年。
  3. Barton,J。和Rogers,R。,“化学反应危险”,第二版,海湾出版,1997年。
  4. Bretherick,L。,“ Bretherick的反应性化学危险手册”,第七版,Butterworth Heinemann,2008年。
  5. Stoessel,F。,“化学过程的热安全性:风险评估和过程设计”,Wiley-VCH,2008年。
  6. Merritt,C. W.,2004年。“十字路口的化学过程安全性”,《环境健康观点》,112:a332-a333。 doi:10.1289 / ehp.112-a332,2004。
 

话题: 工艺安全, 数码相机 , 差示扫描量热法, 失控的反应, 危害分析, 危害评估, 热反应, 阿斯特, VSP2, 迪尔斯, 反应量热法, 化学反应, 绝热量热法, 化学相互作用

cta-bg.jpg

我的灰尘可燃吗?

帮助您决定的流程图
现在就下载