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分批和半分批反应的安全放大

By: 理查德·夸斯尼(Richard Kwasny)博士, Senior Consulting Engineer, 福斯克&Associates,LLC(FAI)

化学制品Reaction我们将发表四篇关于批量和半批量反应的安全放大的文章。这篇初始文章是关于桌面审查和初步危害分析的。

化学和制药行业的批量生产设施中继续发生热失控事件。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,但重大事件还是对整个行业产生了负面影响。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,必须清楚了解所有过程化学品的反应性以及所需反应和不良反应的能量,从而确定最坏情况,表征最终不良反应,以及了解如何减轻过程安全影响。图1显示了详细说明这些步骤的部分流程图。如果可能,必须重新设计无法充分控制的过程,或者使用危害较小的材料。

 图1初步危害评估流程图

图1初步危害评估流程图

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。当现有流程经过定期审核时,它也可以用于识别流程安全信息缺口,这是OSHA流程安全管理1910.119,危害通报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,并且没有足够的紧急通风装置

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机构,FAI将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措施和保障措施,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,千里白,中试装置进入商业生产阶段。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。

 

桌面评论和筛选测试
关于过程安全危害评估,应考虑以下项目。

  • 决定扩大规模
    当管理层希望扩大现有设施中的化学反应时,可用的信息量可能会有很大的不同。因此,有必要审查所需的过程并通知组织是否有任何需要解决的问题。因此,需要基于所需化学物质的平衡方程式进行初步危害评估。

初步危害评估:
•编制所有过程材料的清单,包括但不限于:
   o起始和产品基材
    o Reagents
    o Catalyst
    o Solvents
    o By-products
    o Off-gasses
•确定材料特性,危害和其他潜在的问题:
   o物理性质
    o Health hazards
   o易燃性和静态特性
    o 热稳定性 材料的种类,包括潜在的震动敏感性和爆炸传播
   o审查高反应性官能团的反应材料的分子结构
   o使用差示扫描量热法(DSC)进行初步筛查测试,以鉴定热稳定性。         起始和最终基材
   o气相反应性
   o结构问题的材料(催化,腐蚀,相容性等)
   o特殊危害(氧化剂,发火的,与水反应的等等)
•方法:
   o对上述信息进行文献搜索,并与生产/过程工程师合作以更好地进行
       了解过程限制
   o使用估算技术估算反应热
   o定量不凝性废气,以估算体积和速率
   o解释与过程温度和压力有关的潜在危害,包括其他关键问题

反应的初步评估
一旦获得了上述所有信息,我们便可以更好地确定是否存在任何可能阻止扩大规模的潜在问题。

例如,如果反应涉及简单的结晶以形成底物盐而没有放气,并且计算出的绝热温升可以通过有效的搅拌/加热/冷却来轻松控制。 反应质量,那么可能不需要其他测试。但是,出于质量目的,如果发生碰撞结晶,我们可能需要更定量的热平衡。然后,我们可以为此目的执行反应量热法。

有时所需的淬灭反应涉及可能变得不稳定的反应性官能团。因此,使用初步危害分析将有助于识别在
如果我们无法控制反应,则某些情况可能是潜在危险,也可能成为一种危险。发生这种情况有几种方法。一种是由于热失控反应,火灾或由于误操作(例如误充电等)引起的工艺偏差。

所需反应的定量
如果我们有潜在的问题反应,那么下一步就是量化产生热量的数量和速率。同样,如果有放气,我们将需要量化放出的气体速率,以确保过程排气
容量足够。

因此,本系列的第二篇文章将根据初步危害评估中遇到的问题,介绍如何根据需要表征所需的反应。随后的文章将包括对不利因素的量化
反应和案例研究。

第2部分:所需反应的定量现已出炉!单击下面进行检查。

继续第二部分



参考文献
   1. D. C. Hendershot,“本质上更安全的化学反应检查员
       工艺设计与操作”,化学工艺安全中心
       2002年风险和可靠性国际会议和讲习班。
   2. R. S. Kwasny,“还原反应的危害评估策略”,
       英国伦敦南岸大学,1999年。
   3. Barton,J.和Rogers,R.,“化学反应危险”,第二版,
       海湾出版,1997年。
   4. L. Bretherick,“ Bretherick的反应性化学危害手册”,
       第七版,Butterworth Heinemann,2008年。
   5. F. Stoessel,“化学过程的热安全性:风险评估和
       工艺设计”,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。土井:10。
       1289 / ehp.112-a332,2004年。

 

话题: 热稳定性, 化学的, 热失控

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