化学工程安全新闻

绝热性量热量的应用:批量反应的扩大

Richard Kwasny,Ph.D.,高级咨询工程师和Gabe Wood,Manager热危险测试& Consulting, Fauske & Associates, LLC

背景

从过程安全透视中,我们可以使用搅拌反应量热法测量反应的热量并计算出放热反应的绝热温度升高,假设对环境没有热量损失。批量温度的增加可以使用ΔT从实验数据中得出广告 = ΔHr / Cp,s 绝热温度升高的情况下Δt广告 ,反应的热量是Δhr 和反应质量Cp的比热量,s .

绝热温度升高提供热力学估计,如果冷却丢失,我们可以使用关系MTSR = T的关系预测合成反应(MTSR)的最高温度op. + ΔT广告 , where Top. 是该过程的温度。

然而,这种方法需要使用分批溶剂的回火效果来改进,其含有温度的实际变化随着温度的增加,并且在绝热条件下在升高的温度下从反应混合物中占任何热不稳定性。这种类型的最坏情况场景,其中批量呈指数上加热,冷却是线性函数,通常被称为热失控反应。在许多情况下,我们知道所需反应的热性质,但我们不知道与反应动力学,温度/压力率和固定气体的生产和相应的最高温度的不良反应相关的过程安全危害/压力。

 

绝热量热计

第一次使用绝热性量热法研究不利反应的实验室规模是加速速率量热计(ARC™)。它成功地鉴定了在等温条件下的长持续时间或高温下的反应动力学驱动的分解反应。但是,获得了测试数据,其φ因子大于1;由于测试电池吸收的大量热量,并且导致估计的绝热温度升高而不是实际放大条件。

可以使用φ= 1 +(m)计算φ系数或热惯性。v *Cp,v )/(Ms *Cp,s ), where Mv and Ms 是测试细胞和样品的质量分别; CP,v and Cp,s 是测试电池和样品的相应比热。

FOUSKE.&Associates,LLC开发出低Φ-因子搅拌的绝热量热计,其不需要任何假设,并且使不良反应被绝热地以无阻尼的方式进行。先进的无功系统筛选工具(ARSST™)和通风尺寸封装2(VSP2™)绝热热计允许直接扩大的热温/压力数据,允许测量实际绝热升高而不是理论计算需要几个假设。这些仪器也可用于模拟各种失控场景,并且可以轻松地使用温度和压力升压率数据来使用急救系统(DIES)方法的设计研究所进行紧急救济尺寸。

ARSST和VSP2测试数据的实际应用

这些装置可用于表征有益化学反应,消防情景和最坏情况下的危险性质,回火和流动方案,以及在绝热条件下的热分解方面。

一旦不良反应的特征在于,就可以在充分尺寸的应急通风方面施加DIES方法以设计工程控制,从而使过程在不需要的过程偏差的情况下使过程更安全,例如,冷却损失。

含有碳酸酯官能团的固体粉末通常作为正常后处理过程的一部分干燥。干燥这些类型的有机基质可以突然导致脱羧,导致由于在吸热分解过程中由于大量的进化二氧化碳和水而导致显着的压力和压力产生速率。

通过超过推荐的等温干燥时间或提高干燥机的内部温度,可以引发所得到的脱气和蒸汽,而不知道后果;两者都取决于分解反应的动力学。了解分解动力学和时间限制可以更好地允许适当的干燥器工程控制,例如,通风口浮雕或使用带有足够最大允许工作压力等的干燥器。

使用ARSST或VSP2的一个关键优点是测试可以根据需要以搅拌搅拌以批量或半批量模式进行。因此,可以设计测试以在实际过程条件下研究不利反应。然后数据可用于确定和设计适当的 使用DIERS技术所需的压力浮雕.

 

总之,低φ-因子绝热测试数据可用于确定:

•发病温度,绝热升温和放热事件的反应热量,

•反应产生的不可凝聚气体的摩尔,

•热失控数据,用于DIES浮雕尺寸,

•识别通风行为(Gassy,Headent和Hybrid),

•确定流动制度(两阶段或单相),和

•动力学数据,例如,最大速率(TMR)或无返回的温度(TNR)。

 

如果您有兴趣了解更多关于φIffibalatic测试数据如何用于改善您的组织,请与我们联系。

 

参考

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  2. 成品,制剂,化学反应的热危害,第4卷,elestvier,(1994)。
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