反应安全风险评估(什么是精细化工反应热风险?)

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反响安全风险评估(什么是精致化工反响热风险?)

精致化工多为间歇或半间歇的密闭生产方法,釜内物料的反响重要受热力学与动力学的影响,一旦反响失控,经过引诱期后反响速率往往呈指数式加速上升,同时随同温度以及蒸汽压力和分解压力的飙升,严重可能导致爆炸。

反响热失控的重要原因是热累积,精致化工大多数反响是放热反响,在反响温渡过高、散热不良甚至冷却失效的情形下,釜内物料处于相似绝热的环境,这部分热量无法散失到外界,只能不断给自身加热加速反响热的生成,形成恶性循环。热累积的两大故障原因是反响器的搅拌失效或者冷却失效,例如故障或者突然停电的情形,搅拌停滞工作,反响物料产生累积,(www.isoyu.com原创版权)且反响放热无法移出。

全部反响釜系统通常又是低导热体系,体积越大,有效散热的比表面积越小,自然散热的比功率越低。例如两个线标准比例是1:10的容器,体积比例在1:1000,而比表面积在10:1!

不同研讨阶段的反响釜容量及自然热散失功率参考下表,实际生产情形下自然热散失功率仅有0.04 W/(L*K),物料产热速率远远大于自然散热速率,根本是一个绝热环境。

在一个反响器中,正常工艺是:

热生成 = 热移除+ 热累积 + 热散失

此时反响可以在可控温度下进行。工艺一旦产生失控,热移除失效,热累积占主导,热生成几乎全体转换成热累积,进一步导致温度升高,反响加速的恶性循环,最终导致爆炸。本着保守的原则,采用最坏场景盘算,假设热量生成后完整不被散失,也就是在绝热环境下定量研讨反响热失控。

假设反响在工艺温度下恒温进行,正常工艺下全部合成进程温度是近似不变、或变更幅度在可控规模内的,一旦中间产生热失控,合成温度就会偏离预定曲线,产生显著的升温,绝热条件下合成反响到达的最大温度我们称为MTSR。

如果合成失控的最大温度到达物料的起始分解温度,还会引发二次分解反响,通常分解反响比合成反响更激烈,产气更多,温度压力上升更快,爆炸风险更高。

绝热环境下,任意温度到达最大反响速率之间的时光差称为热失控的致爆时光TMR,这是时光对温度的函数,可以懂得为当发明控温失效、系统已上升到某一温度T时,人工干涉并终止最坏情况产生所拥有的时光长短。MTSR 对应的TMRad 则与绝热条件下合成反响停止后样品进一步分解的可能性相干。

工艺温度对应的TMR,可以懂得为从冷却失控产生时光起,人工处置并终止最坏情况产生所拥有的时光长短。图中时光横坐标是预警时光,从右向左逐渐增大,试验表明工艺温度越高,一旦产生冷却失控,剩余的处置时光越短,风险越高。

TD24是TMR的一个衍生数据,百思特网意指Time to Max. Rate为24小时所对应的起始温度,同样的还有TD8、TD4,此数据可通过TMR曲线进行外推,风险评估中常与 Tp、MTSR 作比拟。工艺温度 Tp 通常应设计为低于 TD24,以在温控失效时代望拥有24小时以上的预警与处置时光。须要注意的是,此参数为温度量纲,而TMR为时光量纲。

Td24与工艺温度、合成温度的关系如图所示:Tp < TD24:TMR(Tp) > 24h,物料在该工艺温度下较稳固,当热失控时有足够的预警与处置时光。Tp > TD24:TMR(Tp) < 24h,物料在工艺温度下不够稳固,产生热失控后人工处置时光较短,存在相当的事故风险隐患。需优化已有工艺条件,或采用必定的技巧掌握办法。MTSR > TD24:TMR(MTSR) < 24h。一旦温控失效,合成反响完成后易于触发二次分解。

加速特征下的压力失控会导致反响釜冲料爆炸,它的重要起源是:1. 某些合成反响本身的气态产物;2. 二次分解反响的气态产物;3. 温度失控情形下溶剂与反响物本身的气化。

MMT,技巧原因的最高温度,在常压下是指物料系统的沸点,而在密闭情形下是指产生主动安全卸压,或手动紧迫卸压时的温度。这一参数可视为反响系统在温度轴上的一道“百思特网安全屏障”,常与MTSR、TD24比较,用于风险评估。

原国度安监总局在2017年宣布了风险评估指点看法和导则,明白了具体的评估手腕和办法。

评估的核心是可能性和严重度,即危险会不会产生,如果产生会严重到什么水平,从而科学指点工艺优化,来避免风险产生。

物料热稳固性评估是基于工艺温度与TD24比较关系肯定的,如果 Tp > TD24,解释物料在工艺条件下不稳固,需优化已有工艺条件,或采用必定的技巧掌握办法,保证物料在工艺进程中的安全和稳固。

燃爆危险性评估基于分解热数据进行分级。分解放热量大的物资,绝热温升高,反响加速特征显著,潜在较高的燃爆危险性。

目的反响安全风险的可能性评估,基于绝热条件合成反响最高温度MTSR对应的致爆时光TMRad进行分级。TMRad, MTSR 与失控反响进一步触发二次反响的可能性相干,也决议了一旦触发二次反响后的人工处理时光。

目的反响 - 失控严重度评估,基于绝热条件下工艺反响的温升水平进行分级。该温升与反响放热量成正比。反响释放出的热量越大,失控后系统温升越明显,易导致温度超过某些组分的热分解温度,产生分解反响及二次分解反响,发生气体或造成某些物料本身的气化,导致系统压力的迅速增长,甚至造成反响容器的决裂以及爆炸事故的产生。

风险矩阵对失控反响的可能性与严重度进行组合与综合评估,并依照可接收风险、有条件接收风险和不可接收风险,分离用不同的区域表现,便于参考运用。

工艺危险度评估,依据工艺温度、MTSR、MTT百思特网、TD24之间的大小关系进行评级,并依据风险等级预估效果,进行工艺优化改良。不同工艺危险度等级的风险掌握办法如表所示,对于危险度3级以上的工艺,需进一步获取二次反响起始温度、最高温度、最大压力、最大温度升高速率、最大压力升高速率、绝热温升,以及失控反响系统温度与压力关系等参数,肯定更高等别的风险掌握办法。对于4级和5级的工艺进程,在必需产业化时,应尽力优先开展工艺优化或转变工艺办法以下降风险。

反响安全风险评估进程示例:

工艺是在尺度大气压下,向反响釜中参加物料A和B,升温至60℃,滴加物料C,系统在75℃时沸腾。滴完后60℃保温反响1小时。在这个环节中,工艺温度为60℃,技巧最高温度MTT为75℃。

测试成果,合成反响绝热温升 △Tad,syn = 78.2 K,那么MTSR就等于60+78.2=138.2℃,TD24=75.6℃。

依据研讨成果,目的反响安全风险评估成果如下:

(1)此反响的绝热温升△Tad为78.2 K,该反响失控的严重度为“2级”。

(2)最大反响速率达到时光为1.1小时对应的温度为138.2℃,失控反响产生的可能性等级为3级,一旦产生热失控,人为处理时光不足,极易引发事故。

(3)风险矩阵评估的成果:风险等级为II级,属于有条件接收风险,须要树立相应的掌握办法。

(4)反响工艺危险度等级为4级(Tp<MTT<TD24<MTSR)。合成反响失控后系统最高温度高于系统沸点和反响物料的TD24,意味着系统失控后将可能爆沸并引发二次分解反响,导致系统产生进一步的温升。须要从工程办法上斟酌风险掌握办法。

(5)自分解反响初期活化能大于反响中期活化能,样品一旦产生分解反响,很难被终止,分解反响的危险性较高。

本章节对化工热安全范畴面临的现象,风险评估办法,及应用的相干参数进行了介绍。涉及到的主要参数有:Tp, MTT, MTSR, TMRad, TD24, △Tad;在较高危险等级下须要获取的其他相干参数有:二次反响起始温度、最高温度、最大压力、最大温度升高速率、最大压力升高速率;失控反响系统温度与压力关系。总结来看,风险评估本质上是对绝热自加速反响的评估,那么绝热自加速背后的机理是什么?获取哪些热学数据后,可以进行热风险评估相干参数的理论盘算?请关注接下来的内容:《反响机理篇》。