作者:Donald J. Knoechel，博士，高级咨询工程师和R. Gabriel (Gabe) Wood，经理，热危害测试和咨询，Fauske & Associates, LLC
在收集现有化学工艺的工艺安全信息或开发新化学工艺时，选择的技术和要运行的实验类型在很大程度上取决于数据的预期用途。在这篇文章中，我们强调数据之间的重要差异反应量热法而且绝热量热法以及如何最好地使用它。
全服务过程安全实验室工具箱中的反应量热计包括Mettler-Toledo RC1, ChemiSens CPA202和Thermal Hazards Technology μRC。绝热量热计是排气分级包(VSP2)，高级反应系统筛选工具(ARSST)和加速率量热计(ARC)。
首先，反应量热法(RC)旨在量化在所需反应条件下化学过程反应的热演化和热演化速率。绝热量热法(AC)根据定义不保持反应条件(温度)恒定，通常用于探索不希望出现的失控情况(冷却损失、过充、外火加热)。绝热量热法和反应量热法之间的重叠之处在于，绝热实验经常(但不完全)以期望的反应作为失控的触发。相反，反应量热实验保持温度控制，保持在一个预定的温度范围内，主要只发生所需的化学反应。
绝热温升(ΔΤ广告)是反应量热法或绝热量热法的产物，但根据所使用的技术，其起源和含义有所不同。
反应量热法测量在一组预先设定的反应条件下(通常是等温的，但不一定)所产生的热量，并从总热量、质量和热容(也在RC实验中测量)计算出绝热温升。总热可以归一化为极限反应物的质量或摩尔，从而得到反应热。
绝热量热法测量温升作为实验的直接结果，尽管测量值经常被测试单元吸收的热量(通过Φ -因子)进一步修正，以预测真正的绝热值。知道了质量和热容，就可以计算出引起温度升高的总热量，用极限反应物的质量或摩尔归一化就能得到反应热。
重要的是要认识到，从反应量热法得出的绝热温升投影只允许所需反应产生的热量导致温升(如果有的话)。因此，它并不代表整个失控场景，而只是一个可能的最小值。
从RC计算的温升不同于绝热量热法测量的温升。在绝热实验中，当实际的温度升高时，进一步的反应可能会开始(有它们自己的反应热)，这可能会导致温度(和压力)进一步升高，直到所有反应/分解的成分被消耗掉。
还要注意，从反应量热法得到的绝热势投影是基于在所期望的反应温度下的热容，在该温度下，绝热实验在实际温度范围内经历温升，以及相应的反应质量热容随温度的实际变化。由于热容一般随温度的升高而增加ΔΤ广告当只涉及期望的反应时，RC通常高估了实际的温升。
反应量热法数据的主要用途是提高热率。这是为了保持所需的温度控制，在更大的设备中运行过程所需的冷却能力，从实验室到千实验室到中试工厂到全尺寸工厂。
RC还提供了一个了解反应轨迹的独特窗口。在考虑RC数据时遇到的问题包括以下:执行过程的方式(批量与半批量)是否需要随着规模的变化而改变?在规模更大的情况下，附加时间需要更长吗?如果是，则与较小规模(添加时间较短)的产物相比，添加时间较长的产物是否具有相同的杂质分布。
瞬态固体的形成会对混合造成挑战吗?随着添加时间的延长，这种情况会发生改变吗?撤销添加是否能缓解这些担忧?热流(或排气流量或pH值)的任何变化是否对应于化学计量当量点?
预计ΔΤ广告RC的价值最好发挥筛选作用。只要有补充的热筛选结果，差示扫描量热法(DSC)就可以认为是安全的，例如，从反应后混合物的扫描显示，在较高温度下，热活动极小或没有热活动。另一方面，任何预测的温度上升，威胁到反应质量的沸点，一个要了解反应质量是否能缓和失控，需要一个开放绝热试验来证实。
一个潜在的温度上升可能远远超过反应质量的沸点，值得进行封闭绝热试验，看看温度和压力可能达到多高，以及如果可能遇到任何其他反应。
绝热试验的最终目的是收集失控情况下的温度和压力上升(及其速率)的数据。低Φ因子绝热量热法(ARSST，VSP2)是直接放大数据的理想选择。低Φ因子测试最大限度地减少了测试单元热损失所需的校正，通过更紧密地模拟大型工艺容器的热惯性，最大限度地提高了温升期间收集数据的质量。通常，当工艺规模已知并且需要为特定反应器配置设计通风口时，就需要这种类型的数据。ARSST用于筛选能力，以快速探测不同的场景。然而，ARC和ARSST用于筛选能力，以快速探测不同的场景。ARC更常用于纯材料，以探测分解动力学的存储和稳定性问题。ARSST可以更好地处理混合物，并在工艺温度下添加试剂时捕获数据。
Fauske & Associates, LLC拥有一个工具箱和专业知识，可以根据需要在热筛选技术的支持下，用反应量热法、绝热量热法或两者来表征化学过程。如果您有工艺规模或安全问题，建议反应量热法，请联系Don Knoechel knoechel@fauske.com或630-887-5251讨论您的工艺。如果您有通风口尺寸或其他绝热测试或热筛选需求，请致电630-887-5270联系Gabe Wood或发送电子邮件至wood@fauske.com。
