在上一期通讯中，我们展示了后环氧氯丙烷(EPI)水解反应质量所包含的巨大能量。为我们的通用配方(wt环氧氯丙烷27.1%,72.4 wt %的水,0.5 wt %酸催化剂(69%水硝酸)),总绝热势+ 195.8°C所示的反应量热法和差示扫描量热法(DSC),包括预期反应热量和温度较高聚合/分解热激活。最终，这个总势能以及期望的反应能和不希望的聚合/分解能之间的重叠(如果有的话)将由绝热量热法(Fauske VSP2)来证实，这将是本系列通讯的第三部分的主题。
然而，如果一个人想扩大这个过程，管理所需的反应热是至关重要的过程安全。虽然这些反应很容易通过夹套冷却在实验室反应量热计中控制，但用标度控制有多容易呢?最后，我们将进行一些简单的计算，以说明如何大规模处理环氧氯丙烷水解过程提供的这些热挑战。
首先，将提出全系列EPI水解反应量热法（RC）实验，以便通过热流分布所见的半批处理过程的动力学感受。图1显示了一系列四种反应量热法运行，覆盖ePI（1,3,5g / min）和两个不同温度（60°C，80°C）的三种不同的添加速率。具体地，在80℃下以1g / min（80-1 hf），3g / min（80-3hf）和5g / min（80-5hf）的EPI进料速率运行，在60°处运行C表显示了3g / min（60-3 hf）的ePI进料速率。还示出了各自的添加配置文件。表1总结了从四个运行派生的RC数据。
在四组过程条件下，毫不奇怪，较低的温度60℃，具有3g / min的进料速率导致最高的积累量（58.8％）。也就是说，由于未反应的EPI在添加结束后，最大的能量尚未成为。即使在80°C下有1克/最小的进料速率，EPI略有积累，但只有11％。在80°C时，很容易看到添加较少的积累并且热流曲线接近的加法有限的轮廓（方波），最终，EPI一旦添加就会反应。
通常，在批量设备中，一个人依赖于夹套冷却以除去反应热量和控制温度。如果我们向2000kg ePI缩放了我们的氯醇水解分批过程并在12,000升（直径2.4米）反应器中运行它，我们的通用配方的搅拌体积为7,250升，对应于15.1米的传热面积。2（一种）。如果罐是玻璃衬里钢（GLS），则典型的传热系数（U）将是〜300 w / m2K.假设反应堆和夹套之间的最大温差(DT)为50°C，我们的最大冷却能力为UADT = 300 x 15.1 x 50 = 226,500 W。对于2000kg EPI批量尺寸，标准化制冷量为113.3 W/kg EPI。
如果施工的反应器材料是Hastelloy C（HC），则可以施加略大的U（500 W / m2同理，对于HC，制冷量为UADT = 500 x 15.1 x 50 = 377,500 W。对于2000kg EPI批量尺寸，标准化制冷量为188.8 W/kg EPI。请注意，对于每种建筑材料，传热系数的所有假设值都在性能范围的上端。当然，夹套污垢和换热流体的选择也会影响这些假定的U值。
图2示出了现在的四个RC系列的现在归一化（W / KG EPI）热流轮廓与2000千克批量大小的普通化冷却能力，在12,000磅玻璃衬里钢（GLS）和HASTELLOY C（HASELLOY C（HC）反应器。
一种可以容易地看到玻璃衬里钢反应器或哈氏合金反应器中的夹套冷却对于80℃5g / min和3g / min案例，因为热通量曲线的大部分超过冷却能力线。虽然由于大量的累积（58.8％）可能无法以这种方式运行该过程（58.8％），但可以看到HC反应堆接近处理60°C，3 G / min案例，如果添加更长，则说> 1小时。类似地，玻璃衬里钢反应器接近处理80°C，1g / min案例，如果添加表示，> 2小时。显然，在规模中执行该过程需要扩展，受控的EPI。
实际上，使用0.822g / min的80℃运行（126分钟）进行，结果如图3所示（更新版本的图2）。
实际上，在80℃下加入大于2小时的EPI加法，所得的热速率在玻璃衬里钢反应器的冷却能力线处或低于冷却能力线。
相关的RC数据(表1)源于80°C, 0.822克/分钟运行总质量379.8克,总热量-91578 J, EPI添加102.68克(1.108摩尔),反应热-82.7焦每摩尔EPI,除了时间2:06:09 %积累9.53%,预反应Cp, 4.378 J / g°C, post-reaction Cp 3.819 J / g°C,预计绝热温升+ 63.1°C,和动态DT广告+ 6.0°C。
在扩展时，应强调几个点需要扩展的加工容量原因。首先，仅在冷却损失时实现了扩展的添加最小化累积的固有安全性，加入停止。此外，通过扩展添加，使用实验室中的投影添加时间来执行验证运行非常重要，以确保仍然需要更长的添加质量和纯度的材料。
总之，我们希望这篇文章给了读者对通过缩放放热EPI水解过程来管理所需反应能量的挑战，同时避免二次聚合/分解来欣赏所需的反应能量。这也是RC数据如何用于优化过程的示例。鉴于可用的冷却能力或者可以确定所需的工艺温度或添加速率，可以确定反应物的最快实际添加速率。
下一篇文章将涵盖绝热性热量（VSP2）所见的实际失控场景（在80°C时添加），并含义救济制度设计。此外，我们将重新审视本系列第一项中的第一个物品中的最大速率曲线（来自反应后混合物的DSC筛选），以了解电弧，VSP2和热活动监测器（TAM）仪器的位置检测二次反应性的开始。最后，如果需要，我们将修改该过程的关键类别评估，如果需要，则需要其他仪器的附加数据。
在梅特勒 - 托莱托RC1中进行反应量热法。
如果您有流程缩放疑虑或反应量热法需要，请联系Don Knoechel（Knoechel@fauske.com或630-887-5251），讨论您的流程或联系我们：
