批次和半批量反应的更安全扩大

作者:Richard Kwasny博士，Fauske & Associates, LLC (FAI)高级咨询工程师

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。这篇最初的文章是关于桌面评论和初步的危害分析。

热失控事件继续发生在批量生产设施在化学和制药工业。严重的事故可能导致死亡、伤害、资金损失和业务中断。尽管化学/制药行业尽了最大努力来负责，但重大事件对整个行业造成了负面影响。为了防止事故的发生，所有的研发、工艺开发和批量生产设施都需要有一个有效的工艺安全策略，包括健全的安全管理系统。在扩大规模之前，对所有工艺化学品的反应性以及期望的反应和不希望的反应的能量学有一个清晰的理解是至关重要的，定义最坏的情况，描述产生的不良反应，并了解如何减轻工艺安全影响。详细说明这些步骤的部分流程图如图1所示。如果可能，不能充分控制的工艺必须重新设计或使用危害性较小的材料。

图1初步危险评估的流程图

本文试图提供一些指导方针，可以作为开发和设计更安全的新流程的基础。根据OSHA过程安全管理1910.119、危险通信1910.1200和通用责任条款的部分要求，当现有过程经过定期审查时，它也可以用于识别过程安全信息差距。

热失控反应的原因

研究确定热失控反应的发生有以下四个原因:

1.对所需反应的过程化学和能量/动力学理解不足

2.植物水平所需的传热容量不当设计

3.对不良反应和控制的了解不足，包括核电站安全后备系统，以及适当的应急排气

4.书面批处理程序不完善，操作工培训不到位。

桌面评论和筛选测试
在进行过程安全危害评价时，应考虑以下事项。

• 决定扩大
  当管理人员希望在现有设施中扩展化学反应时，可用的信息量可以显着变化。因此，如果有需要解决的问题，必须审查所需的过程并告知组织。因此，需要基于所需化学的平衡方程进行初步危害评估。

初步危险评估：
•编制所有工艺材料的清单，包括但不限于:
o启动和产品基材
o试剂
o催化剂
o溶剂
o副产品
o( off-gasses
•材料特性、危害和其他潜在问题的识别:
o物理性质
o健康危害
o可燃性和静态性能
o热稳定性包括潜在的冲击感和爆炸传播的材料
o综述了高活性官能团反应材料的分子结构
o使用差示扫描量热法（DSC）进行初步筛选测试，以识别起始和最终基材中的热不稳定性
o气相反应性
o建筑材料问题(催化、腐蚀、相容性等)
o特殊危险（氧化剂，发火，水 - 反应等）
•方法:
o对上述信息进行文献检索，并与生产/工艺工程师进行更好的合作
理解过程的局限性
o使用估计技术估计反应热量
o对不凝气体进行量化，以估算体积和速率
o解释关于过程温度和压力的潜在危害，包括其他关键问题

反应的初步评价
一旦我们拥有所有上述信息，我们都处于更好的位置，以确定是否存在任何可能会阻止扩展的潜在问题。

例如，如果反应涉及形成基底盐的简单结晶，没有气体逸出，计算出绝热温升，通过搅拌/加热/冷却反应质量很容易控制，那么可能不需要额外的测试。然而，为了质量目的，如果有碰撞结晶，我们可能需要一个更定量的热平衡。然后我们可以用反应量热法。

有时，需要的反应和猝灭反应涉及活性官能团，而这些官能团可能变得不稳定。因此，使用初步的危害分析将有助于识别有问题的反应
如果我们对反应失去控制，某些情况可能会成为潜在的危险或成为潜在的危险。有几种方式可以实现这一点;一种是通过热失控反应，火灾，或由于误操作如误充电等过程偏差。

定量所需反应
如果我们有一个潜在的问题反应，那么下一步就是量化产生热量的量和速率。类似地，如果有气体逸出，我们将要求对逸出气体速率进行量化，以确保工艺排气
容量是足够的。

因此，本系列中的第二篇文章将根据需要根据初步危害评估中遇到的问题，根据需要进行如何表征所需反应。随后的文章将包括不利的量化
反应和案例研究。

第2部分:预期反应的量化现在出来了!点击下面的链接查看。

参考
1.亨德肖特，华盛顿，《化学反应内在更安全的检查清单》
工艺设计和操作，“化学工艺安全中心
风险与可靠性国际会议与研讨会，2002。
2.Kwasny, R. S.，“减少反应的危险评估策略，”
伦敦南岸大学，英国，1999年。
3.巴顿和罗杰斯，《化学反应的危害》第二版，
中国人民出版社，1997。
4.布莱瑟里克，L，“布莱瑟里克的化学反应危害手册”
第七版，巴特沃斯海涅曼，2008年。
5.化学过程的热安全:风险评估和
工艺设计，”Wiley-VCH, 2008。
6.梅里特，c.w, 2004。"十字路口的化学过程安全"
环境健康观点，112：A332-A333。DOI：10。
1289 /有效马力。112 - a332, 2004。