反应安全风险评估_什么是精细化工反应热风险？

反应的安全风险评估(什么是精细化工的反应热风险？)

精细化工多为间歇或半间歇封闭生产方式，釜内物料的反应主要受热力学和动力学影响。一旦反应失控，反应速率往往在诱导期后呈指数增长，同时随着温度、蒸汽压力、分解压力的飙升，严重的可能导致爆炸。

反应失控的主要原因是热量积累。精细化工中的大多数反应都是放热反应。当反应温度过高，散热差甚至冷却失败时，釜内物料处于绝热环境，这部分热量无法散发到外界，只能不断加热自身加速反应热的产生，形成恶性循环。热量积聚的两大原因是反应器的搅拌故障或冷却故障，如故障或突然停电。搅拌停止工作，反应物料堆积，放热反应无法去除。

(资料图)

整个反应器系统通常是一个低热传导率系统。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。比如两个线性比例为1:10的容器，体积比为1:1000，比表面积为10:1！

不同研究阶段的反应堆容量和自然散热功率见下表。在实际生产中，自然散热功率只有0.04 W/(L*K)，材料的产热率远远高于自然散热率，基本上是一个绝热的环境。

在反应堆中，正常过程是:

产热=散热+蓄热+散热

此时，反应可以在受控的温度下进行。一旦过程失控，除热失败，积热占主导，几乎所有的产热都转化为积热，进一步导致温度升高和反应加速的恶性循环，最终导致爆炸。基于保守原理，采用最坏的情况，假设热量产生后不会损失，即在绝热环境下定量研究反应热失控。

假设反应在恒温下进行，则整个合成过程的温度近似恒定或变化范围在正常工艺下的可控范围内。一旦中途热量失控，合成温度就会偏离预定曲线，导致温度明显升高。在绝热条件下，和优优资源 *** 反应达到的更高温度称为MTSR。

Tp: ProcessTemperature，也是冷却失败时的初始温度。

MTSR:(合成反应更高温度)绝热条件下合成反应可能达到的更高温度，考虑到更大的物质积累。

Qs:合成反应的放热

Tad，syn:合成反应绝热温升。它与反应体系的总热容和反应放热有关。

如果失控合成的更高温度达到材料的初始分解温度，也会引起二次分解反应。通常情况下，分解反应比合成反应更激烈，产生更多的气体，温度和压力上升更快，爆炸风险更高。

在绝热环境中，任何温度达到更大反应速率的时间差称为热失控的爆炸时间TMR，它是时间对温度的函数。可以理解为温度控制失效，系统已经升到一定温度t时，人工干预和终止最坏情况的时间长度，对应于MTSR的TMRad与绝热条件下合成反应后样品进一步分解的可能性有关。

工艺温度对应的TMR可以理解为从冷却失控到手动处理并停止最坏情况的时间长度。图中时间横坐标为预警时间，从右到左逐渐增加。实验表明，工艺温度越高，剩余处理时间越短，一旦冷却失控，风险越高。

TD24是TMR的衍生数据，表示达到更大值的时间。Rate是对应于24小时的起始温度，以及TD8和TD4。这些数据可以通过TMR曲线外推，并在风险评估中经常与Tp和MTSR进行比较。一般情况下，工艺温度Tp应设计为低于TD24，以便在温度控制失败时，预计有超过24小时的报警和处理时间。注意，这个参数是温度维度，而TMR是时间维度。

Td24与工艺温度和合成温度的关系如图所示:TP 24h。材料在这个工艺温度下是稳定的，热量失控时有足够的时间进行预警和处理。Tp > td24: TMR (TP) TD24:TMR(MTSR)

加速特性下的压力失控会导致反应釜爆炸，其主要来源有:1。某些合成反应的气体产物；2.二次分解反应的气体产物；3.温度失控时溶剂和反应物本身的气化。

MMT，技术原因的更高温度，指的是物料系统在常压下的沸点，而在密闭条件下，指的是自动安全泄压或手动紧急泄压时的温度。该参数可视为反应体系在温度轴上的“安全屏障”，常与MTSR和TD24相比较进行风险评估。

2017年，原国家安全生产监督管理总局发布了风险评估的指导意见和指南，明确了具体的评估手段和方法。

评估的核心是可能性和严重程度，即危险是否会发生，如果发生会有多严重，从而科学地指导工艺优化以规避风险。

基于工艺温度和TD24之间的比较来确定材料的热稳定性评价。如果Tp > TD24，则意味着材料在工艺条件下不稳定。需要优化现有的工艺条件或采取一定的技术控制措施，以保证物料在加工过程中的安全性和稳定性。

燃烧和爆炸的风险评估根据分解热数据进行分级。放热量大的物质，绝热温度上升，反应加速特征明显，潜在爆炸危险性高。

目标安全风险的可能性评估基于对应于绝热合成反应的更高温度MTSR的爆炸时间TMRad。TMAD和MTSR与不受控制的反应进一步触发二级反应的可能性有关，也决定了一旦触发二级反应的人工处置时间。

目标反应-失控严重程度评价，根据绝热条件下过程反应的温升程度进行分级。温升与反应放热成正比。反应释放的热量越大，系统失控后的温升越明显，容易导致温度超过某些组分的热分解温度，发生分解反应和二次分解反应，产生气体或某些物质本身气化，导致系统压力迅速升高，甚至反应容器破裂，发生爆炸事故。

风险矩阵对失控反应的可能性和严重程度进行组合和综合评价，并按照可接受风险、有条件可接受风险和不可接受风险分区域表示，便于参考和应用。

工艺风险评估，根据工艺温度、MTSR、MTT和TD24的关系进行评级，根据风险等级预测后果，优化和改进工艺。不同过程风险等级的风险控制措施见表。对于风险等级超过3级的过程，需要进一步获取二次反应的初始温度、更高温度、更高压力、更大升温速率、更大压力上升速率、绝热温升等参数，以及失控反应系统的温度与压力的关系，以确定更高的风险控制措施。对于4级和5级工艺，当需要工业化时，应努力优先进行工艺优化或改变工艺方法以降低风险。

反应风险评估流程示例:

工艺是在标准大气压下，将A料和B料加入反应釜中，升温至60℃，滴加C料，体系在75℃沸腾。滴完后，保持温度在60℃，反应1小时。本步骤工艺温度为60℃，更高工艺温度MTT为75℃。

测试结果表明，合成反应的绝热温升△Tad，syn = 78.2 K，则MTSR等于60+78.2=138.2℃，TD24=75.6℃。

根据研究结果，目标响应安全风险评估结果如下:

(1)该反应的绝热温升△Tad为78.2 K，该反应失控的严重程度为“2级”。

(2)更大反应速率的到达时间为1.1小时，对应的温度为138.2℃。反应失控的概率等级为3级。一旦发生热力失控，人工处置时间不足，容易引发事故。

(3)风险矩阵评估结果:风险等级为ⅱ级，属于有条件接受风险，需要建立相应的控制措施。

（4）反应工艺危险度等级为4级（Tp

关键词： 精细化工