Reakční teplo

Po určitou dobu se bezpečnostní aspekty staly nezbytnou součástí vývoje chemických procesů a bezpečnostní koncepty jsou rutinně vyvíjeny při navrhování pilotního nebo rozsáhlého procesu. Průmyslová sdružení a federální úřady, jako jsou CSB, OSHA (USA), HSE (UK), EU-OSHA, EPSC (EU) nebo IPE a Státní správa bezpečnosti práce (SAWS) v Číně, vyžadují, aby chemický a farmaceutický průmysl dodržoval předpisy, které zajišťují bezpečnou výrobu. Směrnice se zaměřovaly na předcházení incidentům a nehodám v chemickém a farmaceutickém průmyslu.

Posouzení rizik vyžaduje klíčové chemické údaje, které popisují vlastnosti látek, ale také informace o samotném procesu. Kromě jiných tepelných informací je reakční teplo základním parametrem, který lze použít k odvození informací souvisejících s bezpečnými procesy a k vybudování znalostí o bezpečnosti procesů. Budování znalostí o bezpečnosti procesů také znamená pochopení požadovaných i možných nežádoucích reakcí. Zatímco nežádoucí reakce se primárně zabývá identifikací možných vedlejších nebo po sobě jdoucích reakcí, které mohou být následovány nekontrolovatelnou reakcí, zkoumání požadované reakce ukazuje, jak se reakce chová za normálních provozních podmínek.

Akumulace výchozího materiálu, reakční teplo, reakční entalpie a měrné teplo jsou některé z klíčových parametrů nezbytných k vytvoření scénářů selhání chlazení požadované reakce. Pokročilejší studie, jako je hodnocení nejhorších scénářů, třída kritičnosti nebo matice kritičnosti, však využívají informace z žáru reakce ve stejné míře.

Reakční teplo lze vypočítat na základě standardního tepla tvorby všech zúčastněných reaktantů. Obvykle se však určuje měřením produkce tepla v průběhu času pomocí reakčního kalorimetru, jako je kalorimetr tepelného toku.

Stanovení reakčního tepla vyžaduje znalost celkové bilance tepelného toku, včetně tepelného toku stěnou reaktoru, množství tepla, které se vyměňuje během dávkování reaktantů nebo rozpouštědel a tepla, které se akumuluje v důsledku zvýšení nebo snížení teploty.

Zatímco rychlost uvolňování tepla a reakční teplo poskytují informaci o tom, jak se teplo uvolňuje v závislosti na čase, teplo reakční entalpie se získává integrací trendu reakčního tepla mezi začátkem a koncem reakce. Vzhledem k tomu, že všechny jednotlivé pojmy tepelného toku jsou relevantní pro celkovou tepelnou bilanci, je třeba dbát na jejich co nejpřesnější určení.

Již více než 30 let je RC1 zlatým standardem v reakční kalorimetrii; RC1 je nástroj, kterému můžete důvěřovat. Model RC1mx staví na svých předchůdcích a přidává úroveň pohodlí pro rychlejší vývoj lépe optimalizovaných, robustnějších a ekonomicky životaschopnějších procesů.

• Pochopte svůj proces
  Určete termodynamická data rychle a přesně za izotermických nebo neizotermních podmínek.
  
• Kalorimetrie tepelného toku – jednoduše spolehlivá
  Kalorimetrie tepelného toku, která je odolná a odolná vůči vnějším vlivům, umožňuje přesně a precizně měřit vývoj tepla za procesních podmínek.
  
• Změřte skutečné reakční teplo
  Měření skutečného reakčního tepla je základem pro pochopení průběhu chemických reakcí, jejich kinetiky a potenciálního rizika.

Tepelná konverze je relevantní informací pro vývoj chemického procesu a popisuje vztah mezi parciálním reakčním teplem jako funkcí času a celkovým reakčním teplem. Výpočet tepelné konverze je založen výhradně na teple uvolněném během reakce na rozdíl od chemické konverze, která je založena na chemické přeměně z reaktantů na produkty.

Zatímco tepelná konverze na konci reakce je vždy 100 %, chemická konverze může být nižší a liší se v závislosti na volbě parametrů procesu. Cílem chemického vývoje je skutečně dosáhnout co nejvyšší přeměny reaktantů, což vede k co nejvyššímu výtěžku.

Reakční kalorimetrie v kombinaci s analýzou v reálném čase, jako je in-situ FTIR spektroskopie, je ideální metodou pro studium průběhu chemické reakce, přeměny reaktantů, tvorby produktů, vedlejších produktů a meziproduktů při současném měření termodynamických informací, jako je reakční teplo, tepelný tok, měrné teplo nebo přenos tepla.

Díky informacím získaným z RC1 (např. reakční teplo, tepelná kapacita a rychlost produkce tepla) byl zavedený, ale náročný proces optimalizován a implementován ve velkém měřítku ve velmi krátkém čase. Optimalizace vedla k úsporám přibližně 70 000 USD, protože nebyla vyžadována žádná pilotní fáze. Kromě toho bylo možné dosáhnout ročních úspor ve výši 50 000 USD na výrobních nákladech díky levnějšímu vybavení a větší velikosti šarže.

Oba kroky syntézy indolu, syntéza fenylhydrazonu následovaná uzavřením Fischerova kruhu, byly zkoumány v reakčním kalorimetru RC1.

Výzkum se zaměřil především na rychlost uvolňování tepla, reakční teplo a přenos tepla, jakož i na vliv reakční teploty a v pozdější fázi na rychlost dávkování na výše uvedené informace. Na základě experimentálních dat, teploty a dávkovacího režimu, stejně jako času a chlazení, bylo možné odhadnout výkon potřebný pro provoz v reaktoru elektrárny. Skutečnost, že stávající proces mohl být upraven tak, aby byl prakticky řízen dávkováním, také zlepšila bezpečnost ve výrobním měřítku, což podstatně eliminovalo potřebu nákladných bezpečnostních opatření.

Použijte modelování Dynochem k zajištění efektivního míchání a přenosu tepla při reakcích na šířku. Dynochem usnadňuje rychlé porovnání laboratorních, pilotních a výrobních reaktorů a nalezení vhodných směšovacích parametrů pro bezpečné urychlení přenosu z reaktoru do reaktoru. S daty získanými reakční kalorimetrií a modelováním Dynochem rychle zajistěte bezpečnost chemického procesu a výkonnost procesu napříč měřítky.