避免爆炸风险和化学反应危险

爆炸是指体积的快速增加以及极端方式的能量释放，通常伴随着高温的产生和气体的释放。 化学设施内的爆炸需要不惜一切代价进行避免。 化学工艺中的爆炸有两个主要原因：

• 物质能量不稳定，具有爆炸特性。 对工艺进行全面的安全性研究将确定物质对冲击、摩擦、热等因素是否敏感，并可能断定安全处理的特殊程序。
• 工艺可能导致不受控制的热量或气体生成，导致可燃蒸气的逸出，或反应堆的超压导致可燃成分的破裂和损失。

为了避免失控的热量产生风险，务必使用反应量热仪测定反应热（焓）和热释放速率对该工艺进行研究，从而可以设计出一种将失控风险降到较低的工艺。

累积通常指的是在半间歇反应中加样的物质，而这种反应并不是马上就发生的。 此物质的浓度将进行累积/积累，如果之后的反应以更快速度进行或者存在冷却故障，则会发生危险。 累积可使用反应量热仪进行测量，以确定产热速度，以及与添加速度相比如何。 还可以使用原位分析直接测量未反应试剂的浓度。

研究工艺的安全性时，务必要确认是否产生气体，以及在何种情况下会产生气体。 在某些情况下，如脱羧释放CO₂时，这很明显应是工艺的一部分。 在另外一些情况下，如硝化过程中开始失控时，气体的产生可能是由于非预期的副反应或分解造成的。 非预期的气体逸出可能快速导致设备的超压，可能存在失去隔离甚至破坏设施的风险，并带来灾难性的后果。

气体逸出测量是实验室规模工艺安全研究的重要部分，反应量热仪可以轻松配备仪表或传感器系统以定量检测气体逸出的时间和速度，以便可以按比例提供恰当的配置。

当液体蒸发时，需要大量的能量从液态变为汽态。 这就是所谓的蒸发潜热。 在大规模化工生产中经常利用这种现象来帮助从系统中去除热量，从而降低成本，提高工艺的安全性。 因此，通常的做法是至少将批次工艺的一部分在回流条件下运行，以便较大限度地提高反应速度，同时保持安全有效的工艺。 在回流条件下运行反应量热仪需要特别谨慎地捕获从回流冷凝器带走的热量，确保在回流条件下也能保持工艺的完整能量平衡。

本文章将通过实验室和设施的实际案例研究对以下有关热累积的问题进行评估：

• 发生热量累积的原因与时间？
• 累积是重要的考虑因素吗？有多重要？
• 不正确计算累积的影响是什么？

自催化反应通常开始时非常慢，然后由于形成催化剂或中间物导致速度突然增加。 在大规模生产中，这可能非常危险，因为这可能意味着快速产生大量的热量，而冷却系统无法将其去除。 提前了解系统是否存在自催化行为也非常重要，这样才能恰当设计工艺。 反应量热仪可直接测量产生热量的速度，原位分析可提供有关反应速度的进一步详细信息。

激发指的是化学反应的开始点，混合试剂时并不一定存在。在某些情况下，激发仅在经过了一定的时间段之后（自催化期间）、使用了禁止物质时，或者达到某个特定温度（在非等温反应或分解过程中）时才会发生。激发期的存在并不一定意味着反应是危险的，但必须很好地理解事件的参数（时间、持续时间等），以避免危险情况。 例如，格氏反应通常会发生延迟激发，确认激发之前一定不得向反应釜中添加过多的卤化物。 否则存在累积和失控高风险。

了解反应量热法如何帮助科研人员快速筛选条件并安全地放大生产 - 而不需要大量测试。 提供的示例包括：

• 改变温度的同时检测热量释放
• 了解热量累积的效果
• 小规模时进行可放大性问题筛查
• 消除失控反应风险

当反应容器或储存容器等固体物质发生自持分解反应，释放大量能量（热量）时，就会发生爆燃。爆燃本质上是燃烧，但可能在大气中没有氧气的情况下发生。 爆燃不同于爆炸，主要是在反应速度方面，爆炸发生在超音速，爆燃发生在亚音速。 在化学工艺中，需要不惜一切代价避免爆燃。 化学工艺安全性研究务必包括物质的爆燃（和爆炸）可能性评估，还要了解在工艺中可能达到什么温度，尤其在工艺不稳定或冷却故障时会达到什么温度。

RC1反应量热仪的加热和冷却系统基于高速循环的传热流体和大量的预冷却油。 高速可确保在温度变化时快速响应，而装有预先冷却油的储罐可保证在大放热或紧急情况下即时冷却。 除了可确保较高计算精度的算法外，恒温器也可对反应釜中不断变化的条件快速做出反应，以便准确维持所需温度。

EasyMax和OptiMax反应量热仪的温度控制系统使用电加热和基于Peltier的固态冷却技术的概念。 控温系统的紧凑型设计使加热和冷却速度快，无需使用低温恒温器即可达到低于0 °C的温度。 基于该设计，设备占据空间很有限。