避免化學反應的爆炸風險和危險

爆炸是體積的快速增加和能量的極端釋放，通常伴隨著高溫的產生和氣體的釋放。化工廠的 爆炸需要不惜一切代價避免。化學過程中爆炸的主要原因有兩個 ：

• 該材料能量不穩定，並具有爆炸性。對該過程進行全面的安全研究將確定材料是否對衝擊、摩擦、熱量等敏感，並可能規定安全處理的特殊程序。
• 該過程可能導致不受控制的熱量或氣體產生，導致易燃蒸氣逸出，或反應器過壓導致內容物破裂和損失，這些內容物可能是易燃的。

為了避免不受控制的熱量產生的風險，必須使用反應量熱儀研究該過程，以確定反應熱（焓）和熱量釋放速率，以便設計出一種將失控風險降至最低的過程。

累積通常是指在半間歇反應期間計量的材料不會立即反應。 如果反應開始以更快的速度運行，或者出現冷卻故障，這種材料的濃度會積聚/積累並造成危險。可以使用反應量熱儀測量累積，以確定產生熱量的速率，以及與添加速率的比較。也可以使用 原位 分析直接測量未反應試劑的濃度。

在研究製程的安全性時，必須確認是否正在產生氣體以及在什麼情況下產生氣體。在某些情況下，例如 脫羧釋放 CO₂，這是 該過程中明顯且預期的部分。 在其他情況下， 例如 在硝化過程中開始失控時，氣體產生可能是由於意外的副反應或分解造成的。意外的氣體釋放會迅速導致設備過壓，從而有失去安全殼甚至導致工廠破裂的風險，從而造成災難性後果。

氣體逸出的測量是實驗室規模過程安全調查的重要組成部分，反應量熱儀可以輕鬆配備儀表或傳感器系統，以定量檢測氣體逸出的時間和速率，以便大規模提供適當的供應。

當液體蒸發時，需要大量的能量才能從液相變為氣相。這被稱為蒸發潛熱。這種現象經常用於大規模化學品製造，以幫助去除系統中的熱量，從而降低成本並提高過程的安全性。因此，通常的做法是在回流條件下操作至少部分批次製程，以便在保持安全高效的製程的同時最大限度地提高反應速率。反應量熱儀在回流條件下的操作需要特別注意捕獲回流冷凝器中帶走的熱量，並確保即使在回流條件下也能保持過程的完整能量平衡。

本文透過實驗室和工廠的實際案例研究，評估了以下有關熱積累的問題：

• 為什麼以及何時會發生熱積累？
• 熱積累是否重要，它有多大？
• 熱累積計算不正確會產生什麼影響？

自催化反應有開始非常緩慢的趨勢，然後由於催化化合物或中間體的形成而速率突然增加。這在大規模時可能極其危險，因為這可能意味著冷卻系統無法去除的大量熱量的快速產生。提前了解系統是否表現出自催化行為至關重要，這樣才能正確設計製程。反應量熱儀允許直接測量發熱速率， 原位 分析可以提供有關反應發生速率的進一步信息。

起始是化學反應開始的點，不一定是在試劑混合 時。在某些情況下，起始僅發生在經過一定時間段後（在自催化期間）、當抑制物質被消耗時或當達到一定溫度時（在非等溫反應或分解期間）。 起始期的存在並不一定意味著反應是危險的， 但至關重要的是，充分了解事件的參數（時間、持續時間等），以避免危險情況。例如， 格氏反應 通常會延遲引發，重要的是在確認引發之前不要向反應器中添加過多的鹵化物。否則，堆積和失控的風險很高。

了解反應量熱法如何幫助科學家快速篩選條件並安全地擴大規模，而無需大量測試。提供的範例包括：

• 在改變溫度時偵測熱量釋放
• 了解熱量積聚的影響
• 篩選小規模的可擴展性問題
• 消除反應 失控的風險

當固體材料（例如反應器容器或儲存容器）經歷自我維持分解反應，釋放大量能量（熱量）時，就會發生爆燃。 爆燃本質上是燃燒，但也可能在大氣中沒有氧氣的情況下發生。爆燃與爆震的不同之處在於反應速度，爆震發生在超音速下，爆燃發生在亞音速下。在化學過程中，需要不惜一切代價避免爆燃。 化學製程安全研究 應始終包括評估材料對爆燃（和爆炸）的敏感性，以及了解製程過程中可能達到的溫度，特別是在製程中斷或冷卻失敗的情況下。

RC1反應量熱儀的加熱和冷卻系統基於高速的循環傳熱流體和大量的預冷油。雖然高速確保了對溫度變化的快速響應，但帶有預冷油的儲液罐保證了在大放熱或緊急情況下的瞬時冷卻。除了確保計算最高精度的算法外，恆溫器還設計為快速響應反應堆內不斷變化的條件，以便準確保持所需的溫度。

EasyMax 和 OptiMax 反應量熱儀的溫度控制系統採用電加熱和基於帕爾貼的固態冷卻技術的概念。由於採用緊湊的恆溫器設計，加熱和冷卻速度都極快，使系統無需使用低溫恆溫器即可達到遠低於 0 °C 的溫度。由於設計，空間要求最小。