Proč tepelná bezpečnost procesů?

Únik methylisokyanátu z továrny Union Carbide na výrobu pesticidů 3. prosince 1984 v Indii je někdy označován za "nejničivější chemickou katastrofu v dějinách". [3] V důsledku této havárie zahynuly tisíce lidí.

K havárii v Sevesu došlo 10. července 1976 v chemickém závodě Icmesa v Medě u Milána v Itálii a vedla k masivnímu úniku dioxinu TCDD (chemický název: 2,3,7,8-tetrachlordibenzodioxin) [4]. To dalo název evropskému nařízení 2012/18/EU "o kontrole nebezpečí závažných havárií s přítomností nebezpečných látek", známému jako směrnice Seveso III.

Takové závažné havárie jsou naštěstí velmi vzácné, ale k menším nehodám čas od času dochází. Například přibližně 25 % havárií ve francouzském chemickém průmyslu v letech 1974-2014 lze přičíst tepelným únikovým reakcím [5]. V Číně byly tepelné únikové reakce v letech 1984 až 2019 příčinou 271 havárií [6]. V USA došlo v letech 1985 až 2001 ke 167 incidentům souvisejícím s tepelnými únikovými reakcemi [7].

V poslední době se na titulní stránky novin dostávají tepelné únikové reakce v lithium-iontových bateriích, které se používají v elektromobilech, elektrokolech a elektrokoloběžkách. V červenci 2023 vypukl požár na automobilovém transportéru s 3 000 vozidly poblíž nizozemského pobřeží.

Co je to tepelná bezpečnost procesů?

Cílem tepelné bezpečnosti procesů je umožnit, aby chemické reakce probíhaly kontrolovaně, a zabránit tepelnému vyčerpání.

Analýza rizik jako důležitá otázka

Aby bylo dosaženo výše uvedeného cíle, je třeba systematicky stanovit a posoudit rizika chemické reakce nebo použitých chemických látek a odvodit vhodná opatření k minimalizaci nebezpečí. K tomu dochází při podrobné analýze rizik, která se provádí v případech, jako je např:

• Při zavádění nového procesu syntézy (rozšiřování rozsahu)
• Při změně/optimalizaci stávajícího procesu s ohledem na
  • množství a typ činidel
  • Množství a typ rozpouštědel
  • Pořadí přidávání
  • Podmínek procesu
• Při přemístění výrobního místa
  • z jednoho reaktoru do druhého
  • z jednoho závodu do druhého nebo
  • z jedné země do druhé

Od vývoje k výrobě se množství materiálu zvyšuje z mg na kg nebo dokonce na tuny. Stejně tak se zvyšuje nebezpečí při manipulaci s hořlavými rozpouštědly a energetickými látkami/reakcemi.

Co se může stát, když se reakce vymkne kontrole, např. v důsledku selhání chladicího systému:

Pro Identify, kvantifikaci a pochopení potenciálních nebezpečí, rizik a ohrožení pracovního prostředí lze použít různé techniky a modely.

Bezpečnost především! - Stanovení klíčových parametrů

Evropská federace chemického inženýrství (EFCE) definuje pojem "riziko" jako míru potenciální škody a poškození životního prostředí nebo lidí z hlediska pravděpodobnosti a závažnosti. Tento vztah se často vyjadřuje ve formě následující rovnice:

Riziko = závažnost x pravděpodobnost[8]

Pro určení inherentních slabých míst procesu jsou popsány a analyzovány scénáře incidentů s ohledem na očekávanou závažnost a pravděpodobnost výskytu. Výsledkem může být matice rizik.
Příklad kritérií pro posouzení rizik (podle [9]):

Závažnost: Čím vyšší teplota, tím vyšší tlak, tím vyšší očekávané poškození
Pravděpodobnost: Čím kratší čas zbývá k obnovení bezpečné situace, tím větší je pravděpodobnost tepelné reakce.

_ΔTad znamená nárůst teploty za AdiabatickýAdiabatický popisuje systém nebo režim měření bez výměny tepla s okolím. Tento režim lze realizovat pomocí kalorimetrického zařízení podle metody zrychlené kalorimetrie (ARC). Hlavním účelem takového zařízení je studium scénářů a tepelných runaway reakcí. Stručný popis adiabatického režimu zní "žádné teplo dovnitř - žádné teplo ven".adiabatických podmínek a je měřítkem následků tepelné reakce typu runaway; _TMRad znamená dobu do dosažení maximální rychlosti za AdiabatickýAdiabatický popisuje systém nebo režim měření bez výměny tepla s okolím. Tento režim lze realizovat pomocí kalorimetrického zařízení podle metody zrychlené kalorimetrie (ARC). Hlavním účelem takového zařízení je studium scénářů a tepelných runaway reakcí. Stručný popis adiabatického režimu zní "žádné teplo dovnitř - žádné teplo ven".adiabatických podmínek.

Co jsou to adiabatické podmínky?
Adiabatické znamená: Žádná výměna tepla mezi systémem a okolím. Pokud se během exotermické reakce nemůže teplo odvádět, jedná se o nejhorší možný scénář. Veškerá energie uvolněná reakcí zvyšuje teplotu systému.

Co je to TMR?

Doba do dosažení maximální rychlosti je doba mezi začátkem rozběhové reakce a bodem maximální rychlosti reakce. Jinými slovy doba, za kterou dojde k tepelnému výbuchu.
Podle Van't Hoffova pravidla se reakční rychlost zdvojnásobí při zvýšení teploty o 10 K [8].

tMR je časová specifikace, zatímco _TMR24h (nebo _TD24, D = Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad) je teplota: teplota, při které je TMR 24 hodin. Někdy se však jako základ pro výpočet používají i jiné časy, např. 8 hodin jako míra pro jednu vrstvu.

Příklad vývojového diagramu pro hodnocení chemických rizik (podle [10]):

K posouzení tepelné stability slouží metody termické analýzy (dynamická diferenciální kalorimetrie, termogravimetrická analýza, adiabatická kalorimetrie).

NETZSCH - Váš poskytovatel kompletních řešení

NETZSCH Analyzing & Testing je kompletní poskytovatel řešení v oblasti tepelné bezpečnosti. Nabízíme analytické přístroje spolu s příslušným softwarem pro predikci a simulaci:

Pro studie hodnocení tepelných rizik se nejčastěji používá diferenciální skenovací kalorimetrie(DSC). Součástí je také kalorimetrie se zrychlující se rychlostí (ARC^® ) (viz vývojový diagram). Zvláštní postavení zaujímá Kalorimetr s více moduly (MMC)Kalorimetr s více režimy se skládá ze základní jednotky a vyměnitelných modulů. Jeden modul je připraven pro kalorimetrii s urychlováním (ARC), ARC-Modul. Druhý slouží ke skenovacím zkouškám (Scanning Module) a třetí a čtvrtý se týká baterií a polymerů, farmaceutických zkoušek pro mincové články (Coin Cell Module).vícemodulový kalorimetr Kalorimetr s více moduly (MMC)Kalorimetr s více režimy se skládá ze základní jednotky a vyměnitelných modulů. Jeden modul je připraven pro kalorimetrii s urychlováním (ARC), ARC-Modul. Druhý slouží ke skenovacím zkouškám (Scanning Module) a třetí a čtvrtý se týká baterií a polymerů, farmaceutických zkoušek pro mincové články (Coin Cell Module).MMC, protože jej lze použít jak pro screeningové postupy (Skenovací modulKalorimetrický modul, který je součástí kalorimetru Multipe Module Calorimeter (MMC) a umožňuje skenování vzorku. Tento postup může sloužit jako screeningová zkouška za účelem zjištění potenciálního tepelného nebezpečí v přiměřeně krátké době měření.skenovací modul), tak pro testy Zrychlená kalorimetrie (ARC)Metoda popisující izotermické a adiabatické zkušební postupy používané k detekci tepelně exotermických rozkladných reakcí.ARC^® (Zrychlená kalorimetrie (ARC)Metoda popisující izotermické a adiabatické zkušební postupy používané k detekci tepelně exotermických rozkladných reakcí.ARC^® Modul).

Standardní zkušební protokol pro měření Zrychlená kalorimetrie (ARC)Metoda popisující izotermické a adiabatické zkušební postupy používané k detekci tepelně exotermických rozkladných reakcí.ARC^® se nazývá Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search je režim měření používaný v kalorimetrických přístrojích podle kalorimetrie zrychlující se rychlostí (ARC).Heat-Wait-Search [11]. Vzorek se zahřívá postupně a v odpovídající čekací fázi se kontroluje, zda se nezahřívá sám (viz schéma). Pokud je překročena určitá prahová hodnota samozahřívání (obvykle 0,02 K/min), měřicí systém se přepne do sledovacího režimu a měří nastalý nárůst teploty.

Schéma experimentu Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search je režim měření používaný v kalorimetrických přístrojích podle kalorimetrie zrychlující se rychlostí (ARC).heat-wait-search [12]

V souladu s normou ASTM E1981 [11] lze množství uvolněného tepla určit ze zjištěného nárůstu teploty, _ΔTobs, jeho vynásobením tepelnou setrvačností (nebo faktorem Phi), _ΔTad, a vynásobením součinu zase tepelnou kapacitou nádoby se vzorkem.

_TMR24h nebo_TD24 lze vypočítat na základě různých kinetických modelů.

Pomocí nového softwaru Termica Neo lze simulovat tepelné chování chemických látek v objemech large (reaktory, sila atd.).

Naše nejnovější články na blogu:

• 
  14.05.2026

  Vytvrzování polymerů - jak NETZSCH Termica Neo zviditelňuje vytvrzování

• 
  03.03.2026

  Rozšíření a bezpečnost: Jak NETZSCH Termica Neo předpovídá, co by se mohlo pokazit

• 
  10.02.2026

  Předpověď denaturace bílkovin během pasterizace pomocí softwaru NETZSCH Kinetics Neo

• 
  03.02.2026

  Od kinetického modelu k reálné aplikaci: Jak NETZSCH Termica Neo simuluje tepelné reakce

• 
  03.09.2025

  Zlepšení bezpečnosti lithium-iontových baterií: Tepelná a kinetická analýza elektrolytů LiPF₆ pomocí NETZSCH DSC & Kinetics Neo

• 
  12.08.2025

  Tajemství pyrolýzy biomasy: jak termogravimetrická analýza pomáhá optimalizovat zhodnocování olivových pecek

• 
  20.05.2025

  Oxidační zkapalňování lopatek větrných turbín: Nový rozměr recyklace kompozitů

• 
  18.03.2025

  Vytvrzování UV zářením v polymerech: Přístroje NETZSCH: poznatky z termické analýzy a reologie

Webové semináře: