Hvorfor termisk processikkerhed?

Udslippet af methylisocyanat fra en Union Carbide-fabrik, der producerede pesticider, den 3. december 1984 i Indien omtales nogle gange som "den mest ødelæggende kemiske katastrofe i historien". [3] Tusindvis af mennesker døde som følge af denne ulykke.

Seveso-ulykken skete den 10. juli 1976 på den kemiske fabrik Icmesa i Meda nær Milano i Italien og førte til et massivt udslip af dioxinen TCDD (kemisk navn: 2,3,7,8-tetrachlordibenzodioxin) [4]. Det gav navn til den europæiske forordning 2012/18/EU "om kontrol med risikoen for større uheld med farlige stoffer", kendt som Seveso III-direktivet.

Heldigvis er sådanne alvorlige ulykker meget sjældne, men mindre hændelser forekommer fra tid til anden. For eksempel kan omkring 25 % af hændelserne i den franske kemiske industri mellem 1974 og 2014 tilskrives termiske løbsk-reaktioner [5]. I Kina var termiske løbsk-reaktioner ansvarlige for 271 hændelser mellem 1984 og 2019 [6]. I USA skete der 167 hændelser relateret til termiske løbsk-reaktioner mellem 1985 og 2001 [7].

For nylig har termiske løbsk-reaktioner i litium-ion-batterier, som bruges i elbiler, el-cykler og el-scootere, skabt overskrifter. I juli 2023 udbrød der brand på en biltransportør med 3000 køretøjer nær den hollandske kyst.

Hvad er termisk processikkerhed?

Målet med termisk processikkerhed er at tillade kemiske reaktioner at finde sted på en kontrolleret måde og at forhindre Termisk løbskEt termisk runaway er den situation, hvor en kemisk reaktor er ude af kontrol med hensyn til temperatur- og/eller trykproduktion forårsaget af selve den kemiske reaktion. Simulering af en termisk runaway udføres normalt ved hjælp af en kalorimeteranordning i henhold til accelereret hastighedskalorimetri (ARC).termisk løbsk.

Risikoanalyse som et vigtigt emne

For at opnå ovennævnte mål skal risiciene ved en kemisk reaktion eller de anvendte kemikalier bestemmes og vurderes systematisk, og der skal udledes passende foranstaltninger til at minimere farerne. Dette sker i en detaljeret risikoanalyse, som udføres i tilfælde som f.eks:

• Ved introduktion af en ny synteseproces (opskalering)
• Ved ændring/optimering af en eksisterende proces med hensyn til
  • mængde og type af reagenser
  • Mængde og type af opløsningsmidler
  • Tilsætningsrækkefølge
  • Procesbetingelser
• Ved flytning af produktionsstedet
  • fra en reaktor til en anden
  • fra et anlæg til et andet eller
  • fra et land til et andet

Fra udvikling til produktion øges materialemængderne fra mg til kg eller endda tons. På samme måde øges farerne ved håndtering af brandfarlige opløsningsmidler og energetiske stoffer/reaktioner.

Hvad kan der ske, hvis en reaktion kommer ud af kontrol, f.eks. på grund af svigt i et kølesystem?

For at identificere, kvantificere og forstå de potentielle farer, risici og farer for arbejdsmiljøet kan man bruge forskellige teknikker og modeller.

Sikkerhed først! - Bestemmelse af nøgleparametre

European Federation of Chemical Engineering (EFCE) definerer begrebet "risiko" som et mål for potentialet for skader på miljøet eller mennesker i form af sandsynlighed og alvorlighed. Dette forhold udtrykkes ofte i form af følgende ligning:

Risiko = Alvorlighed x Sandsynlighed[8]

For at bestemme de iboende svagheder i en proces beskrives og analyseres hændelsesscenarier med hensyn til den forventede alvorlighed og sandsynlighed for forekomst. Resultatet kan være en risikomatrix.
Eksempel på kriterier for en risikovurdering (i henhold til [9]):

Alvorlighed: Jo højere temperatur, jo højere tryk, jo højere forventet skade
Sandsynlighed: Jo kortere tid der er tilbage til at genoprette en sikker situation, jo større er sandsynligheden for en Termisk løbskEt termisk runaway er den situation, hvor en kemisk reaktor er ude af kontrol med hensyn til temperatur- og/eller trykproduktion forårsaget af selve den kemiske reaktion. Simulering af en termisk runaway udføres normalt ved hjælp af en kalorimeteranordning i henhold til accelereret hastighedskalorimetri (ARC).termisk løbsk reaktion.

_ΔTad står for temperaturstigningen under adiabatiske forhold og er et mål for konsekvenserne af en løbsk reaktion; _TMRad står for tid-til-maksimal-rate under adiabatiske forhold.

Hvad er adiabatiske forhold?
AdiabatiskAdiabatisk beskriver et system eller en målemetode uden nogen form for varmeudveksling med omgivelserne. Denne tilstand kan realiseres ved hjælp af en kalorimeteranordning i henhold til metoden for accelererende hastighedskalorimetri (ARC). Hovedformålet med et sådant apparat er at studere scenarier og termiske runaway-reaktioner. En kort beskrivelse af den adiabatiske tilstand er "ingen varme ind - ingen varme ud".Adiabatisk betyder: Ingen varmeudveksling mellem et system og dets omgivelser. Hvis varmen ikke kan udledes under en EksotermEn prøveovergang eller en reaktion er eksoterm, hvis der udvikles varme.eksoterm reaktion, er det Det værst tænkelige scenarieI forbindelse med en kemisk reaktor er et worst case-scenarie den situation, hvor temperatur- og/eller trykproduktion forårsaget af reaktionen kommer ud af kontrol.det værst tænkelige scenarie. Al den energi, der frigives ved reaktionen, øger systemets temperatur.

Hvad er TMR?

Tid til maksimal hastighed er tiden mellem starten af en løbsk reaktion og punktet med maksimal reaktionshastighed. Med andre ord den tid, det tager for en termisk eksplosion at udvikle sig.
Ifølge Van't Hoff-reglen fordobles reaktionshastigheden med en temperaturstigning på 10 K [8].

tMR er en tidsangivelse, mens _TMR24h (eller _TD24, D = decomposition) er en temperatur: den temperatur, hvor TMR er 24 timer. Nogle gange bruges der dog også andre tider som beregningsgrundlag, f.eks. 8 timer som mål for et lag.

Eksempel på et flowdiagram til vurdering af kemiske farer (i henhold til [10]):

Metoder til termisk analyse (dynamisk differentialkalorimetri, termogravimetrisk analyse, AdiabatiskAdiabatisk beskriver et system eller en målemetode uden nogen form for varmeudveksling med omgivelserne. Denne tilstand kan realiseres ved hjælp af en kalorimeteranordning i henhold til metoden for accelererende hastighedskalorimetri (ARC). Hovedformålet med et sådant apparat er at studere scenarier og termiske runaway-reaktioner. En kort beskrivelse af den adiabatiske tilstand er "ingen varme ind - ingen varme ud".adiabatisk kalorimetri) anvendes til vurdering af Termisk stabilitetEt materiale er termisk stabilt, hvis det ikke nedbrydes under påvirkning af temperaturen. En måde at bestemme et stofs termiske stabilitet på er at bruge en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet.

NETZSCH - Din leverandør af komplette løsninger

NETZSCH Analyzing & Testing er din komplette leverandør af løsninger inden for termisk sikkerhed. Vi tilbyder analyseinstrumenter sammen med passende software til forudsigelse og simulering:

Til undersøgelser af termisk risikovurdering er Differential Scanning Calorimetry(DSC) den mest almindeligt anvendte metode. Accelerating Rate Calorimetry (ARC^®) er også inkluderet (se flowdiagram). Kalorimeter med flere moduler (MMC)En kalorimeteranordning med flere tilstande, der består af en basisenhed og udskiftelige moduler. Et modul er forberedt til accelerationskalorimetri (ARC), ARC-modulet. Et andet bruges til scanningstest (Scanning Module), og et tredje og fjerde er relateret til batteri og polymer, farmaceutisk testning af møntceller (Coin Cell Module).MMC Multiple Module Calorimeter har en særlig position, da det kan bruges til både screeningsprocedurer (Scanning-Module) og Accelererende hastighedskalorimetri (ARC)Metoden beskriver isotermiske og adiabatiske testprocedurer, der anvendes til at påvise termisk eksoterme nedbrydningsreaktioner.ARC^® tests (Accelererende hastighedskalorimetri (ARC)Metoden beskriver isotermiske og adiabatiske testprocedurer, der anvendes til at påvise termisk eksoterme nedbrydningsreaktioner.ARC^® Module).

Standardtestprotokollen for Accelererende hastighedskalorimetri (ARC)Metoden beskriver isotermiske og adiabatiske testprocedurer, der anvendes til at påvise termisk eksoterme nedbrydningsreaktioner.ARC^® -målinger kaldes Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search er en målemetode, der anvendes i kalorimeterudstyr i henhold til accelerationskalorimetri (ARC).Heat-Wait-Search [11]. Prøven opvarmes i trin og kontrolleres for selvopvarmning i en tilsvarende ventefase (se diagram). Hvis en bestemt tærskelværdi for selvopvarmning (normalt 0,02 K/min) overskrides, skifter målesystemet til sporingstilstand og måler den forekommende temperaturstigning.

Skematisk diagram over et Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search er en målemetode, der anvendes i kalorimeterudstyr i henhold til accelerationskalorimetri (ARC).heat-wait-search -eksperiment [12]

I overensstemmelse med ASTM E1981 [11] kan den frigivne varmemængde bestemmes ud fra den observerede temperaturstigning, _ΔTobs, ved at multiplicere den med den termiske inerti (eller Phi-faktoren), _ΔTad, og ved at multiplicere produktet med prøvebeholderens varmekapacitet.

_TMR24h eller_TD24 kan beregnes på grundlag af forskellige kinetiske modeller.

Ved hjælp af den nye Termica Neo-software kan den termiske opførsel af kemikalier i large volumener (reaktorer, siloer osv.) simuleres.

Vores seneste blogartikler:

• 
  14.05.2026

  Polymerhærdning - hvordan NETZSCH Termica Neo gør hærdningen synlig

• 
  03.03.2026

  Opskalering og sikkerhed: Sådan forudsiger NETZSCH Termica Neo, hvad der kan gå galt

• 
  10.02.2026

  Forudsigelse af proteindenaturering under pasteurisering med NETZSCH Kinetics Neo Software

• 
  03.02.2026

  Fra kinetisk model til anvendelse i den virkelige verden: Hvordan NETZSCH Termica Neo simulerer termiske reaktioner

• 
  03.09.2025

  Forbedring af lithium-ion-batteriers sikkerhed: Termisk og kinetisk analyse af LiPF₆-elektrolytter med NETZSCH DSC &. Kinetics Neo

• 
  12.08.2025

  Biomassepyrolysens hemmeligheder: Hvordan termogravimetrisk analyse hjælper med at optimere valoriseringen af olivensten

• 
  20.05.2025

  Oxidativ flydendegørelse af vindmøllevinger: En ny dimension i genbrug af kompositmaterialer

• 
  18.03.2025

  UV-hærdning i polymerer: Indsigt ved hjælp af termisk analyse og reologi med NETZSCH instrumenter

Webinarer: