Mengapa Keamanan Proses Termal?
Pada tanggal 4 Agustus 2020, sebuah gudang yang berisi amonium nitrat meledak di pelabuhan Beirut. Ledakan tersebut menghancurkan large sebagian pelabuhan. Secara keseluruhan, lebih dari 200 orang tewas dan sekitar 7.000 orang terluka [1]. Keselamatan termal tidak hanya terkait dengan produksi, tetapi juga penyimpanan dan pengangkutan bahan kimia.
Pengendalian Bahaya Reaksi dalam Industri Farmasi, Kimia, Makanan dan Pertanian
largeSeveso 1976, Bhopal 1984 - Dua kecelakaan kimia berskala besar yang disebabkan oleh reaksi kimia eksotermis yang tidak terkendali yang dikenal sebagai Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal.
Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).Pelarian termal (kadang-kadang disebut ledakan termal) mengacu pada panas berlebih akibat proses EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik yang memperkuat diri sendiri/berkembang sendiri. Laju produksi panas lebih besar daripada laju pembuangan panas, menyebabkan suhu (dan akibatnya tekanan) dalam bejana reaksi meningkat terus menerus. Konsekuensi dari reaksi pelarian panas adalah potensi kebakaran dan/atau ledakan yang dapat melepaskan gas beracun dan membahayakan nyawa manusia.
Pelepasan metil isosianat dari pabrik Union Carbide yang memproduksi pestisida pada tanggal 3 Desember 1984 di India bahkan sering disebut sebagai "bencana kimia yang paling dahsyat dalam sejarah". [3] Ribuan orang meninggal akibat kecelakaan ini.
Kecelakaan Seveso terjadi pada tanggal 10 Juli 1976, di pabrik kimia Icmesa di Meda, dekat Milan, Italia, dan menyebabkan pelepasan besar-besaran dioksin TCDD (nama kimia: 2,3,7,8-tetraklorodibenzodioxin) [4]. Hal ini menjadi dasar dari peraturan Eropa 2012/18/EU "tentang pengendalian bahaya kecelakaan besar yang melibatkan zat berbahaya" yang dikenal sebagai Petunjuk Seveso III.
Untungnya, kecelakaan serius seperti itu sangat jarang terjadi, tetapi insiden kecil dapat terjadi dari waktu ke waktu. Sebagai contoh, sekitar 25% insiden di industri kimia Prancis antara tahun 1974 dan 2014 dapat dikaitkan dengan reaksi Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal [5]. Di Cina, reaksi Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal bertanggung jawab atas 271 insiden antara tahun 1984 dan 2019 [6]. Di Amerika Serikat, 167 insiden yang terkait dengan reaksi Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal terjadi antara tahun 1985 dan 2001 [7].
Baru-baru ini, reaksi Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal pada baterai lithium-ion, yang digunakan pada mobil listrik, sepeda listrik, dan skuter listrik, telah menjadi berita utama. Pada Juli 2023, kebakaran terjadi pada pengangkut mobil dengan 3000 kendaraan di dekat pantai Belanda.
Apa yang dimaksud dengan keamanan proses termal?
Tujuan dari keamanan proses termal adalah untuk memungkinkan reaksi kimia berlangsung secara terkendali dan untuk mencegah Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal.
Analisis Risiko sebagai Isu Penting
Untuk mencapai tujuan yang disebutkan di atas, risiko reaksi kimia atau bahan kimia yang digunakan harus ditentukan dan dinilai secara sistematis dan langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk meminimalkan bahaya. Hal ini dilakukan melalui analisis risiko terperinci yang dilakukan dalam beberapa contoh seperti:
- Saat memperkenalkan proses sintesis baru (peningkatan skala)
- Saat mengubah/mengoptimalkan proses yang sudah ada terkait dengan
- jumlah dan jenis reagen
- Jumlah dan jenis pelarut
- Urutan penambahan
- Kondisi proses
- Saat merelokasi lokasi produksi
- dari satu reaktor ke reaktor lainnya
- dari satu pabrik ke pabrik lain atau
- dari satu negara ke negara lain
Dari pengembangan hingga produksi, jumlah bahan meningkat dari mg menjadi kg atau bahkan ton. Dengan cara yang sama, bahaya penanganan pelarut yang mudah terbakar dan zat/reaksi yang energetik juga meningkat.
Apa yang dapat terjadi jika reaksi tidak terkendali, misalnya karena kegagalan sistem pendingin:
Untuk mengidentifikasi, mengukur, dan memahami potensi bahaya, risiko, dan bahaya pada lingkungan kerja, berbagai teknik dan model dapat digunakan.
Utamakan Keselamatan! - Penentuan Parameter Utama
Federasi Teknik Kimia Eropa (EFCE) mendefinisikan istilah "risiko" sebagai ukuran potensi kerusakan dan bahaya terhadap lingkungan atau manusia dalam hal probabilitas dan tingkat keparahan. Hubungan ini sering dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut:
Risiko = Tingkat Keparahan x Probabilitas[8]
Untuk menentukan kelemahan yang melekat pada suatu proses, skenario insiden dijelaskan dan dianalisis sehubungan dengan tingkat keparahan dan probabilitas kejadian yang diharapkan. Hasilnya dapat berupa matriks risiko.
Contoh kriteria penilaian risiko (menurut [9]):
Keparahan: Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tekanan, semakin tinggi pula kerusakan yang diharapkan
Probabilitas: Semakin pendek waktu yang tersisa untuk memulihkan situasi aman, semakin besar kemungkinan terjadinya reaksi Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC).pelarian termal.
ΔTad adalah singkatan dari kenaikan suhu dalam kondisi AdiabatikAdiabatik menggambarkan suatu sistem atau mode pengukuran tanpa pertukaran panas dengan lingkungan sekitar. Mode ini dapat direalisasikan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan metode kalorimetri laju akselerasi (ARC). Tujuan utama dari perangkat tersebut adalah untuk mempelajari skenario dan reaksi pelarian termal. Deskripsi singkat dari mode adiabatik adalah "tidak ada panas yang masuk - tidak ada panas yang keluar".adiabatik dan merupakan ukuran konsekuensi dari reaksi pelarian; TMRad adalah singkatan dari laju waktu ke maksimum dalam kondisi AdiabatikAdiabatik menggambarkan suatu sistem atau mode pengukuran tanpa pertukaran panas dengan lingkungan sekitar. Mode ini dapat direalisasikan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan metode kalorimetri laju akselerasi (ARC). Tujuan utama dari perangkat tersebut adalah untuk mempelajari skenario dan reaksi pelarian termal. Deskripsi singkat dari mode adiabatik adalah "tidak ada panas yang masuk - tidak ada panas yang keluar".adiabatik.
Apa yang dimaksud dengan kondisi AdiabatikAdiabatik menggambarkan suatu sistem atau mode pengukuran tanpa pertukaran panas dengan lingkungan sekitar. Mode ini dapat direalisasikan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan metode kalorimetri laju akselerasi (ARC). Tujuan utama dari perangkat tersebut adalah untuk mempelajari skenario dan reaksi pelarian termal. Deskripsi singkat dari mode adiabatik adalah "tidak ada panas yang masuk - tidak ada panas yang keluar".adiabatik?
AdiabatikAdiabatik menggambarkan suatu sistem atau mode pengukuran tanpa pertukaran panas dengan lingkungan sekitar. Mode ini dapat direalisasikan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan metode kalorimetri laju akselerasi (ARC). Tujuan utama dari perangkat tersebut adalah untuk mempelajari skenario dan reaksi pelarian termal. Deskripsi singkat dari mode adiabatik adalah "tidak ada panas yang masuk - tidak ada panas yang keluar".Adiabatik berarti: Tidak ada pertukaran panas antara sistem dan lingkungannya. Jika panas tidak dapat dilepaskan selama reaksi EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik, ini adalah Skenario Kasus TerburukTerkait dengan reaktor kimia, skenario terburuk adalah situasi di mana produksi suhu dan/atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi tidak terkendali.skenario terburuk. Semua energi yang dilepaskan oleh reaksi akan meningkatkan suhu sistem.
Apa itu TMR?
Laju waktu menuju maksimum adalah waktu antara dimulainya reaksi pelarian dan titik laju reaksi maksimum. Dengan kata lain, waktu yang dibutuhkan untuk mengembangkan ledakan termal.
Menurut aturan Van't Hoff, laju reaksi berlipat ganda dengan kenaikan suhu 10 K [8].
tMR adalah spesifikasi waktu, sedangkan TMR24 jam (atau TD24, D = dekomposisi) adalah suhu: suhu di mana TMR adalah 24 jam. Namun, terkadang, waktu lain juga digunakan sebagai dasar perhitungan, misalnya 8 jam sebagai ukuran untuk satu lapisan.
Contoh diagram alir untuk penilaian bahaya kimia (menurut [10]):
Metode analisis termal (kalorimetri diferensial dinamis, analisis termogravimetri, kalorimetri AdiabatikAdiabatik menggambarkan suatu sistem atau mode pengukuran tanpa pertukaran panas dengan lingkungan sekitar. Mode ini dapat direalisasikan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan metode kalorimetri laju akselerasi (ARC). Tujuan utama dari perangkat tersebut adalah untuk mempelajari skenario dan reaksi pelarian termal. Deskripsi singkat dari mode adiabatik adalah "tidak ada panas yang masuk - tidak ada panas yang keluar".adiabatik) berfungsi untuk menilai Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal.
NETZSCH - Penyedia Solusi Lengkap Anda
NETZSCH Analyzing & Testing adalah penyedia solusi lengkap Anda di bidang keselamatan termal. Kami menawarkan instrumen analisis beserta perangkat lunak yang sesuai untuk prediksi dan simulasi:
Untuk studi penilaian risiko termal, Differential Scanning Calorimetry(DSC) adalah metode yang paling umum digunakan. Juga termasuk di dalamnya adalah Kalorimetri Laju Percepatan (ARC® ) (lihat diagram alir). Kalorimeter Kalorimeter Modul Ganda (MMC)Perangkat kalorimeter mode ganda yang terdiri dari unit dasar dan modul yang dapat ditukar. Satu modul disiapkan untuk kalorimetri laju akselerasi (ARC), yaitu ARC-Module. Modul kedua digunakan untuk pengujian pemindaian (Modul Pemindaian) dan modul ketiga dan keempat terkait dengan baterai dan polimer, pengujian farmasi untuk sel koin (Modul Sel Koin).MMC Multiple Module memiliki posisi khusus karena dapat digunakan untuk prosedur penyaringan (Scanning-Module) dan tes ARC® (ARC® Module).
Protokol uji standar untuk pengukuran ARC® disebut Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search adalah mode pengukuran yang digunakan dalam perangkat kalorimeter menurut kalorimetri laju akselerasi (ARC).Heat-Wait-Search [11]. Sampel dipanaskan secara bertahap dan diperiksa apakah terjadi pemanasan sendiri dalam fase tunggu yang sesuai (lihat diagram). Jika nilai ambang batas pemanasan sendiri tertentu (biasanya 0,02 K/menit) terlampaui, sistem pengukuran akan beralih ke mode pelacakan dan mengukur kenaikan suhu yang terjadi.
Diagram skematik dari percobaan Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search adalah mode pengukuran yang digunakan dalam perangkat kalorimeter menurut kalorimetri laju akselerasi (ARC).heat-wait-search [12]
Sesuai dengan ASTM E1981 [11], jumlah panas yang dilepaskan dapat ditentukan dari kenaikan Model BurgerModel Burgers adalah model umum dari bahan viskoelastik, yang biasa digunakan untuk menggambarkan classic pengukuran pemulihan mulur. suhu yang diamati, ΔTobs, dengan mengalikannya dengan Inersia termalInersia termal setara dengan faktor PHI. Keduanya menggambarkan rasio massa dan kapasitas panas spesifik dari sampel atau campuran sampel dibandingkan dengan bejana atau wadah sampel.inersia termal (atau faktor Phi), ΔTad, dan dengan mengalikan hasil perkalian tersebut dengan kapasitas panas wadah sampel.
TMR24h atauTD24 dapat dihitung berdasarkan berbagai model kinetik.
Melalui perangkat lunak Termica Neo yang baru, perilaku termal bahan kimia dalam large volume (reaktor, silo, dll.) dapat disimulasikan.
Webinar:
Referensi:
Literatur:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/2020_Beirut_explosion
[2] K. Hungerbühler, Analisis Risiko Proses dan Produk Kimia, kuliah, FS 2017
https://ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/chab/icb/set-dam/documents/downloads/risk-analysis17/2017-05-16-Part5.pdf
[3] Artikel di majalah GEO (bahasa Jerman) pada 13 Januari. 13, 2023; https://www.geo.de/wissen/weltgeschichte/katastrophe-von-bhopal-1984--das-schwerste-chemieunglueck-aller-zeiten-32733526.html
[4] https://de.wikipedia.org/wiki/Sevesounglück
[5] A. Dakkoune, L. Vernières-Hassimi, S. Leveneur, D. Lefebvre, dan L. Estel; Analisis Kejadian Pelarian Termal di Industri Kimia Perancis, HAL Id: hal-02314230,
https://normandie-univ.hal.science/hal-02314230
[6] H. Zhang, M. Bai, X. Wang, J.gai, Chi-Min Shu, N. Roy, Yi Liu, Insiden Pelarian Termal - Penyebab Keprihatinan yang Serius: Analisis Insiden Pelarian di Cina, Process Saf Environ Prot, Vol. 155, 2021, hal 277 - 286
[7] Meningkatkan Manajemen Bahaya Reaktif; Laporan Investigasi Bahaya; Dewan Keamanan Kimia Amerika Serikat, 2002. https://www.hsdl.org/?view&did=234839
[8] F. Stoessel, Keamanan Termal Proses Kimia, Wiley-VCH, 2008
[9] F. Stoessel, Kuliah Penghargaan EPSC, Leverkusen, 6. Oktober 2020
https://epsc.be/About+Us/EPSC+Award/_/Award_2020_Presentation.pdf
[10] P. Sharrat, S. Shaik, Institut Ilmu Kimia & Teknik, ceramah dalam Lokakarya Keselamatan Reaksi Kimia, Seminar Keselamatan Proses Teknis, Singapura, 19 Agustus 2019
https://www.icheme.org/media/12371/w1-icheme-tpsseminar-chemrxnsafetywrkshp-aug2019.pdf
[11] ASTM E1981 - 22, Panduan Standar untuk Menilai Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). Stabilitas Termal Bahan dengan Metode Kalorimetri Laju Percepatan
[12] NETZSCH Onset 26, 2023