Waarom thermische procesveiligheid?

Het vrijkomen van methylisocyanaat uit een fabriek van Union Carbide die pesticiden produceerde op 3 december 1984 in India wordt soms zelfs de "meest verwoestende chemische ramp in de geschiedenis" genoemd. [3] Duizenden mensen stierven als gevolg van dit ongeluk.

Het Seveso-ongeval vond plaats op 10 juli 1976 in de chemische fabriek Icmesa in Meda, vlakbij Milaan, Italië, en leidde tot het massale vrijkomen van de dioxine TCDD (chemische naam: 2,3,7,8-tetrachloordibenzodioxine) [4]. Het gaf zijn naam aan de Europese verordening 2012/18/EU "betreffende de beheersing van de gevaren van zware ongevallen waarbij gevaarlijke stoffen zijn betrokken", bekend als de Seveso III-richtlijn.

Gelukkig zijn dergelijke ernstige ongevallen zeer zeldzaam, maar er doen zich af en toe kleine incidenten voor. Zo kan ongeveer 25% van de incidenten in de Franse chemische industrie tussen 1974 en 2014 worden toegeschreven aan thermische wegloopreacties [5]. In China waren thermische wegloopreacties verantwoordelijk voor 271 incidenten tussen 1984 en 2019 [6]. In de VS deden zich tussen 1985 en 2001 167 incidenten voor die verband hielden met thermische wegloopreacties [7].

Onlangs haalden thermische wegloopreacties in lithium-ionbatterijen, die worden gebruikt in elektrische auto's, e-bikes en e-scooters, het nieuws. In juli 2023 brak er brand uit in een autotransporter met 3000 voertuigen voor de Nederlandse kust.

Wat is thermische procesveiligheid?

Het doel van thermische procesveiligheid is om chemische reacties gecontroleerd te laten verlopen en Thermische runawayEen thermische runaway is de situatie waarbij een chemische reactor niet meer onder controle is met betrekking tot de temperatuur- en/of drukproductie veroorzaakt door de chemische reactie zelf. Simulatie van een thermische runaway wordt meestal uitgevoerd met een calorimeter volgens versnelde snelheidscalorimetrie (ARC).thermische runaway te voorkomen.

Risicoanalyse als belangrijk onderwerp

Om het bovenstaande doel te bereiken, moeten de risico's van een chemische reactie of de gebruikte chemicaliën systematisch worden bepaald en beoordeeld en moeten passende maatregelen worden afgeleid om de gevaren te minimaliseren. Dit gebeurt in een gedetailleerde risicoanalyse die wordt uitgevoerd in gevallen zoals:

• Bij de introductie van een nieuw syntheseproces (opschaling)
• Bij het veranderen/optimaliseren van een bestaand proces met betrekking tot
  • hoeveelheid en type reagentia
  • Hoeveelheid en type oplosmiddelen
  • Toevoegvolgorde
  • Procesomstandigheden
• Bij verplaatsing van de productielocatie
  • van de ene reactor naar de andere
  • van de ene fabriek naar de andere of
  • van het ene land naar het andere

Van ontwikkeling tot productie nemen de hoeveelheden materiaal toe van mg tot kg of zelfs ton. Op dezelfde manier nemen ook de gevaren toe bij het omgaan met ontvlambare oplosmiddelen en energetische stoffen/reacties.

Wat kan er gebeuren als een reactie uit de hand loopt, bijvoorbeeld door een storing in een koelsysteem?

Om Identify, de potentiële gevaren, risico's en gevaren voor de werkomgeving te kwantificeren en te begrijpen, kunnen verschillende technieken en modellen worden gebruikt.

Veiligheid voor alles! - Bepaling van belangrijke parameters

De European Federation of Chemical Engineering (EFCE) definieert de term "risico" als een maatstaf voor de potentiële schade aan het milieu of mensen in termen van waarschijnlijkheid en ernst. Deze relatie wordt vaak uitgedrukt in de vorm van de volgende vergelijking:

Risico = ernst x waarschijnlijkheid[8]

Om de inherente zwakke punten van een proces te bepalen, worden incidentscenario's beschreven en geanalyseerd met betrekking tot de verwachte ernst en waarschijnlijkheid van optreden. Het resultaat kan een risicomatrix zijn.
Voorbeeld van de criteria voor een risicobeoordeling (volgens [9]):

Ernst: Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de druk, hoe hoger de verwachte schade
Waarschijnlijkheid: Hoe korter de resterende tijd om een veilige situatie te herstellen, hoe groter de kans op een thermische wegloopreactie.

_ΔTad staat voor de temperatuurstijging onder adiabatische omstandigheden en is een maat voor de gevolgen van een wegloopreactie; _TMRad staat voor de tijd-tot-maximum-snelheid onder adiabatische omstandigheden.

Wat zijn adiabatische omstandigheden?
AdiabatischAdiabatisch beschrijft een systeem of meetmodus zonder warmteuitwisseling met de omgeving. Deze modus kan worden gerealiseerd met een calorimeter volgens de methode van versnellende snelheidscalorimetrie (ARC). Het belangrijkste doel van zo'n apparaat is om scenario's en thermische wegloopreacties te bestuderen. Een korte beschrijving van de adiabatische modus is "geen warmte in - geen warmte uit".Adiabatisch betekent: Geen warmte-uitwisseling tussen een systeem en zijn omgeving. Als er geen warmte kan ontsnappen tijdens een exotherme reactie, is dit een worstcasescenario. Alle energie die vrijkomt bij de reactie verhoogt de temperatuur van het systeem.

Wat is TMR?

De time-to-maximum rate is de tijd tussen het begin van een weglopende reactie en het punt van maximale reactiesnelheid. Met andere woorden, de tijd die nodig is om een thermische explosie te ontwikkelen.
Volgens de regel van Van't Hoff verdubbelt de reactiesnelheid bij een temperatuurstijging van 10 K [8].

tMR is een tijdspecificatie, terwijl _TMR24h (of _TD24, D = ontleding) een temperatuur is: de temperatuur waarbij TMR 24 uur duurt. Soms worden echter ook andere tijden gebruikt als basis voor de berekening, bijvoorbeeld 8 uur als maat voor één laag.

Voorbeeld van een stroomschema voor de beoordeling van chemische gevaren (volgens [10]):

Methoden voor thermische analyse (dynamische differentiële calorimetrie, thermogravimetrische analyse, adiabatische calorimetrie) dienen voor de beoordeling van de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit.

NETZSCH - Uw leverancier van complete oplossingen

NETZSCH Analyzing & Testing is uw complete leverancier voor oplossingen op het gebied van thermische veiligheid. Wij bieden analyse-instrumenten samen met de juiste software voor voorspelling en simulatie:

Voor studies naar thermische risicobeoordeling is Differentiële Scanning Calorimetrie(DSC) de meest gebruikte methode. Hieronder valt ook Accelerating Rate Calorimetrie (ARC^® ) (zie stroomdiagram). De Meervoudige Module Calorimeter (MMC)Een calorimeterapparaat met meerdere standen, bestaande uit een basiseenheid en verwisselbare modules. Eén module is voorbereid voor versnellende snelheidscalorimetrie (ARC), de ARC-module. Een tweede wordt gebruikt voor scantests (scanningmodule) en een derde en vierde is gerelateerd aan batterij- en polymeertests en farmaceztische tests voor muntcellen (muntcelmodule).MMC Multiple Module Calorimeter neemt een speciale positie in omdat deze gebruikt kan worden voor zowel screeningsprocedures (Scanning-Module) als voor Calorimetrie met versnellende snelheid (ARC)De methode beschrijft isotherme en adiabatische testprocedures die worden gebruikt om thermisch exotherme ontledingsreacties te detecteren.ARC^® tests (Calorimetrie met versnellende snelheid (ARC)De methode beschrijft isotherme en adiabatische testprocedures die worden gebruikt om thermisch exotherme ontledingsreacties te detecteren.ARC^® Module).

Het standaard testprotocol voor Calorimetrie met versnellende snelheid (ARC)De methode beschrijft isotherme en adiabatische testprocedures die worden gebruikt om thermisch exotherme ontledingsreacties te detecteren.ARC^® metingen heet Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search is een meetmodus die wordt gebruikt in calorimeters volgens versnellende snelheidscalorimetrie (ARC).Heat-Wait-Search [11]. Het monster wordt in stappen verhit en in een overeenkomstige wachtfase gecontroleerd op ZelfverhittingEen speciaal soort calorimeter wordt gebruikt om de zelfverhitting van een stof te detecteren. De verwante methode heet versnellende snelheidscalorimetrie (ARC). zelfverhitting (zie diagram). Als een bepaalde drempelwaarde voor ZelfverhittingEen speciaal soort calorimeter wordt gebruikt om de zelfverhitting van een stof te detecteren. De verwante methode heet versnellende snelheidscalorimetrie (ARC). zelfverhitting (meestal 0,02 K/min) wordt overschreden, schakelt het meetsysteem over op volgmodus en meet de optredende temperatuurstijging.

Schematisch diagram van een Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search is een meetmodus die wordt gebruikt in calorimeters volgens versnellende snelheidscalorimetrie (ARC).heat-wait-search experiment [12]

In overeenstemming met ASTM E1981 [11] kan de hoeveelheid warmte die vrijkomt worden bepaald uit de waargenomen temperatuurstijging, _ΔTobs, door deze te vermenigvuldigen met de Thermische traagheidDe thermische traagheid is gelijk aan de PHI-factor. Beide beschrijven de verhouding van de massa en de specifieke warmtecapaciteit van een monster of monstermengsel vergeleken met die van het vat of de monsterpot.thermische traagheid (of de Phi-factor), _ΔTad, en door het product op zijn beurt te vermenigvuldigen met de warmtecapaciteit van de monsterpot.

_TMR24h of_TD24 kan worden berekend op basis van verschillende kinetische modellen.

Met behulp van de nieuwe Termica Neo-software kan het thermische gedrag van chemicaliën in large volumes (reactoren, silo's, enz.) worden gesimuleerd.

Onze laatste blogartikelen:

• 
  14.05.2026

  Uitharding van polymeer - Hoe NETZSCH Termica Neo uitharding zichtbaar maakt

• 
  03.03.2026

  Schaalvergroting en veiligheid: Hoe NETZSCH Termica Neo voorspelt wat er mis kan gaan

• 
  10.02.2026

  Voorspellen van eiwitdenaturatie tijdens pasteurisatie met de software NETZSCH Kinetics Neo

• 
  03.02.2026

  Van kinetisch model naar toepassing in de echte wereld: Hoe NETZSCH Termica Neo thermische reacties simuleert

• 
  03.09.2025

  Verbetering van de veiligheid van lithium-ionbatterijen: Thermische en kinetische analyse van LiPF₆ elektrolyten met de NETZSCH DSC & Kinetics Neo

• 
  12.08.2025

  De geheimen van pyrolyse van biomassa: hoe thermogravimetrische analyse helpt bij het optimaliseren van de valorisatie van olijfstenen

• 
  20.05.2025

  Oxidatieve liquefactie van windturbinebladen: Een nieuwe dimensie in composietrecycling

• 
  18.03.2025

  UV-uitharding in polymeren: Inzichten door middel van thermische analyse en reologie met NETZSCH instrumenten

Webinars: