Varför termisk processäkerhet?

Utsläppet av metylisocyanat från en Union Carbide-fabrik som tillverkade bekämpningsmedel den 3 december 1984 i Indien kallas ibland för "historiens mest förödande kemikaliekatastrof". [3] Tusentals människor dog till följd av denna olycka.

Sevesoolyckan inträffade den 10 juli 1976 vid kemifabriken Icmesa i Meda, nära Milano i Italien, och ledde till ett massivt utsläpp av dioxinen TCDD (kemiskt namn: 2,3,7,8-tetraklordibensodioxin) [4]. Den gav namn åt den europeiska förordningen 2012/18/EU "om åtgärder för att förebygga och begränsa följderna av allvarliga olyckshändelser där farliga ämnen ingår", det s.k. Seveso III-direktivet.

Lyckligtvis är sådana allvarliga olyckor mycket sällsynta, men mindre incidenter inträffar då och då. Till exempel kan cirka 25% av incidenterna i den franska kemiindustrin mellan 1974 och 2014 hänföras till termiska flyktreaktioner [5]. I Kina orsakade termiska flyktreaktioner 271 incidenter mellan 1984 och 2019 [6]. I USA inträffade 167 incidenter relaterade till termiska flyktreaktioner mellan 1985 och 2001 [7].

På senare tid har termiska flyktreaktioner i litiumjonbatterier, som används i elbilar, elcyklar och elskotrar, skapat rubriker. I juli 2023 utbröt en brand på en biltransportör med 3000 fordon nära den nederländska kusten.

Vad är termisk processäkerhet?

Målet med termisk processäkerhet är att kemiska reaktioner ska kunna ske på ett kontrollerat sätt och att förhindra termisk flykt.

Riskanalys som en viktig fråga

För att uppnå ovannämnda mål måste riskerna med en kemisk reaktion eller de kemikalier som används systematiskt fastställas och bedömas och lämpliga åtgärder vidtas för att minimera farorna. Detta sker i en detaljerad riskanalys som utförs i fall som t.ex:

• Vid införande av en ny syntesprocess (uppskalning)
• Vid förändring/optimering av en befintlig process med avseende på
  • mängd och typ av reagens
  • Mängd och typ av lösningsmedel
  • Tillsättningssekvens
  • Processförhållanden
• Vid flyttning av produktionsanläggningen
  • från en reaktor till en annan
  • från en anläggning till en annan eller
  • från ett land till ett annat

Från utveckling till produktion ökar materialmängderna från mg till kg eller till och med ton. På samma sätt ökar också farorna vid hantering av brandfarliga lösningsmedel och energirika ämnen/reaktioner.

Vad kan hända om en reaktion kommer utom kontroll, t.ex. på grund av fel i ett kylsystem?

För att Identify, kvantifiera och förstå de potentiella farorna, riskerna och farorna för arbetsmiljön kan olika tekniker och modeller användas.

Säkerheten först! - Bestämning av viktiga parametrar

European Federation of Chemical Engineering (EFCE) definierar begreppet "risk" som ett mått på potentialen för skador på miljön eller människor i termer av sannolikhet och allvarlighetsgrad. Detta förhållande uttrycks ofta i form av följande ekvation:

Risk = allvarlighetsgrad x sannolikhet[8]

För att fastställa de inneboende svagheterna i en process beskrivs och analyseras incidentscenarier med avseende på förväntad allvarlighetsgrad och sannolikhet för att de inträffar. Resultatet kan bli en riskmatris.
Exempel på kriterier för en riskbedömning (enligt [9]):

Allvarlighetsgrad: Ju högre temperatur, ju högre tryck, desto högre förväntad skada
Sannolikhet: Ju kortare tid som återstår för att återställa en säker situation, desto större är sannolikheten för en termisk skenande reaktion.

_ΔTad står för temperaturökningen under adiabatiska förhållanden och är ett mått på konsekvenserna av en skenande reaktion; _TMRad står för tid till maximal hastighet under adiabatiska förhållanden.

Vad är adiabatiska förhållanden?
AdiabatiskAdiabatiskt beskriver ett system eller mätläge utan någon värmeväxling med omgivningen. Detta läge kan realiseras med hjälp av en kalorimeteranordning enligt metoden för accelererande hastighetskalorimetri (ARC). Huvudsyftet med en sådan anordning är att studera scenarier och termiska flyktreaktioner. En kort beskrivning av det adiabatiska läget är "ingen värme in - ingen värme ut".Adiabatisk betyder: Inget värmeutbyte mellan ett system och dess miljö. Om värme inte kan avledas under en ExotermEn provövergång eller en reaktion är exoterm om värme genereras.exoterm reaktion är detta ett Värsta tänkbara scenarioNär det gäller en kemisk reaktor är ett "worst case scenario" en situation där temperatur- och/eller tryckutvecklingen som orsakas av reaktionen går över styr.värsta tänkbara scenario. All energi som frigörs vid reaktionen höjer temperaturen i systemet.

Vad är TMR?

Tid till maximal hastighet är tiden mellan starten av en skenande reaktion och punkten för maximal reaktionshastighet. Med andra ord, den tid det tar för en termisk explosion att utvecklas.
Enligt Van't Hoff-regeln fördubblas reaktionshastigheten med en temperaturökning på 10 K [8].

tMR är en tidsangivelse, medan _TMR24h (eller _TD24, D = dekomposition) är en temperatur: den temperatur vid vilken TMR är 24 timmar. Ibland används dock även andra tider som beräkningsgrund, t.ex. 8 timmar som mått för ett skikt.

Exempel på ett flödesschema för bedömning av kemiska faror (enligt [10]):

Metoder för termisk analys (dynamisk differentiell kalorimetri, termogravimetrisk analys, AdiabatiskAdiabatiskt beskriver ett system eller mätläge utan någon värmeväxling med omgivningen. Detta läge kan realiseras med hjälp av en kalorimeteranordning enligt metoden för accelererande hastighetskalorimetri (ARC). Huvudsyftet med en sådan anordning är att studera scenarier och termiska flyktreaktioner. En kort beskrivning av det adiabatiska läget är "ingen värme in - ingen värme ut".adiabatisk kalorimetri) används för bedömning av Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet.

NETZSCH - Din leverantör av kompletta lösningar

NETZSCH Analyzing & Testing är din kompletta leverantör av lösningar inom området termisk säkerhet. Vi erbjuder analysinstrument tillsammans med lämplig programvara för prediktering och simulering:

För studier av termisk riskbedömning ärDSC(Differential Scanning Calorimetry) den mest använda metoden. Här ingår även Accelerating Rate Calorimetry (ARC^® ) (se flödesschema). Kalorimeter med multipla moduler (MMC)En kalorimeternhet med flera lägen som består av en basenhet och utbytbara moduler. En modul är förberedd för kalorimetri med accelererande hastighet (ARC), ARC-Modulen. En andra används för skanningstester (Scanning Module) och en tredje och fjärde för batteri- och polymertester samt farmaceutiska tester för myntceller (Coin Cell Module).MMC Multiple Module Calorimeter har en särställning eftersom den kan användas för både screeningprocedurer (Scanning-Module) och Kalorimetri med accelererande hastighet (ARC)Metoden beskriver isotermiska och adiabatiska testförfaranden som används för att upptäcka termiskt exoterma nedbrytningsreaktioner.ARC^® tester (Kalorimetri med accelererande hastighet (ARC)Metoden beskriver isotermiska och adiabatiska testförfaranden som används för att upptäcka termiskt exoterma nedbrytningsreaktioner.ARC^® Module).

Standardtestprotokollet för Kalorimetri med accelererande hastighet (ARC)Metoden beskriver isotermiska och adiabatiska testförfaranden som används för att upptäcka termiskt exoterma nedbrytningsreaktioner.ARC^® -mätningar kallas Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search är ett mätläge som används i kalorimetrar enligt accelerating rate calorimetry (ARC).Heat-Wait-Search [11]. Provet värms upp stegvis och kontrolleras för självuppvärmning i en motsvarande väntefas (se diagram). Om ett visst tröskelvärde för självuppvärmning (vanligtvis 0,02 K/min) överskrids, växlar mätsystemet till spårningsläge och mäter den temperaturökning som sker.

Schematiskt diagram över ett Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search är ett mätläge som används i kalorimetrar enligt accelerating rate calorimetry (ARC).heat-wait-search -experiment [12]

I enlighet med ASTM E1981 [11] kan mängden värme som frigörs bestämmas från den observerade temperaturökningen, _ΔTobs, genom att multiplicera den med den termiska trögheten (eller Phi-faktorn), _ΔTad, och genom att multiplicera produkten i sin tur med provbehållarens värmekapacitet.

_TMR24h eller_TD24 kan beräknas på basis av olika kinetiska modeller.

Med hjälp av den nya programvaran Termica Neo kan det termiska beteendet hos kemikalier i large volymer (reaktorer, silos etc.) simuleras.

Våra senaste bloggartiklar:

• 
  14.05.2026

  Polymerhärdning - Hur NETZSCH Termica Neo gör härdningen synlig

• 
  03.03.2026

  Uppskalning och säkerhet: Hur NETZSCH Termica Neo förutser vad som kan gå fel

• 
  10.02.2026

  Förutsägelse av proteindenaturering under pastörisering med NETZSCH Kinetics Neo Software

• 
  03.02.2026

  Från kinetisk modell till verklig tillämpning: Hur NETZSCH Termica Neo simulerar termiska reaktioner

• 
  03.09.2025

  Förbättrad säkerhet i litiumjonbatterier: Termisk och kinetisk analys av LiPF₆-elektrolyter med NETZSCH DSC & Kinetics Neo

• 
  12.08.2025

  Hemligheterna med pyrolys av biomassa: Hur termogravimetrisk analys hjälper till att optimera värderingen av olivkärnor

• 
  20.05.2025

  Oxidativ förvätskning av vindturbinblad: En ny dimension inom återvinning av kompositer

• 
  18.03.2025

  UV-härdning i polymerer: Insikter med hjälp av termisk analys och reologi med NETZSCH Instruments

Webbinarier: