Havalandırma - Ya da "Termal Kaçağın" Çoktan Başladığı Durumlarda Reaktörün Kontrolü Nasıl Yeniden Kazanılır?

Doğası Gereği Güvenli Süreç Kontrolü

Reaksiyonlar sadece genellikle bir litreden daha az olan laboratuvar ölçeğinde değil, aynı zamanda ve özellikle ton ölçeğinde üretim yapan large reaktörlerde de her zaman kontrol edilebilir olmalıdır. Bir reaktörün soğutma döngüsündeki bir pompanın arızalanması gibi planlanmamış olaylar meydana gelse bile, reaktörlerin kontrolden çıkmasını önlemek için üretim tesisinin planlama aşamasında önlemlerin alınmış olması gerekir. Öngörülemeyen olayları da hesaba katan bu ileriye dönük planlama, üretim tesislerinin her zaman doğal olarak güvenli bir şekilde işletilmesini sağlar [1].

En Kötü Durum Senaryosu

Üretim tesisleri planlanmadan önce, kullanılan kimyasalların ve planlanan reaksiyonların tehlike potansiyelleri açısından değerlendirilmesi çok önemlidir. Tesislerin büyüklüğü ve kapasitesinde, ölçek büyütmede ve hatta reaktanların eklenme sıralamasında hoş olmayan sürprizlerden kaçınmak için, bu amaçla genellikle en kötü durum senaryosunu tanımlayan çalışmalar yapılır. En kötü durumun bilinmesi, tüm gerçek üretim koşullarının kontrol edilmesini kolaylaştırır. Bir reaktörün sıcaklık kontrolü ile ilgili en kötü durum, örneğin soğutma döngüsündeki bir pompanın arızalanması nedeniyle planlanan proses sıcaklığının aşılmasıdır. Soğutma sistemi arızalanırsa ve reaksiyon ısısı artık dengelenemezse, reaktördeki sıcaklık planlanan reaksiyon sıcaklığının üzerine çıkar. Bu durum istenmeyen yan reaksiyonlara veya ikincil reaksiyonlara yol açabilir. En kötü durumda, sıcaklık ve/veya basınç artışları reaktörün patlamasına neden olabilir. Reaktördeki sıcaklık kontrolsüz bir şekilde yükseldiğinde ne olduğunu, sıcaklığın ne kadar hızlı yükseldiğini ve reaktörde ne kadar basınç oluştuğunu araştırmak için, bu tür reaksiyonlar laboratuvarda small ölçeğinde simüle edilir. Bu en kötü durumu araştırmak için tasarlanmış bir araç NETZSCH Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC^® 254'tür.

NETZSCH ARC^® 254

NETZSCH Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC^® 254 (şekil 1), Termal kaçakIsıl kaçak, bir kimyasal reaktörün, kimyasal reaksiyonun kendisinden kaynaklanan sıcaklık ve/veya basınç üretimi açısından kontrolden çıkması durumudur. Isıl kaçak simülasyonu genellikle hızlandırılmış hız kalorimetrisine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilir (ARC).termal kaçak testleri olarak adlandırılan testleri gerçekleştirebilen bir hızlandırma oranı kalorimetresidir. Bu ölçüm teknolojisinin amacı, AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik koşullar altında bir numunenin veya bir reaksiyon karışımının sıcaklığına göre tehlikeli potansiyeli bulmaktır. Özellikle adyabatiklik, ısı alışverişinin gerçekleşmediği anlamına gelir. Tüm reaksiyon ısısı bir reaksiyon kabının içinde kalır ve çevreye yayılamazsa, sıcaklık yükselecek ve böylece reaksiyon hızının artmasına neden olacaktır. Bu da kendiliğinden hızlanan bir reaksiyon mekanizmasıyla sonuçlanacaktır. Bu tür senaryoları inceleyerek, gerçek dünya koşulları - ki bunlar kural olarak tam AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik değildir, çünkü çevreye her zaman bir miktar ısı kaybedilir - hesaplanabilir ve sınıflandırılabilir.

Ekzotermal Kendiliğinden AyrışmaReaksiyonu Nasıl Tespit Edilir?

Termal kaçağı tespit etmek için, incelenecek maddenin veya reaksiyon karışımının sıcaklığı kademeli olarak artırılır. Her sıcaklık adımında, numunenin o sıcaklığa kadar temperlenmesi için yeterli bir süre beklenir. Ardından, numune sıcaklığının bu sıcaklıkta sabit kalıp kalmadığı veya yavaşça yükselip yükselmediği, yani numunenin kendi kendine ısınıp ısınmadığı tespit edilir. Kendiliğinden ısınma tespit edilmezse, bu kademeli sıcaklık artışı dizisi (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).Heat-Wait-Search) devam edecektir. Kendiliğinden ısınma oranı 0,02 K/dak'yı aştığında, cihaz AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik moda geçer. Bu ölçüm modu, numune odasını çevreleyen tüm ısıtıcılar artık numune sıcaklığını takip ettiğinden, numune ortamına ısı kaybını önler. Tüm ısıtıcılar numune ile aynı sıcaklığa sahipse, yani sıcaklık gradyanı yoksa, ortama ısı kaybı olmaz. Bu şekilde Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC^® mümkün olduğunca AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik bir numune ortamı sağlar. Bu da Termal kaçakIsıl kaçak, bir kimyasal reaktörün, kimyasal reaksiyonun kendisinden kaynaklanan sıcaklık ve/veya basınç üretimi açısından kontrolden çıkması durumudur. Isıl kaçak simülasyonu genellikle hızlandırılmış hız kalorimetrisine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilir (ARC).termal kaçak gibi En Kötü Durum SenaryosuKimyasal bir reaktörle ilgili olarak, en kötü durum senaryosu, reaksiyonun neden olduğu sıcaklık ve/veya basınç üretiminin kontrolden çıktığı durumdur.en kötü durum senaryolarının araştırılması için önemli bir ön koşuldur.

Termal Kaçak Reaksiyon Nasıl Ölçülür?

Bir reaksiyon sırasında Termal kaçakIsıl kaçak, bir kimyasal reaktörün, kimyasal reaksiyonun kendisinden kaynaklanan sıcaklık ve/veya basınç üretimi açısından kontrolden çıkması durumudur. Isıl kaçak simülasyonu genellikle hızlandırılmış hız kalorimetrisine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilir (ARC).termal kaçak meydana gelmeye başlarsa, bu kritik zaman noktasının veya sıcaklığın mümkün olduğunca erken belirlenmesi arzu edilir. Sırayla gerçekleştirildiğinde, numune sıcaklığı başlangıçta kendi kendine ısınmanın başlangıcında sadece çok yavaş artacaktır. 0.02 K/dak çok düşük bir kendi kendine ısınma hızıdır ve saatte sadece 1,2 K'ye karşılık gelir. Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. Ayrışma reaksiyonu yavaş başlar, ancak maksimum kendi kendine ısınma hızına ve son olarak maksimum sıcaklığa ulaşana kadar yükselen sıcaklıkla birlikte hızı sürekli olarak artar. Şekil 3, %17,5 hidrojen peroksit çözeltisi (_H2O2) üzerinde yapılan bir Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS testi için sıcaklık (kırmızı) ve basınç (mavi) sonuçlarını göstermektedir. Bu amaçla, 5,0757 g hidrojen peroksit çözeltisi hacmi küresel bir titanium kabına (8,7 ml) yerleştirilmiştir.

Daha önce de belirtildiği gibi, birEkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunu tanımak için kriter, > 0,02 K/dak'lık bir Kendiliğinden ısınma oranıBir maddenin kendi kendine ısınma hızını tespit etmek için özel bir tür kalorimetre cihazı kullanılır. İlgili yönteme hızlandırma oranı kalorimetrisi denir (ARC). kendi kendine ısınma oranıdır. Bu eşik değer 90°C'de (başlangıç) aşılmış ve ardından numune sıcaklığı AdyabatikAdyabatik, çevre ile herhangi bir ısı alışverişi olmayan bir sistemi veya ölçüm modunu tanımlar. Bu mod, hızlandırma oranı kalorimetrisi yöntemine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilebilir (ARC). Böyle bir cihazın temel amacı, senaryoları ve termal kaçak reaksiyonları incelemektir. Adyabatik modun kısa bir tanımı "ısı girişi yok - ısı çıkışı yok" şeklindedir.adyabatik koşullar altında 151°C'ye yükselmiştir. Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. Ayrışma reaksiyonu sırasında numune kabının içindeki basınç 76,6 bar'a yükselmiştir.

Termal Kaçağı Durdurmanın Bir Yolu Var mı?

Isıl kaçağın durdurulup durdurulamayacağı sorusu elbette Kendiliğinden ısınma oranıBir maddenin kendi kendine ısınma hızını tespit etmek için özel bir tür kalorimetre cihazı kullanılır. İlgili yönteme hızlandırma oranı kalorimetrisi denir (ARC). kendi kendine ısınma oranıyla yakından ilgilidir. Kritik sıcaklığı veya ısıl kaçak başlangıcını tespit etmek gereklidir, ancak belki de Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunun tamamen ilerlemesine izin vermek her zaman arzu edilen bir durum değildir. Kaçağa girmeye başlamış bir reaksiyonun tekrar durdurulabileceği ve kontrol altına alınabileceği sıcaklık veya basıncın bilinmesi çok daha önemli olacaktır. Bir reaksiyonun Termal kaçakIsıl kaçak, bir kimyasal reaktörün, kimyasal reaksiyonun kendisinden kaynaklanan sıcaklık ve/veya basınç üretimi açısından kontrolden çıkması durumudur. Isıl kaçak simülasyonu genellikle hızlandırılmış hız kalorimetrisine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilir (ARC).termal kaçak başlangıcını tespit etme ve ardından adyabatik ortamı kapatarak daha fazla kendi kendine ısınmayı önleme ve böylece Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunu önleme olasılığı başka bir yerde zaten rapor edilmiştir [2]. Burada, farklı bir strateji izleyerek henüz başlamış bir Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunu durdurmanın başka bir yolu gösterilmeye çalışılacaktır. Reaksiyon kabı bir basınç hattı ve bir valf aracılığıyla havalandırma kabı olarak adlandırılan başka bir kaba bağlanır (Şekil 3). Serbestçe selectulaşılabilen bir numune basıncına ulaşıldığında, ölçüm yazılımı havalandırma kabına giden vanayı açacaktır. Bu kaba yapılan havalandırma ile reaksiyon kabındaki basıncın da düşmesi gerekir. Bu, kendi kendine ısınmayı ve dolayısıyla kontrolsüz ardışık ve yan reaksiyonları durdurmak için yeterli olabilir.

Havalandırma

Hem reaksiyon kabı hem de havalandırma kabı bağımsız bir basınç göstergesi ile donatılmıştır. Böylece valf açıldıktan sonra basınç artışı takip edilebilir (bkz. Şekil 3'teki V1). Ancak 250 ml'lik havalandırma kabının hacmi largetipik olarak numunenin üzerinde yaklaşık 5 ml gaz hacminin kaldığı numune kabının hacminden çok daha fazladır. Bu nedenle, valf açıldıktan sonra havalandırma kabındaki basınç sadece 1,0 bar'dan 1,13 bar'a yükselirken, numune kabındaki basınç aynı anda 10,0 bar'dan 1,0 bar'a düşer (şekil 4).

Şekil 5, basınç sinyalinin sıcaklık sinyaline benzer şekilde ve Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS programının sıcaklık adımlarına göre arttığı, örnek madde olarak su kullanılan bir Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS ölçümünün sonuçlarını göstermektedir. Bu örnekte, havalandırma vanasının açılması ölçüm yazılımı aracılığıyla 2,0 bar'da programlanmıştır. Havalandırma kabının açılmasıyla sadece numune kabındaki basıncın 2,0 bar'dan 1,0 bar'a düşmekle kalmadığı, aynı zamanda numune kabındaki sıcaklığın da güçlü bir şekilde azaldığı kolayca görülebilir. Havalandırma vanasının açık kaldığı 60 dakikalık bir süre boyunca, kalorimetreyi çevreleyen ısıtıcılar da numune sıcaklığını takip eder. Bu 108,4°C'den 96,8°C'ye düşer ve - adyabatik ölçüm modu bu süre boyunca etkin kalsa da, yani çevredeki ısıtıcılar numune sıcaklığını takip etse de - numune sıcaklığında daha fazla artış tespit edilemez.

Şimdi, örnek madde olarak su incelendiğinde, ekzotermal reaksiyon olmayacağı beklenebilir. Bunun yerine, numune tarafındanEkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal reaksiyon olmadığında, havalandırma vanası açıldıktan sonra numune sıcaklığının düştüğü ve daha sonra adyabatik çevre nedeniyle sabit kaldığı doğrulanmıştır. Bu, şeklin alt kısmındaki numunenin Kendiliğinden ısınma oranıBir maddenin kendi kendine ısınma hızını tespit etmek için özel bir tür kalorimetre cihazı kullanılır. İlgili yönteme hızlandırma oranı kalorimetrisi denir (ARC). kendi kendine ısınma oranıyla da doğrulanmaktadır.

Yüzde bir hidrojen peroksit çözeltisinin incelenmesi de numune kabında 3 bar basınçta havalandırma vanasının açılmasından sonra daha fazla sıcaklık artışı göstermemektedir. Yüzde iki hidrojen peroksit çözeltisi durumunda, havalandırma vanasının açılması ve sistemin atmosfer basıncına düşürülmesinin neden olduğuEkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonunun daha fazla ayrışmayı tamamen bastırmak için yeterli olmadığı zaten görülebilir. Bu da 0,02 K/dak'lık bir Kendiliğinden ısınma oranıBir maddenin kendi kendine ısınma hızını tespit etmek için özel bir tür kalorimetre cihazı kullanılır. İlgili yönteme hızlandırma oranı kalorimetrisi denir (ARC). kendiliğinden ısınma oranıyla sonuçlanır. Yüzde dört hidrojen peroksit çözeltisi için (Şekil 6), havalandırma vanası açıldıktan sonra hala 0,04 K/dak'lık bir kendiliğinden ısınma oranı tespit edilmiştir. Tartışılan hidrojen peroksit çözeltileri için sıcaklıklar ve kendi kendine ısınma oranları tablo 1'de özetlenmiştir.

Tablo 1: Çeşitli hidrojen peroksit çözeltileri için sıcaklık ve Kendiliğinden ısınma oranıBir maddenin kendi kendine ısınma hızını tespit etmek için özel bir tür kalorimetre cihazı kullanılır. İlgili yönteme hızlandırma oranı kalorimetrisi denir (ARC). kendi kendine ısınma oranının özeti

Özet

NETZSCH ARC^® 254, termal kaçağın başladığı reaksiyonlarda gerekirse kontrolü yeniden kazanmak için iki olasılık sunmaktadır. Bu olasılıklardan biri, numune belirli bir Kendiliğinden ısınma oranıBir maddenin kendi kendine ısınma hızını tespit etmek için özel bir tür kalorimetre cihazı kullanılır. İlgili yönteme hızlandırma oranı kalorimetrisi denir (ARC). kendi kendine ısınma oranına ulaştığında çevredeki ısıtıcıların kapatılması, böylece numunenin adyabatik ortamının ortadan kaldırılması ve ısı kayıplarının yeniden mümkün kılınmasıdır; reaksiyonun daha fazla kaçması bu ısı kayıpları yoluyla engellenir [2]. Bir basınç tahliye vanası (vent valfi) açılarak basıncın numune kabından başka bir numune kabına (vent kabı) alınabildiği diğer olasılık bu uygulama notunda sunulmuştur. Basınç bağımsız olarak ölçülerek, havalandırma kabındaki basınç artışı izlenebilir. ZayıfEkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma reaksiyonlarında daha fazla ilerlemenin bu şekilde durdurulabileceği, daha güçlü ekzotermal reaksiyonların ise basınç serbest bırakıldıktan sonra bile tespit edilebilir kendiliğinden ısınma göstermeye devam ettiği gösterilmiştir.