H.E.L 反应量热 —Simular 案例：在等循环半间歇反应器中进行的单扩散控制液-液非均相反应固有安全操作条件的识别和预测

前言

精细化工安全操作是确保化工生产过程中人员安全、设备稳定运行和环境保护的重要环节。在精细化工和制药化工行业中，放热反应通常在间接冷却的半间歇反应器（SBRs）中进行，以通过平衡冷却系统的热移除能力来控制投料速率，从而避免热失控事件。然而，由于过高的投料速率、不当的夹克温度、冷却失效、搅拌失效，甚至误操作引起的失控反应尚未完全消除。一旦发生失控反应，它们将给企业财产和人类生命造成巨大损失。自20世纪80年代以来，就开始了对SBRs的失控机制和安全运行的研究。

案例：在等循环半间歇反应器中进行的单扩散控制液-液非均相反应固有安全操作条件的识别和预测          

背景:Hugo和Steinbach首次观察到，在均相SBRs中，由于过低的工艺温度导致投料组分积累是失控的原因。根据经验关系，设置了划分无量纲板安全和不安全区域的线。Steensma和Westerterp将均相反应扩展到二阶非均相液-液SBRs。他们定义了一个目标温度，将其与最大工艺温度进行比较，将无量纲反应板划分为IS（固有安全）、NI（不点燃）、TR（热失控）和QFS（快速启动、公平转化和平滑温度曲线）区域。然后，通过两个无量纲参数（即反应性数Ry和放热数Ex）开发了一种新型的边界图（BDs）。在后续研究中，他们定义了一个新的固有安全区域，并引入了一种确定固有安全区域的实际程序。随后，提出的固有安全区域和评估程序被用于均相SBRs。

研究方法：为研究在冷却失效条件下合成反应的最大温度（MTSR0）及其对应的即时θMTSR与夹套温度的关系图，以识别不同热行为并提出安全操作条件，建立了一个无量纲数学模型，用于评估在恒定温度条件下进行的扩散控制液-液非均相反应的热行为。绘制了一系列边界图和对应的绝热温度图，用以识别反应的固有安全操作条件。

结论：通过研究MTSR0和θMTSR与τj的关系，可以区分不同的热行为，从而引入一个稳健且全面的标准来识别热行为。基于提出标准，开发了一系列在不同操作条件下的边界图。结合边界图和绝热温度图，可以在不反复求解复杂数学模型的情况下，轻松获得同时考虑期望反应和分解反应的固有安全操作条件。最后，文章还提出了这种方法的实际应用流程。

产品应用量热实验：对于给定的反应和反应器（工艺配方和反应器配置已确定），首先要求质量和传热性能。通过初始负荷下的反应釜冷却试验，测量了UA。D、kL、a可通过经验关联计算，mA/B可通过气相色谱法测定等。然后测量其热力学和动力学性质。ΔHr, k， E， m和n可以很容易地通过（反应量热仪）Simular等几次等温量热试验得到。TD24可通过（加速绝热量热仪）Phi-TEC测试来实现。

来源

Identification and prediction of inherently safe operating conditions for single diffusion controlled liquid-liquid heterogeneous reactions performed in isoperibolic semibatch reactors. Han, Y., Liu, Y., Bai, W., Ren, C., & Xu, L. (2021). Chemical Engineering Journal, 421, 129708.https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129708

About H.E.L

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