反应失控的因素和管控方向

Kim

反应失控的因素和管控方向

       反应热失控原理化学反应遵循质量守恒和能量守恒。对于放热反应，当移热速率大于反应自身放热速率，会使反应的温度、压力等处于可控范围内。但如果由于外界因素或自身反应变化，导致冷却能力低于反应热生成能力，反应体系将形成热累积，从而导致体系温度上升，反应速率加快，同时会促进热释放速率的进一步增加，进而使反应处于不可控状态，最终导致反应的热失控。

       假设一个零级动力学放热反应，可采用图1 Semenov曲线描述反应热失控，当体系热平衡被打破，体系温度超过临界温度点后，冷却能力无法满足移热要求，反应体系将处于失控状态，温度上升将导致压力效应，最终会形成破坏效应，导致热爆炸。

图1 Semenov曲线

       反应热失控原因从反应热失控原理分析可知，如果反应体系存在某些可能打破热平衡的因素，则放热反应体系会有热失控的风险。可从两个方面分析可能原因，即影响放热速率（qrx）的因素和影响移热速率（qex）的因素。
       影响放热速率的因素如下：

       1、反应物浓度

       2、加料速率、催化剂类型/剂量

       3、压力效应

       4、物料粘度、体系热量分布

       5、搅拌故障

       6、加热故障

       7、副反应控制等等影响移热速率的因素如下：

       1、公共工程故障（阀门、夹套、泵等）

       2、反应器内壁结垢、冷却管外壁结垢情况

       3、冷却系统故障

       4、中试放大过程中物料单位体积的热交换面积A减小等等

       对于反应热的控制重点在于引发事故的物理和技术因素、人与组织因素的有效控制。主要分为7个方面：

       1、本质安全设计

       2、强化过程控制

       3、加强设备管理

       4、安全联锁装置

       5、有效的应急措施

       6、加强热失控风险评估

       7、人员对于工艺过程的理解程度