化学反应放大安全注意事项.pdfVIP

化学反应放大中的安全事项 英国皇家化学学会环境、健康和安全委员会(EHSC) 英国皇家化学学会收到的诸多询问表明，有必要对有关化学反应从实验 室到满负荷的商业化生产的安全事项提供一些指南。（英国皇家化学） 学会相信，化学家应当对与反应放大有关的安全问题了如指掌、并且应 当参与到放大的过程中，以确保有关人员的健康和安全。 本文是为了给那些在有责任将化学反应放大到大生产的实验室中的雇员 和管理者提供指南。因此，假设他们理解诸如 “风险”和 “危害”等基 础词汇的含义。本文的目的并不是提供全面的或是标准的指南。希望读 者在需要时，去获取更为详细的信息及/或专家的建议。 EHSC 衷心希望收到您有关本文的反馈。您的意见和建议可以发给委员 会的秘书，联系方式在本文的最后一页。 1. 简介 在每年报告给HSE 的化学事故 （即根据 《伤害、疾病与危险事件法 规》、又称RIDDOR，所定义的 “危险事件”）中，有20-30 起放热反 应失控。或许还有没有报告的、以及不符合法律定义的“危险事件”。 其中很多可能都是由于放大过程程序不当导致的。 化学反应通常是从小规模的实验室反应做起，然后逐步地通过更大规模 的研发，直至转移到商业化生产设备中。在工艺研发的早期阶段使用的 化学品的量有限，有关反应 （和副反应）的信息通常不全面。通过风险 评估和放大程序，可以获取与最终工艺设计有关的信息。 放大程序的失误，以及未采取合适的预防措施会导致工艺失控，然后就 会发生放热反应失控、及/或有害物质的生成或泄漏。过去有很多这样 的例子，造成了众多的人员伤亡、严重的财产损失、环境危害以及商业 损失。 其他由于放大程序不当导致的问题有： - 由于反应物和溶剂处理不当导致容器内粉尘和蒸汽爆炸； - 容器溢出导致火灾； - 未能正确地评估危险区域的电器设备的要求，留下可能的火源； - 可燃性蒸汽的自燃，通常发生闪燃； 放大程序的第一也是最关键的步骤，是在概念阶段对所建议的化学反应 进行风险评估。 2. 反应风险的评估 对所有新的和变更过的反应的风险评估都应当记录，并且在适当情况 下，考虑如下因素： - 反应物、中间体、产品和废弃物的理化性质； - 在反应偏离设计参数的情况下，发生有害反应的可能性； - 所用的原料对设备的腐蚀的可能性； - 火灾和爆炸的风险； - 与 《危害健康物质管制法规》(COSHH) 有关的危害健康的物质评 估，以及人员保护设施 (PPE) 评估； - 主反应和可能的副反应的热化学特性，尤其是放热率； - 气体产生的速率和容器过压的可能性； - 放大问题 （见下） - 设备设计特点，包括控制系统，服务需求 （如冷却水，惰性气体）以 及诸如减压阀、爆破片和通气等等安全设施的适合性和可靠性； - 危害鉴别方法的应用，比如 “如果...应该怎么作”，风险和可操作性 研究 (HAZOPS) ，以及定量的风险评估手段； - 环境影响； - 新的或变更过的工艺规程；以及 - 操作人员的培训需求； 风险评估的第一阶段是收集数据。可以查找所设计的反应的风险，并且 可能的话进行热化学计算。此时应考虑的是反应物的反应基团，并且对 同族的反应和反应物进行比较。参考书目中所列的书籍有助于查找这些 信息。 对于可能发生放热反应、尤其是反应失控的，在初期就对设计的反应进 行热化学分析是非常重要的。现在，对于所有新的反应都要进行行热化 学分析。在热化学分析过程中，有很多量热技术可以使用。例如差示扫 描量热仪 (Differential scanning calorimetry) 和Carius 管 (Carius Tube) 可以用来进行基本的热稳定性测试；恒温量热仪 (Isothermal calorimetry) 主要用来测量反应热和反应动力学；绝热量热仪 (Adiabatic calorimetry) 可以用来检测反应失控的可能性；还可以进行 减压通气口尺寸测试 (relief vent sizing test) 等等。 风险评估应当本着消除、减少和控制的原则获取结果。如果所设计的反 应的风险不可接受，那么应当考虑其他的合成路线，可能的话采用固有 的更安全的方法 (inherently safer methods) 。否则 （如果反应一定要这 样进行），风险评估应当明确在放大过程的每一阶段用以确保安全操作 的控制措施和安全措施。 3. 放大程序 大生产的设计可以通过从实验室的生产到中试生产的放大过程实现。在 某些情