仰仪科技系列产品在精细化工反应风险评估中的应用——以甲酸钙合成工艺为例

安监总局（现应急管理部）2017年发布的1号文件中指出，精细化工生产的主要安全风险来自于工艺反应的热风险。开展精细化工反应安全风险评估，要对反应中涉及的原料、中间物料、产品等化学品进行热稳定测试，对化学反应过程开展热力学和动力学分析。通过开展精细化工反应安全风险评估，确定反应工艺危险度，以此改进安全设施设计，完善风险控制措施，能提升企业本质安全水平，有效防范事故发生。

1 号文件中指出反应风险评估需要的仪器主要有：闪点测试仪、爆炸极限测试仪、热稳定性筛选量热仪、绝热加速度量热仪、高性能绝热加速度量热仪、常压反应量热仪、高压反应量热仪、最小点火能测试仪等。杭州仰仪科技有限公司通过自主研发实现反应风险评估系列仪器的量产，可为开展反应风险评估工作的单位提供一整套的仪器解决方案。本文以甲酸钙的合成工艺为例展示杭州仰仪科技有限公司相关产品在精细化工反应风险评估中的应用。

实验中采用的仪器是杭州仰仪科技研制的常压自动反应量热仪RC HP-1000A，如图1所示。按照甲酸钙的工艺生产要求，向反应釜内加入甲酸和水，标定后加入碳酸钙，保持釜内物料在工艺温度下进行反应，反应结束后再次进行校准，之后结束实验。反应量热的结果如图2所示，计算获得的部分重要参数如表1所示。

图1 自动反应量热仪RC HP-1000A

图2 甲酸钙工艺反应量热结果图

表1 甲酸钙合成反应中的放热信息

采用杭州仰仪科技有限公司研制的快速筛选量热仪RSC-400A对反应中涉及的物料进行热稳定性测试，获得甲酸、碳酸钙、甲酸钙反应后料液的初始分解温度和分解放热量，仪器如图3所示。

图3 快速筛选量热仪RSC-400A

采用杭州仰仪科技有限公司研制的绝热加速量热仪TAC-500A（图4）对甲酸钙反应后料液进行二次反应风险测试。称取一定量的反应料液置于钛测试小球中，采用加热-等待-搜索 (HWS)测试模式。为了提高测试效率，台阶升温的初始温度根据快速筛选量热仪测得的初始分解温度来确定，结束温度为450℃。

图4 绝热加速量热仪TAC-500A

将实验测得的温度和压力数据导入TAC-500A自带的分析软件中，经过热力学计算获得反应料液在425.5℃开始发生放热效应，绝热温升为24.5℃，如图5所示。进一步对反应料液的绝热反应进行动力学分析，获得反应料液的反应级数为3，活化能1.29×103kJ/mol。根据动力学计算结果可以获得TMR曲线如图6所示，计算得反应料液对应的TD24为407.4℃，工艺温度下的最大反应速率到达时间TMRad为2.6×1087h。

图5 反应料液分解反应热力学分析

图6 完全绝热条件下失控时间与温度的关系

依据精细化工反应安全评估导则和实验测试的结果可得表2所示的甲酸钙工艺评估结果。

表2 甲酸钙工艺测试数据及评估结果汇总表

欢迎就反应风险评估技术和风险评估实验室建设方面的问题与我们进行交流，杭州仰仪科技将秉承“用心感知，精确传递”的宗旨为您提供优质服务。

参考资料：

1.  精细化工反应安全风险评估导则（试行）

反应风险评估仪器