Chemical Process Safety

Chemical Process Safety

Determine the Safety of Chemical Processes Prior to Scale-up

Chemical Process Safety
Reaction Calorimetry Safety
Risks of Chemical Processes

Chemical Process Safety by Design
Predict Runaway Dynamics
Reaction Calorimetry in Practice
Reaction Calorimeters for Safety
Risks of Rising Temperature

Aplikace

Chemical Process Development & Scale-Up
Design Robust and Sustainable Chemical Processes For Faster Transfer To Pilot Plant and Production

Design Robust and Sustainable Chemical Processes For Faster Transfer To Pilot Plant and Production

Heat Transfer and Process Scale-up
How Heat Transport in Agitated Vessels Affects Process Scale-up

Scaling-up a chemical process from lab to manufacturing gives useful results only with accurate heat transfer coefficients. Measuring the jacket and reactor temperature (during the release of a well-defined amount of heat) allows researchers to accurately compute the thermal resistance which is used to model the heat transfer and make critical predictions for reactors at larger scale. Reaction calorimetry is essential to determine parameters that impact the heat transfer and the heat transfer coefficients to develop models to maximize the bandwidth of a manufacturing plant. 

Přenos hmoty a rychlost reakce
Mísení v chemickém reaktoru a účinek na kinetiku reakce a převádění do praxe

Mísení je snížení nebo eliminace nehomogenity skupenství, která lze nebo nelze smísit. Převedení procesu do praxe a jeho optimalizace vyžadují kvantifikaci vlivů mísení na rychlost reakce. Automatizované kontrolované experimenty lze souběžně provádět v laboratorním reakčním systému a zjistit tak korelace přenosů hmoty a zároveň zajistit prostředky k rychlému nastavení oblasti styku plynů s kapalinou a objemu v reaktoru. Dosahuje se tak žádoucích podmínek požadovaných pro převedení procesu do praxe, případně jeho vyřazení z praxe.

Highly Reactive Chemistry

Highly reactive chemistry is a terminology used to describe chemical reactions that are particularly challenging to handle and develop due to the potentially hazardous and/or energetic nature of the reactants, intermediates and products that are present during synthesis. These chemistries often involve highly exothermic reactions which require specialized equipment or extreme operating conditions (such as low temperature) to ensure adequate control. Ensuring safe operating conditions, minimizing human exposure, and gaining the maximum amount of information from each experiment are key factors in successfully designing and scaling-up highly reactive chemistries.

Particularly challenging is the fact that sampling the reactor contents during the reaction is often impractical or impossible under the desired operating conditions. In addition, as highly reactive materials are often unstable, the accuracy of any possible offline analysis is often limited.

Handling of reagents can be minimized through the use of synthesis workstations, a new generation of technology, that are designed to provide high quality synthetic conditions (such as control over temperature and pH), a degree of automation of methods, and importantly greatly reduce the amount of material that comes into contact with the operator.

The sampling challenge can be addressed through the use of in situ reaction monitoring technology such as ReactIR™. This technology allows scientists to design and develop better and safer processes through the delivery of information regarding the behavior of reaction species such as starting materials, intermediates and products, allowing them to gain a greater understanding of the reaction being studied.

Crystallization and Precipitation
Optimalizace velikosti krystalů, výnosu a čistoty

Optimalizace a převedení krystalizace a srážení do praxe za účelem výroby produktů, které trvale splňují požadavky na čistotu, výnos, tvar a velikost částic může představovat jeden z největších problémů ve vývoji procesů.

Grignard Reaction Mechanisms
Understand and Control Exothermic Events

Grignard reactions are one of the most important reaction classes in organic chemistry. Grignard reactions are useful for forming carbon-carbon bonds. Grignard reactions form alcohols from ketones and aldehydes, as well as react with other chemicals to form a myriad of useful compounds. Grignard reactions are performed using a Grignard reagent, which is typically a alkyl-, aryl- or vinyl- organomagnesium halide compound. To ensure optimization and safety of Grignard reactions in research, development and production, in situ monitoring and understanding reaction heat flow is important.

Hydrogenation Reactions
Bezpečné monitorování reakcí při zvýšené teplotě a tlaku

Hydrogenační reakce se široce používají při výrobě velkoobjemových a jemných chemikálií pro redukci vícenásobných vazeb na jednoduché. Katalyzátory se obvykle používají na podporu těchto reakcí, přičemž reakční teplota, tlak, zatížení substrátu, zatížení katalyzátoru a intenzita míchání společně působí na absorpci plynného vodíku a celkový výkon reakce. Důkladné pochopení této intenzivní reakce je důležité a PAT technologie, jako je in situ FTIR, kalorimetrie a automatické in situ vzorkování na podporu analýzy HPLC zajišťují bezpečné, optimalizované a dobře charakterizované chemické procesy.

Chemical Reaction Kinetics Studies
Study Chemical Reaction Rates and Measure Kinetics Inline

In situ chemical reaction kinetics studies provide an improved understanding of reaction mechanism and pathway by providing concentration dependences of reacting components in real-time. Continuous data over the course of a reaction allows for the calculation of rate laws with fewer experiments due to the comprehensive nature of the data.  Reaction Progression Kinetics Analysis (RPKA) uses in situ data under synthetically relevant concentrations and captures information throughout the whole experiment ensuring that the complete reaction behavior can be accurately described.

Measuring Polymerization Reactions
Komplexní porozumění kinetice pro vývoj chemie syntetických polymerů

Měření a pochopení polymeračních reakcí, mechanismů, kinetiky, reakčních poměrů a aktivačních energií přimělo výzkumníky zavést in situ infračervenou spektroskopii coby rutinní techniku pro získávání komplexních a informačně bohatých dat, která se využívají k pokročení ve výzkumu v kratším časovém rámci.

Průtoková chemie
Zvýšení bezpečnosti, zkrácení trvání cyklu, zvýšení kvality a výnosu

Průtoková chemie (občas taky nazývaná chemie laminárního toku, mikrochemie nebo chemie kontinuálního toku) otevírá možnosti využití exotermických syntetizačních kroků, které nejsou u dávkových reaktorů možné, a nový rozvoj v oblasti konstrukce průtokových reaktorů umožňuje využití alternativních reakcí, které jsou u dávkových směsných reaktorů omezeny. Výsledkem tak může být vyšší kvalita produktů a vyšší výnos.  V kombinaci s procesní analytickou technologií (PAT) umožňuje průtoková chemie rychlé provedení analýzy, optimalizace a převedení chemické reakce do praxe.

Avoid Explosion Risks Hazards of Chemical Reactions
Risks of Explosions in Chemical Process and How to Avoid Hazards in the Plant

Scientists and engineers eliminate risks of explosions in a chemical plant with a comprehensive safety study. The safety study is applied to develop a process that eliminates uncontrolled heat or gas generation, flammable vapor release, or an over-pressurization of the reactor leading to rupture and loss of contents, which may be flammable. In order to avoid the risk of uncontrolled heat generation, reaction calorimetry determines the heat of reaction and the rate of heat release, so that a process can be designed that minimizes the risk of loss of control.

Prevent Runaway Chemical Reactions
Develop a Safe Chemical Process

Essential measurements and calculations are necessary to model runaway scenarios and establish the ideal reaction procedure. Measuring, calculating, and understanding the parameters are essential to assess and avoid risk in a chemical process. This allows scientists to make predictions about the temperature profiles, maximum operating temperature, and dosing.

Assess the Risk of Chemical Processes

The heat of reaction, or reaction enthalpy, is an essential parameter to safely and successfully scale-up chemical processes. The heat of reaction is the energy that is released or absorbed when chemicals are transformed in a chemical reaction.

Chemical Process Development & Scale-Up

Design Robust and Sustainable Chemical Processes For Faster Transfer To Pilot Plant and Production

Heat Transfer and Process Scale-up

Scaling-up a chemical process from lab to manufacturing gives useful results only with accurate heat transfer coefficients. Measuring the jacket and reactor temperature (during the release of a well-defined amount of heat) allows researchers to accurately compute the thermal resistance which is used to model the heat transfer and make critical predictions for reactors at larger scale. Reaction calorimetry is essential to determine parameters that impact the heat transfer and the heat transfer coefficients to develop models to maximize the bandwidth of a manufacturing plant. 

Přenos hmoty a rychlost reakce

Mísení je snížení nebo eliminace nehomogenity skupenství, která lze nebo nelze smísit. Převedení procesu do praxe a jeho optimalizace vyžadují kvantifikaci vlivů mísení na rychlost reakce. Automatizované kontrolované experimenty lze souběžně provádět v laboratorním reakčním systému a zjistit tak korelace přenosů hmoty a zároveň zajistit prostředky k rychlému nastavení oblasti styku plynů s kapalinou a objemu v reaktoru. Dosahuje se tak žádoucích podmínek požadovaných pro převedení procesu do praxe, případně jeho vyřazení z praxe.

Highly Reactive Chemistry

Highly reactive chemistry is a terminology used to describe chemical reactions that are particularly challenging to handle and develop due to the potentially hazardous and/or energetic nature of the reactants, intermediates and products that are present during synthesis. These chemistries often involve highly exothermic reactions which require specialized equipment or extreme operating conditions (such as low temperature) to ensure adequate control. Ensuring safe operating conditions, minimizing human exposure, and gaining the maximum amount of information from each experiment are key factors in successfully designing and scaling-up highly reactive chemistries.

Particularly challenging is the fact that sampling the reactor contents during the reaction is often impractical or impossible under the desired operating conditions. In addition, as highly reactive materials are often unstable, the accuracy of any possible offline analysis is often limited.

Handling of reagents can be minimized through the use of synthesis workstations, a new generation of technology, that are designed to provide high quality synthetic conditions (such as control over temperature and pH), a degree of automation of methods, and importantly greatly reduce the amount of material that comes into contact with the operator.

The sampling challenge can be addressed through the use of in situ reaction monitoring technology such as ReactIR™. This technology allows scientists to design and develop better and safer processes through the delivery of information regarding the behavior of reaction species such as starting materials, intermediates and products, allowing them to gain a greater understanding of the reaction being studied.

Crystallization and Precipitation

Optimalizace a převedení krystalizace a srážení do praxe za účelem výroby produktů, které trvale splňují požadavky na čistotu, výnos, tvar a velikost částic může představovat jeden z největších problémů ve vývoji procesů.

Grignard Reaction Mechanisms

Grignard reactions are one of the most important reaction classes in organic chemistry. Grignard reactions are useful for forming carbon-carbon bonds. Grignard reactions form alcohols from ketones and aldehydes, as well as react with other chemicals to form a myriad of useful compounds. Grignard reactions are performed using a Grignard reagent, which is typically a alkyl-, aryl- or vinyl- organomagnesium halide compound. To ensure optimization and safety of Grignard reactions in research, development and production, in situ monitoring and understanding reaction heat flow is important.

Hydrogenation Reactions

Hydrogenační reakce se široce používají při výrobě velkoobjemových a jemných chemikálií pro redukci vícenásobných vazeb na jednoduché. Katalyzátory se obvykle používají na podporu těchto reakcí, přičemž reakční teplota, tlak, zatížení substrátu, zatížení katalyzátoru a intenzita míchání společně působí na absorpci plynného vodíku a celkový výkon reakce. Důkladné pochopení této intenzivní reakce je důležité a PAT technologie, jako je in situ FTIR, kalorimetrie a automatické in situ vzorkování na podporu analýzy HPLC zajišťují bezpečné, optimalizované a dobře charakterizované chemické procesy.

Chemical Reaction Kinetics Studies

In situ chemical reaction kinetics studies provide an improved understanding of reaction mechanism and pathway by providing concentration dependences of reacting components in real-time. Continuous data over the course of a reaction allows for the calculation of rate laws with fewer experiments due to the comprehensive nature of the data.  Reaction Progression Kinetics Analysis (RPKA) uses in situ data under synthetically relevant concentrations and captures information throughout the whole experiment ensuring that the complete reaction behavior can be accurately described.

Measuring Polymerization Reactions

Měření a pochopení polymeračních reakcí, mechanismů, kinetiky, reakčních poměrů a aktivačních energií přimělo výzkumníky zavést in situ infračervenou spektroskopii coby rutinní techniku pro získávání komplexních a informačně bohatých dat, která se využívají k pokročení ve výzkumu v kratším časovém rámci.

Průtoková chemie

Průtoková chemie (občas taky nazývaná chemie laminárního toku, mikrochemie nebo chemie kontinuálního toku) otevírá možnosti využití exotermických syntetizačních kroků, které nejsou u dávkových reaktorů možné, a nový rozvoj v oblasti konstrukce průtokových reaktorů umožňuje využití alternativních reakcí, které jsou u dávkových směsných reaktorů omezeny. Výsledkem tak může být vyšší kvalita produktů a vyšší výnos.  V kombinaci s procesní analytickou technologií (PAT) umožňuje průtoková chemie rychlé provedení analýzy, optimalizace a převedení chemické reakce do praxe.

Avoid Explosion Risks Hazards of Chemical Reactions

Scientists and engineers eliminate risks of explosions in a chemical plant with a comprehensive safety study. The safety study is applied to develop a process that eliminates uncontrolled heat or gas generation, flammable vapor release, or an over-pressurization of the reactor leading to rupture and loss of contents, which may be flammable. In order to avoid the risk of uncontrolled heat generation, reaction calorimetry determines the heat of reaction and the rate of heat release, so that a process can be designed that minimizes the risk of loss of control.

Prevent Runaway Chemical Reactions

Essential measurements and calculations are necessary to model runaway scenarios and establish the ideal reaction procedure. Measuring, calculating, and understanding the parameters are essential to assess and avoid risk in a chemical process. This allows scientists to make predictions about the temperature profiles, maximum operating temperature, and dosing.

The heat of reaction, or reaction enthalpy, is an essential parameter to safely and successfully scale-up chemical processes. The heat of reaction is the energy that is released or absorbed when chemicals are transformed in a chemical reaction.

Publikace ke stažení

Thermal Hazard Analysis Publications

Know-how

Sustain a Culture of Safety
The series of safety resources offers application-specific knowledge.
Insight for Every Reaction
Resources to help gain insight into every reaction
Deliver From Lab to Plant
Resources to help design processes for manufacturability early in the process
Průvodce bezpečností procesů
Guide to Process Safety discusses challenges to consider when designing a safe process including thermal hazard analysis in chemical production, runaw...
Rizika související s rostoucí teplotou
Při zavádění chemických procesů do praxe je pochopení změn teploty a související akumulace tepla v důsledku reakce kriticky důležité pro bezpečnost pr...

On-Demand Webinars

Calorimetry in Chemical Development
As chemical reactions are scaled from lab to manufacturing, potential safety issues of non-scalable conditions need to be identified early in developm...
Avoiding Incidents at Scale-up
This webinar discusses how to perform safe scale-up of chemical processes and includes a close examination of thermal risks and hazards.

Podobné produkty

Technology Used in Chemical Process Safety and Thermal Hazard Analysis

Thank you for visiting www.mt.com. We have tried to optimize your experience while on the site, but we noticed that you are using an older version of a web browser. We would like to let you know that some features on the site may not be available or may not work as nicely as they would on a newer browser version. If you would like to take full advantage of the site, please update your web browser to help improve your experience while browsing www.mt.com.