Sécurité des procédés chimiques | Techniques, équipements

Sécurité des procédés chimiques

Évitez de perdre le contrôle d'un procédé chimique

Importance de la sécurité des procédés chimiques
Techniques pour analyser la sécurité des procédés chimiques
Calorimétrie réactionnelle dans la sécurité des procédés chimiques
Technologie pour la sécurité des procédés chimiques

Applications

Développement de procédé chimique et Scale-Up
Procédés chimiques durables et robustes pour un transfert rapide vers l'usine pilote et la production

Procédés chimiques durables et robustes pour un transfert rapide vers l'usine pilote et la production

Transfert de chaleur et extrapolation des procédés
Effets du transport de chaleur dans les cuves agitées sur l'extrapolation des procédés

Seule une connaissance précise des coefficients de transfert de chaleur permet d'effectuer une extrapolation d'un tel procédé chimique du laboratoire vers l'usine. Les chercheurs mesurent la température de la chemise et du réacteur (durant le dégagement d'une quantité bien définie de chaleur) pour calculer avec exactitude la résistance thermique utilisée pour modéliser le transfert de chaleur et réaliser des prévisions critiques pour les réacteurs à plus grande échelle. La calorimétrie réactionnelle est essentielle pour déterminer les paramètres ayant une influence sur le transfert de chaleur et les coefficients de transfert de chaleur afin de développer des modèles permettant d'optimiser la gamme d'une usine de fabrication. 

Transfert de masse et vitesse de réaction
Mélange dans un réacteur chimique et effet sur la cinétique de la réaction et l'extrapolation

Le mélange consiste à réduire ou à éliminer l'hétérogénéité des phases qui sont soit miscibles soit immiscibles. Pour extrapoler et optimiser le procédé, il est nécessaire de quantifier l'effet du mélange sur la vitesse de réaction. Des expériences automatisées et contrôlées réalisées en parallèle dans un système de réacteurs de laboratoire permettent d'établir une corrélation entre les différentes valeurs de transfert de masse, afin de pouvoir ajuster rapidement la zone d'interface gaz/liquide et le volume du réacteur. On obtient ainsi les conditions souhaitées nécessaires à l'extrapolation ou à la réduction d'un procédé.

Procédé de cristallisation en cours
Optimisation de la taille des cristaux, du rendement et de la pureté

L'optimisation et l'extrapolation de la cristallisation et de la précipitation afin d'obtenir un produit systématiquement conforme aux spécifications en matière de pureté, de rendement, de forme et de taille des particules peuvent être l'un des plus grands défis dans le développement de procédés.

Contrôle de procédé pour les réactions exothermiques
Comprendre et contrôler le développement de la réaction de Grignard, extrapoler avec la technologie analytique de procédé

Les réactions chimiques exothermiques présentent des risques inhérents, particulièrement au cours de l'extrapolation. Ces risques incluent les problèmes de sécurité comme une pression excessive, une décharge de contenu, les explosions, une dégradation du rendement de produit ou de sa pureté due à une hausse rapide de la température.  Par exemple, un contrôle inadéquat des réactions de Grignard pose des problèmes de sécurité associés à l'accumulation de l'halogénure organique qui, s'il n'est pas détecté, peut avoir des conséquences graves et entraîner un emballement réactionnel.

Réactions d'hydrogénation
Comprendre et optimiser les effets des paramètres de procédé sur les réactions d'hydrogénation

L'étude des réactions d'hydrogénation implique de prendre des décisions avisées afin d'optimiser le procédé en laboratoire et de garantir sa répétabilité lors de son extrapolation. Des mesures continues de la réaction en temps réel permettent d'améliorer la compréhension fondamentale du procédé. Ces mesures permettent ainsi de prendre des décisions plus rapidement afin de réduire le nombre d'expériences et le délai d'extrapolation du procédé ; d'améliorer la sélectivité/le rendement grâce aux informations quasi instantanées sur la direction de la réaction ; de réduire la durée du cycle et d'améliorer le rendement en déterminant le point final idéal en arrêtant la réaction à un moment précis et en évitant le risque de formation de produits dérivés.

Études de la cinétique des réactions chimiques
Étude de la vitesse des réactions chimiques et mesure de la cinétique en ligne

Les études de la cinétique des réactions chimiques in situ permettent de mieux comprendre le mécanisme et le déroulement des réactions en décrivant la dépendance entre les concentrations des composants de réaction en temps réel. Les données obtenues tout au long d'une réaction permettent de calculer des lois gouvernant le taux de réaction grâce à un nombre réduit d'expériences, en raison de la nature exhaustive des données.L'analyse cinétique de la progression de la réaction (RPKA) utilise des données in situ dans des concentrations synthétiquement pertinentes et capture des données tout au long de l'expérience pour veiller à ce que le comportement de réaction complet puisse être décrit avec exactitude.

Mesurer les réactions de polymérisation
Comprendre la cinétique pour développer la chimie des polymères de synthèse

Mesurer et comprendre les réactions de polymérisation, les mécanismes, la cinétique, les rapports de réactivité et les énergies d'activation incitent les chercheurs à employer la spectroscopie infrarouge in situ comme technique de routine pour obtenir des données expérimentales complètes et progresser plus rapidement dans leurs recherches.

Chimie en flux, notions et avantages - suivi des données en temps réel
Améliorer la sécurité, la qualité et le rendement, réduire la durée de cycle

La chimie en flux continu permet de réaliser des étapes exothermiques qui sont impossibles avec les réacteurs standards. De plus, les améliorations apportées à la conception des réacteurs à flux continu multiplient les possibilités de réaction, qui sont limitées dans les réacteurs classiques. Cela permet généralement d'améliorer la qualité des produits et d'optimiser le rendement.  Associée à la technologie analytique de procédé (PAT), la chimie en flux permet d'analyser, d'optimiser et d'extrapoler rapidement une réaction chimique.

Éviter les risques d'explosion lors de réactions chimiques
Risques d'explosion lors des procédés chimiques et Réduction des risques en usine

Pour limiter le risque d'explosion dans les usines chimiques, les chercheurs et les ingénieurs réalisent des études de sécurité complètes. Ces études de sécurité permettent d'élaborer des procédés qui éliminent les risques de génération incontrôlée de chaleur ou de gaz, de libération de vapeurs inflammables ou de surpressurisation du réacteur, entraînant sa rupture ou la perte de son contenu, potentiellement inflammable. Pour éviter tout dégagement de chaleur incontrôlé, utilisez la calorimétrie réactionnelle pour déterminer la chaleur de réaction et la vitesse de libération de chaleur, afin d'élaborer un procédé où le risque d'emballement est limité.

Empêcher les réactions d'emballement chimique
Développer un procédé chimique sûr

Certains calculs et mesures sont incontournables pour modéliser les scénarios d'emballement et établir une procédure de réaction idéale. Les mesures, les calculs et la compréhension des paramètres sont essentiels pour évaluer et réduire les risques inhérents aux procédés chimiques. Les chercheurs peuvent ainsi prédire sans danger les profils de température, les températures de service maximales et les distributions.

Évaluez le risque des procédés chimiques

La chaleur de réaction, ou enthalpie de réaction, est un paramètre essentiel pour réussir l'extrapolation en toute sécurité des procédés chimiques. La chaleur de réaction est l'énergie libérée ou absorbée lors de la transformation de produits chimiques au cours d'une réaction chimique.

Développement de procédé chimique et Scale-Up

Procédés chimiques durables et robustes pour un transfert rapide vers l'usine pilote et la production

Transfert de chaleur et extrapolation des procédés

Seule une connaissance précise des coefficients de transfert de chaleur permet d'effectuer une extrapolation d'un tel procédé chimique du laboratoire vers l'usine. Les chercheurs mesurent la température de la chemise et du réacteur (durant le dégagement d'une quantité bien définie de chaleur) pour calculer avec exactitude la résistance thermique utilisée pour modéliser le transfert de chaleur et réaliser des prévisions critiques pour les réacteurs à plus grande échelle. La calorimétrie réactionnelle est essentielle pour déterminer les paramètres ayant une influence sur le transfert de chaleur et les coefficients de transfert de chaleur afin de développer des modèles permettant d'optimiser la gamme d'une usine de fabrication. 

Transfert de masse et vitesse de réaction

Le mélange consiste à réduire ou à éliminer l'hétérogénéité des phases qui sont soit miscibles soit immiscibles. Pour extrapoler et optimiser le procédé, il est nécessaire de quantifier l'effet du mélange sur la vitesse de réaction. Des expériences automatisées et contrôlées réalisées en parallèle dans un système de réacteurs de laboratoire permettent d'établir une corrélation entre les différentes valeurs de transfert de masse, afin de pouvoir ajuster rapidement la zone d'interface gaz/liquide et le volume du réacteur. On obtient ainsi les conditions souhaitées nécessaires à l'extrapolation ou à la réduction d'un procédé.

Procédé de cristallisation en cours

L'optimisation et l'extrapolation de la cristallisation et de la précipitation afin d'obtenir un produit systématiquement conforme aux spécifications en matière de pureté, de rendement, de forme et de taille des particules peuvent être l'un des plus grands défis dans le développement de procédés.

Contrôle de procédé pour les réactions exothermiques

Les réactions chimiques exothermiques présentent des risques inhérents, particulièrement au cours de l'extrapolation. Ces risques incluent les problèmes de sécurité comme une pression excessive, une décharge de contenu, les explosions, une dégradation du rendement de produit ou de sa pureté due à une hausse rapide de la température.  Par exemple, un contrôle inadéquat des réactions de Grignard pose des problèmes de sécurité associés à l'accumulation de l'halogénure organique qui, s'il n'est pas détecté, peut avoir des conséquences graves et entraîner un emballement réactionnel.

Réactions d'hydrogénation

L'étude des réactions d'hydrogénation implique de prendre des décisions avisées afin d'optimiser le procédé en laboratoire et de garantir sa répétabilité lors de son extrapolation. Des mesures continues de la réaction en temps réel permettent d'améliorer la compréhension fondamentale du procédé. Ces mesures permettent ainsi de prendre des décisions plus rapidement afin de réduire le nombre d'expériences et le délai d'extrapolation du procédé ; d'améliorer la sélectivité/le rendement grâce aux informations quasi instantanées sur la direction de la réaction ; de réduire la durée du cycle et d'améliorer le rendement en déterminant le point final idéal en arrêtant la réaction à un moment précis et en évitant le risque de formation de produits dérivés.

Études de la cinétique des réactions chimiques

Les études de la cinétique des réactions chimiques in situ permettent de mieux comprendre le mécanisme et le déroulement des réactions en décrivant la dépendance entre les concentrations des composants de réaction en temps réel. Les données obtenues tout au long d'une réaction permettent de calculer des lois gouvernant le taux de réaction grâce à un nombre réduit d'expériences, en raison de la nature exhaustive des données.L'analyse cinétique de la progression de la réaction (RPKA) utilise des données in situ dans des concentrations synthétiquement pertinentes et capture des données tout au long de l'expérience pour veiller à ce que le comportement de réaction complet puisse être décrit avec exactitude.

Mesurer les réactions de polymérisation

Mesurer et comprendre les réactions de polymérisation, les mécanismes, la cinétique, les rapports de réactivité et les énergies d'activation incitent les chercheurs à employer la spectroscopie infrarouge in situ comme technique de routine pour obtenir des données expérimentales complètes et progresser plus rapidement dans leurs recherches.

Chimie en flux, notions et avantages - suivi des données en temps réel

La chimie en flux continu permet de réaliser des étapes exothermiques qui sont impossibles avec les réacteurs standards. De plus, les améliorations apportées à la conception des réacteurs à flux continu multiplient les possibilités de réaction, qui sont limitées dans les réacteurs classiques. Cela permet généralement d'améliorer la qualité des produits et d'optimiser le rendement.  Associée à la technologie analytique de procédé (PAT), la chimie en flux permet d'analyser, d'optimiser et d'extrapoler rapidement une réaction chimique.

Éviter les risques d'explosion lors de réactions chimiques

Pour limiter le risque d'explosion dans les usines chimiques, les chercheurs et les ingénieurs réalisent des études de sécurité complètes. Ces études de sécurité permettent d'élaborer des procédés qui éliminent les risques de génération incontrôlée de chaleur ou de gaz, de libération de vapeurs inflammables ou de surpressurisation du réacteur, entraînant sa rupture ou la perte de son contenu, potentiellement inflammable. Pour éviter tout dégagement de chaleur incontrôlé, utilisez la calorimétrie réactionnelle pour déterminer la chaleur de réaction et la vitesse de libération de chaleur, afin d'élaborer un procédé où le risque d'emballement est limité.

Empêcher les réactions d'emballement chimique

Certains calculs et mesures sont incontournables pour modéliser les scénarios d'emballement et établir une procédure de réaction idéale. Les mesures, les calculs et la compréhension des paramètres sont essentiels pour évaluer et réduire les risques inhérents aux procédés chimiques. Les chercheurs peuvent ainsi prédire sans danger les profils de température, les températures de service maximales et les distributions.

La chaleur de réaction, ou enthalpie de réaction, est un paramètre essentiel pour réussir l'extrapolation en toute sécurité des procédés chimiques. La chaleur de réaction est l'énergie libérée ou absorbée lors de la transformation de produits chimiques au cours d'une réaction chimique.

Publications

Savoir-faire

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
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