سلامة العملية الكيميائية - METTLER TOLEDO

سلامة العملية الكيميائية

الكشف المبكر عن المخاطر الحرارية وسلامة التصميم في العملية الكيميائية

سلامة العملية من خلال التفاعل الكالوريمتري

دليل التفاعل الكالوريمتري

التطبيقات

Process Development and 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

نقل الحرارة وتوسيع نطاق العملية
كيف يؤثر نقل الحرارة في الأوعية الرجراجة على توسيع نطاق العملية

يوفر توسيع نطاق العملية الكيميائية من المختبر إلى مرحلة التصنيع نتائج مفيدة فقط مع معاملات نقل الحرارة الدقيقة. يسمح قياس درجة حرارة الغلاف والمفاعل (أثناء إطلاق كمية محددة جيدًا من الحرارة) للباحثين بدقة حساب المقاومة الحرارية التي تستخدم لنمذجة نقل الحرارة وإنشاء تنبؤات هامة للمفاعلات على نطاق أوسع. يعد التفاعل الكالوريمتري ضروريًا لتحديد العوامل التي تؤثر على نقل الحرارة ومعاملات نقل الحرارة لتطوير نماذج لزيادة عرض نطاق المصنع. 

نقل الكتلة ومعدل التفاعل
الخلط في مفاعل كيميائي والتأثير على الخواص الحركية للتفاعل وتوسيع النطاق

الخلط هو تقليل عدم تجانس المراحل القابلة للامتزاج أو غير القابلة للامتزاج أو القضاء عليه. يتطلب تحسين وتطوير العملية أن يكون تأثير الخلط على معدل التفاعل كميًا. ويمكن تشغيل التجارب الآلية الخاضعة للتحكم بالتوازي في نظام مفاعلات مخبرية لإنشاء ارتباط نقل الكتلة، وتوفير وسيلة لضبط منطقة واجهة الغاز/السائل وحجم المفاعل بسرعة. ويؤدي هذا إلى تحقيق الظروف المطلوبة لتوسيع نطاق العملية أو تضييقه.

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.

البلورة والترسيب
تحسين حجم البلورات والناتج والنقاء

يمكن أن يكون تحسين البلورة والترسيب وتوسيع نطاقهما لإنتاج منتج يلبي باستمرار مواصفات النقاء والناتج والشكل وحجم الجزيئات واحدًا من أكبر التحديات في عملية التطوير.

مراقبة عملية التفاعلات الطاردة للحرارة
فهم ومراقبة تطوير تفاعل غرينيار وتوسيع نطاقه باستخدام التقنية التحليلية للعملية

تشكل التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة مخاطر متأصلة، خاصة أثناء عملية توسيع النطاق. وتشمل المخاطر مخاطر السلامة، مثل الضغط الزائد أو تفريغ المحتويات أو الانفجار، بالإضافة إلى انخفاض مستوى حاصل الإنتاج والنقاء المقترن بأي ارتفاع حاد في درجة الحرارة.  على سبيل المثال، تتسبب المراقبة غير الكافية لتفاعلات غرينيار في ظهور مخاوف السلامة المقترنة بتراكم الهاليدات العضوية التي، إذا لم يتم اكتشافها، قد تؤدي إلى حدث كارثي مما يؤدي إلى حدوث تفاعل خارج عن السيطرة.

الهدرجة
توصيف تأثيرات متغيرات التفاعل مع الهدرجة

تعد الهدرجة واحدة من التفاعلات الكيميائية الرائدة المستخدمة لأنها تسمح بالتشكيل، في خطوة واحدة، لروابط C-C بسيطة من الألكينات والألكاينات، وروابط C- O من الكيتونات، والألدهيد أو الإسترات وC-N (الأمينات) من الإيمينات أو النتريلات.

الدراسات الحركية للتفاعل الكيميائي
دراسة معدلات التفاعل الكيميائي وقياس الخواص الحركية داخل خط الإنتاج

توفر دراسات الخواص الحركية للتفاعل الكيميائي في الموقع فهمًا أفضل لآلية التفاعل والمسار من خلال توفير اعتمادات التركيز لمكونات التفاعل في الوقت الحقيقي. تسمح البيانات المستمرة على مدى التفاعل بحساب قوانين المعدل بعدد أقل من التجارب نظرًا لطبيعة البيانات الشاملة.  يستخدم تحليل الخواص الحركية لتقدم التفاعل (RPKA) البيانات المتوفرة في الموقع تحت التركيزات ذات الصلة التخليقية ويلتقط المعلومات طوال التجربة بالكامل لضمان إمكانية وصف سلوك التفاعل الكامل بدقة.

قياس تفاعلات البلمرة
فهم شامل للخواص الحركية لتطوير كيمياء البوليمرات التخليقية

إن قياس وفهم تفاعلات البلمرة والآليات والخواص الحركية ونسب التفاعل وطاقات التنشيط تقود الباحثين إلى توظيف التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء في الموقع كطريقة روتينية للحصول على بيانات شاملة غنية بالمعلومات تستخدم في تطوير البحث في إطار زمني أقصر.

كيمياء التدفق المستمر
تحسين السلامة، تقليل وقت الدورة، زيادة الجودة والناتج

تفتح كيمياء التدفق المستمر خيارات من خلال خطوات التخليق الطاردة للحرارة غير الممكنة في المفاعلات الدفعية، وتوفر التطورات الجديدة في تصميم مفاعل التدفق بدائل للتفاعلات محدودة الخلط في المفاعلات الدفعية. ويمكن أن يؤدي ذلك في كثير من الأحيان إلى تحسين جودة المنتج وزيادة الناتج.  عند اقتران كيمياء التدفق بالتقنية التحليلية (PAT)، فإنها تسمح بسرعة تحليل التفاعل الكيميائي وتحسينه وتوسيع نطاقه.

تجنب مخاطر الانفجار في التفاعلات الكيميائية
مخاطر الانفجارات في العملية الكيميائية وكيفية تجنب المخاطر في المصنع

حيث يقوم العلماء والمهندسون باستبعاد مخاطر الانفجارات في المصنع الكيميائي مع دراسة شاملة للسلامة. ويتم تطبيق دراسة السلامة لتطوير عملية تستبعد توليد الحرارة أو الغاز غير المتحكم فيهما، أو إطلاق بخار قابل للاشتعال، أو زيادة الضغط في المفاعل مما يؤدي إلى تمزق وفقد المحتويات، والتي قد تكون قابلة للاشتعال. ولتجنب خطر التوليد غير المنضبط للحرارة، يحدد مقياس كالوريمتر التفاعل حرارة التفاعل ومعدل إطلاق الحرارة، بحيث يمكن تصميم عملية تقلل من خطر فقد التحكم.

منع التفاعلات الكيميائية الخارجة عن السيطرة
تطوير عملية كيميائية آمنة

حيث تُعد القياسات والحسابات الأساسية ضرورية لنمذجة سيناريوهات الجموح ووضع إجراء التفاعل المثالي. يُعد كل من قياس المعلمات وحسابها وفهمها أمورًا ضرورية لتقييم المخاطر وتجنبها في العمليات الكيميائية. حيث يسمح ذلك للعلماء بوضع التنبؤات حول أنماط درجة الحرارة والحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل وتحديد الجرعات.

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.

Process Development and Scale-Up

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

نقل الحرارة وتوسيع نطاق العملية

يوفر توسيع نطاق العملية الكيميائية من المختبر إلى مرحلة التصنيع نتائج مفيدة فقط مع معاملات نقل الحرارة الدقيقة. يسمح قياس درجة حرارة الغلاف والمفاعل (أثناء إطلاق كمية محددة جيدًا من الحرارة) للباحثين بدقة حساب المقاومة الحرارية التي تستخدم لنمذجة نقل الحرارة وإنشاء تنبؤات هامة للمفاعلات على نطاق أوسع. يعد التفاعل الكالوريمتري ضروريًا لتحديد العوامل التي تؤثر على نقل الحرارة ومعاملات نقل الحرارة لتطوير نماذج لزيادة عرض نطاق المصنع. 

نقل الكتلة ومعدل التفاعل

الخلط هو تقليل عدم تجانس المراحل القابلة للامتزاج أو غير القابلة للامتزاج أو القضاء عليه. يتطلب تحسين وتطوير العملية أن يكون تأثير الخلط على معدل التفاعل كميًا. ويمكن تشغيل التجارب الآلية الخاضعة للتحكم بالتوازي في نظام مفاعلات مخبرية لإنشاء ارتباط نقل الكتلة، وتوفير وسيلة لضبط منطقة واجهة الغاز/السائل وحجم المفاعل بسرعة. ويؤدي هذا إلى تحقيق الظروف المطلوبة لتوسيع نطاق العملية أو تضييقه.

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.

البلورة والترسيب

يمكن أن يكون تحسين البلورة والترسيب وتوسيع نطاقهما لإنتاج منتج يلبي باستمرار مواصفات النقاء والناتج والشكل وحجم الجزيئات واحدًا من أكبر التحديات في عملية التطوير.

مراقبة عملية التفاعلات الطاردة للحرارة

تشكل التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة مخاطر متأصلة، خاصة أثناء عملية توسيع النطاق. وتشمل المخاطر مخاطر السلامة، مثل الضغط الزائد أو تفريغ المحتويات أو الانفجار، بالإضافة إلى انخفاض مستوى حاصل الإنتاج والنقاء المقترن بأي ارتفاع حاد في درجة الحرارة.  على سبيل المثال، تتسبب المراقبة غير الكافية لتفاعلات غرينيار في ظهور مخاوف السلامة المقترنة بتراكم الهاليدات العضوية التي، إذا لم يتم اكتشافها، قد تؤدي إلى حدث كارثي مما يؤدي إلى حدوث تفاعل خارج عن السيطرة.

الهدرجة

تعد الهدرجة واحدة من التفاعلات الكيميائية الرائدة المستخدمة لأنها تسمح بالتشكيل، في خطوة واحدة، لروابط C-C بسيطة من الألكينات والألكاينات، وروابط C- O من الكيتونات، والألدهيد أو الإسترات وC-N (الأمينات) من الإيمينات أو النتريلات.

الدراسات الحركية للتفاعل الكيميائي

توفر دراسات الخواص الحركية للتفاعل الكيميائي في الموقع فهمًا أفضل لآلية التفاعل والمسار من خلال توفير اعتمادات التركيز لمكونات التفاعل في الوقت الحقيقي. تسمح البيانات المستمرة على مدى التفاعل بحساب قوانين المعدل بعدد أقل من التجارب نظرًا لطبيعة البيانات الشاملة.  يستخدم تحليل الخواص الحركية لتقدم التفاعل (RPKA) البيانات المتوفرة في الموقع تحت التركيزات ذات الصلة التخليقية ويلتقط المعلومات طوال التجربة بالكامل لضمان إمكانية وصف سلوك التفاعل الكامل بدقة.

قياس تفاعلات البلمرة

إن قياس وفهم تفاعلات البلمرة والآليات والخواص الحركية ونسب التفاعل وطاقات التنشيط تقود الباحثين إلى توظيف التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء في الموقع كطريقة روتينية للحصول على بيانات شاملة غنية بالمعلومات تستخدم في تطوير البحث في إطار زمني أقصر.

كيمياء التدفق المستمر

تفتح كيمياء التدفق المستمر خيارات من خلال خطوات التخليق الطاردة للحرارة غير الممكنة في المفاعلات الدفعية، وتوفر التطورات الجديدة في تصميم مفاعل التدفق بدائل للتفاعلات محدودة الخلط في المفاعلات الدفعية. ويمكن أن يؤدي ذلك في كثير من الأحيان إلى تحسين جودة المنتج وزيادة الناتج.  عند اقتران كيمياء التدفق بالتقنية التحليلية (PAT)، فإنها تسمح بسرعة تحليل التفاعل الكيميائي وتحسينه وتوسيع نطاقه.

تجنب مخاطر الانفجار في التفاعلات الكيميائية

حيث يقوم العلماء والمهندسون باستبعاد مخاطر الانفجارات في المصنع الكيميائي مع دراسة شاملة للسلامة. ويتم تطبيق دراسة السلامة لتطوير عملية تستبعد توليد الحرارة أو الغاز غير المتحكم فيهما، أو إطلاق بخار قابل للاشتعال، أو زيادة الضغط في المفاعل مما يؤدي إلى تمزق وفقد المحتويات، والتي قد تكون قابلة للاشتعال. ولتجنب خطر التوليد غير المنضبط للحرارة، يحدد مقياس كالوريمتر التفاعل حرارة التفاعل ومعدل إطلاق الحرارة، بحيث يمكن تصميم عملية تقلل من خطر فقد التحكم.

منع التفاعلات الكيميائية الخارجة عن السيطرة

حيث تُعد القياسات والحسابات الأساسية ضرورية لنمذجة سيناريوهات الجموح ووضع إجراء التفاعل المثالي. يُعد كل من قياس المعلمات وحسابها وفهمها أمورًا ضرورية لتقييم المخاطر وتجنبها في العمليات الكيميائية. حيث يسمح ذلك للعلماء بوضع التنبؤات حول أنماط درجة الحرارة والحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل وتحديد الجرعات.

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.

المنشورات

منشورات تحليل المخاطر الحرارية

الأدلة

دليل التفاعل الكالوريمتري
يوفر التفاعل الكالوريمتري فهمًا للعملية الكيميائية كما يعد مصدرًا لمعلومات السلامة والتحديث والتطوير. تحدد التفاعلات الكالوريمترية كيفية نقل التفاعلات...

ندوات عبر الويب حسب الطلب

أمان التصميم: القياس الكالوريمتري في التطوير الكيميائي
في ظل ترقية التفاعلات الكيميائية من المختبر إلى مرحلة التصنيع، يجب تحديد مشكلات السلامة المحتملة المتعلقة بالظروف غير القابلة للتطوير في مرحلة مبكرة م...
Scale-up Pressure Reactions
There is an increasing demand to run reactions at elevated pressures. Due to the nature of pressure chemistry, the reaction mass typically consists of...
مراقبة عملية البلمرة
يناقش هذا العرض التقديمي مراقبة عملية البلمرة وكيفية مساهمة قيمة التحليل الطيفي لتحويل الأشعة تحت الحمراء بنظام فورييه (FTIR) في الموقع في فهم البلمرة...
Energetic Material Process Development
Data gathered at various pH values will be discussed. The influence of pH will be presented on the purity and thermal stability of the explosive produ...

المنتجات ذات الصلة

التقنية المستخدمة في سلامة العملية الكيميائية وتحليل المخاطر الحرارية

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.