化学プロセスの安全性評価 | メトラー・トレド
 
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安全な化学プロセスの設計

プラントでの化学プロセスの制御不能を防ぐ

重要な化学プロセスの安全性評価
化学プロセスの安全性を評価する手法
化学プロセスの安全性評価における反応熱量測定
化学プロセスの安全性評価に関する技術

アプリケーション

化学プロセス開発とスケールアップ
堅牢性が高く持続可能な化学プロセスを設計し、パイロットプラントおよび実生産へのスケールアップを迅速化

堅牢性が高く持続可能な化学プロセスを設計し、パイロットプラントおよび実生産へのスケールアップを迅速化

ヒートトランスファーとプロセスのスケールアップ
撹拌容器内の熱伝達がプロセスのスケールアップに与える影響

研究室から製造への化学プロセスのスケールアップは、正確な伝熱係数がわかっている場合にのみ有効な結果が得られます。ジャケットとリアクタの(決められた熱量を与えた際に発生する温度差)温度測定によって伝熱係数を正確に計算することができます。これを使用してヒートトランスファーをモデル化し、大規模なリアクタについて重要な予測を行います。反応熱量測定は、製造プラントの帯域幅を最大化するためにヒートトランスファーと伝熱係数に影響を与えるパラメータを確認するうえで不可欠です。 

マストランスファーと反応速度
有機合成が行われているリアクタ内での撹拌と、撹拌が反応速度論およびスケールアップに与える影響

撹拌は、内容物の偏りや不均一相の不均一性を軽減または除去するプロセスです。プロセスのスケールアップと最適化では、撹拌が反応速度に与える影響を定量化する必要があります。複数の実験を自動合成機で平行して実行することにより、マストランスファーの相関関係を確認し、気/液界面領域とリアクタ容積をすばやく最適化する方法を得ることができます。これにより、プロセスのスケールアップやスケールダウンに必要な希望の条件を実現できます。

晶析操作と装置
結晶化や晶析プロセスを解析、より高度なプロセス設計を実現

純度、収率、形状、粒度の仕様に適合した生成物を製造するための晶析と沈殿のスケールアップと最適化は、プロセス開発の中でも最も大きな課題の1つです。

発熱を伴う反応のプロセス制御
PAT(Process Analytical Technology)を使用したグリニャール反応の開発とスケールアップの理解/制御

発熱を伴う反応は、特にスケールアップ時にリスクを伴います。リスクには、圧力増加、内容物の噴出、爆発などの安全上の問題に加えて、急激な温度上昇に関連する製品の収率や純度の低下などがあります。 例えば、グリニャール試薬調整時の制御が不十分な場合、有機ハロゲン化合物の蓄積が発生する可能性があります。これを検出できないと暴走反応につながる危機的状況が発生します。

水素化反応
反応条件が水素化反応に与える影響の把握と最適化

水素化反応の研究には、研究室で反応条件を最適化し、スケールアップ時の繰返し性を確保するために正しい情報に基づく意思決定が必要です。反応条件に関する詳細な情報を得るために連続的なリアルタイムの反応測定を行います。この測定によってすばやい意思決定が可能になり、プロセスのスケールアップに必要な実験の回数と時間が減少し反応に関するほぼ瞬時のフィードバック制御により選択性/収率が向上します。また、特定の時間点での反応停止と、副生成物形成のリスク回避によって理想的な終点を決定することでサイクル時間が短縮され、収率が向上します。

重合反応の測定
構成高分子化学の研究開発のための手法と技術

反応性、正確さと再現性、安全性の改善などの条件を満たす材料を開発するため、重合反応を理解することは非常に重要です。

反応速度論解析
化学反応の速度論解析と反応速度のインライン測定

in situの反応速度論解析では、反応成分の濃度依存性をリアルタイムで示すことにより、反応機構と反応経路の理解を深めることができます。反応開始から終点までの連続的なデータを使用することで、より少ない実験回数で速度論解析を実施することができます。 RPKA(Reaction Progression Kinetics Analysis)では、いくつかの濃度でのin situデータを使用し、実験全体の情報を捕捉することで、完全な反応挙動を正確に記述できます。

連続フロー合成
安全性の向上、サイクルタイムの短縮、品質と収率の向上

連続フロー反応により、バッチリアクタでは困難であった発熱合成が可能となりました。フローリアクタ設計の新規開発により、バッチリアクタでは制限のあった混合物の合成も実行できるようになりました。多くの場合、これにより製品の品質と収率を向上することができます。 プロセス分析技術(PAT)と組み合わせると、フローケミストリーによって、化学反応の迅速な分析、最適化、スケールアップが可能になります。

化学反応の爆発のリスクと危険の回避
化学プロセスの爆発のリスクと、プラントの危険を回避する方法

科学者や技術者は、包括的な安全性確認により化学プラントにおける爆発のリスクを排除しています。 安全性確認は破裂や引火性の内容物の制御不能な熱またはガスの発生、引火性蒸気の放出またはリアクタの過圧を避けるプロセスを開発するために適用されます。 制御できない発熱のリスクを回避するには、制御を失うリスクを最小限に抑えるプロセスを設計できるように、反応熱量測定を使用して反応熱と放熱速度を測定します。

暴走化学反応の防止
安全な化学プロセスの開発

暴走シナリオをモデル化し、適切な反応手順を確立するには、基本的な測定と計算が必要です。 プロセスパラメータの測定と計算そして把握は、化学プロセスのリスクを評価し回避するためには不可欠です。 この結果、研究者は温度プロファイルと温度上限そして試薬添加による挙動を予測できます。

化学プロセスのリスク評価

反応熱、または反応エンタルピーは、化学プロセスを安全、適切にスケールアップする上で必須のパラメータです。 反応熱は、化学物質が化学反応で変化するとき放出または吸収されるエネルギーです。

化学プロセス開発とスケールアップ

堅牢性が高く持続可能な化学プロセスを設計し、パイロットプラントおよび実生産へのスケールアップを迅速化

ヒートトランスファーとプロセスのスケールアップ

研究室から製造への化学プロセスのスケールアップは、正確な伝熱係数がわかっている場合にのみ有効な結果が得られます。ジャケットとリアクタの(決められた熱量を与えた際に発生する温度差)温度測定によって伝熱係数を正確に計算することができます。これを使用してヒートトランスファーをモデル化し、大規模なリアクタについて重要な予測を行います。反応熱量測定は、製造プラントの帯域幅を最大化するためにヒートトランスファーと伝熱係数に影響を与えるパラメータを確認するうえで不可欠です。 

マストランスファーと反応速度

撹拌は、内容物の偏りや不均一相の不均一性を軽減または除去するプロセスです。プロセスのスケールアップと最適化では、撹拌が反応速度に与える影響を定量化する必要があります。複数の実験を自動合成機で平行して実行することにより、マストランスファーの相関関係を確認し、気/液界面領域とリアクタ容積をすばやく最適化する方法を得ることができます。これにより、プロセスのスケールアップやスケールダウンに必要な希望の条件を実現できます。

晶析操作と装置

純度、収率、形状、粒度の仕様に適合した生成物を製造するための晶析と沈殿のスケールアップと最適化は、プロセス開発の中でも最も大きな課題の1つです。

発熱を伴う反応のプロセス制御

発熱を伴う反応は、特にスケールアップ時にリスクを伴います。リスクには、圧力増加、内容物の噴出、爆発などの安全上の問題に加えて、急激な温度上昇に関連する製品の収率や純度の低下などがあります。 例えば、グリニャール試薬調整時の制御が不十分な場合、有機ハロゲン化合物の蓄積が発生する可能性があります。これを検出できないと暴走反応につながる危機的状況が発生します。

水素化反応

水素化反応の研究には、研究室で反応条件を最適化し、スケールアップ時の繰返し性を確保するために正しい情報に基づく意思決定が必要です。反応条件に関する詳細な情報を得るために連続的なリアルタイムの反応測定を行います。この測定によってすばやい意思決定が可能になり、プロセスのスケールアップに必要な実験の回数と時間が減少し反応に関するほぼ瞬時のフィードバック制御により選択性/収率が向上します。また、特定の時間点での反応停止と、副生成物形成のリスク回避によって理想的な終点を決定することでサイクル時間が短縮され、収率が向上します。

重合反応の測定

反応性、正確さと再現性、安全性の改善などの条件を満たす材料を開発するため、重合反応を理解することは非常に重要です。

反応速度論解析

in situの反応速度論解析では、反応成分の濃度依存性をリアルタイムで示すことにより、反応機構と反応経路の理解を深めることができます。反応開始から終点までの連続的なデータを使用することで、より少ない実験回数で速度論解析を実施することができます。 RPKA(Reaction Progression Kinetics Analysis)では、いくつかの濃度でのin situデータを使用し、実験全体の情報を捕捉することで、完全な反応挙動を正確に記述できます。

連続フロー合成

連続フロー反応により、バッチリアクタでは困難であった発熱合成が可能となりました。フローリアクタ設計の新規開発により、バッチリアクタでは制限のあった混合物の合成も実行できるようになりました。多くの場合、これにより製品の品質と収率を向上することができます。 プロセス分析技術(PAT)と組み合わせると、フローケミストリーによって、化学反応の迅速な分析、最適化、スケールアップが可能になります。

化学反応の爆発のリスクと危険の回避

科学者や技術者は、包括的な安全性確認により化学プラントにおける爆発のリスクを排除しています。 安全性確認は破裂や引火性の内容物の制御不能な熱またはガスの発生、引火性蒸気の放出またはリアクタの過圧を避けるプロセスを開発するために適用されます。 制御できない発熱のリスクを回避するには、制御を失うリスクを最小限に抑えるプロセスを設計できるように、反応熱量測定を使用して反応熱と放熱速度を測定します。

暴走化学反応の防止

暴走シナリオをモデル化し、適切な反応手順を確立するには、基本的な測定と計算が必要です。 プロセスパラメータの測定と計算そして把握は、化学プロセスのリスクを評価し回避するためには不可欠です。 この結果、研究者は温度プロファイルと温度上限そして試薬添加による挙動を予測できます。

反応熱、または反応エンタルピーは、化学プロセスを安全、適切にスケールアップする上で必須のパラメータです。 反応熱は、化学物質が化学反応で変化するとき放出または吸収されるエネルギーです。

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