反応動力学を分析することにより研究者は暴走反応シナリオをモデル化し適切な反応手順を確立できます。 これらのパラメータの測定や計算そして把握は化学プロセスのリスクを評価と回避のためには不可欠です。 この結果研究者は温度や試薬添加のプロファイル、濃度または操作温度上限を予測できます。 熱化学の視点から見た重要な情報は次のとおりです。
1. 顕熱
2. 断熱温度上昇
3. 比熱
4. 反応エンタルピー
5. 熱生成速度/反応熱
6. MTSR（合成反応の最高到達温度）
7. 希望の反応、不要な反応、分解、熱暴走
通常蓄積とはセミバッチ反応中に試薬添加されただちに反応しない添加試薬か、熱の生成が除熱容量よりも大きいために蓄積するエネルギーのことを指す2つの意味を持ちます。
未反応の試薬が蓄積すると、冷却が停止場合に危険な状況に陥ることがあります。 これは、反応熱量計を使用して熱の生成速度を確認し、添加速度と比較することで測定できます。 また、in situ FTIRを使用して、未反応試薬の濃度を直接測定することもできます。
顕熱は、系に含まれる熱エネルギーの変動を説明するもので、熱の発生が除熱容量よりも大きい場合に発生し、その結果リアクタ内容物温度が変化します。 反応熱量計による比熱測定と温度変化の測定によって、顕熱の計算と真の反応熱の算出が可能になります。
断熱温度上昇は冷却の停止やその他のプロセスの問題の潜在的な重大性を表すために、任意の反応について計算されます。 これは放出される総エネルギー量（反応エンタルピー）、反応混合物の総質量、系の比熱容量によって異なります。 特に反応混合物が二次反応や分解反応が発生する可能性がある温度に達する可能性がある場合に把握しておくことが重要です。 断熱温度上昇は反応熱量計を使用しグラフにした「ワーストケース」インジケータを参照することで容易に計算できます。 iC Safetyが実施するより高度な計算によってスケールアップの確認のためのさらに有効なパラメータであるMTSR（合成反応の最大到達温度）などの関連パラメータを算出できます。
材料の熱容量または比熱は、1kgの材料の温度を1℃上昇させるために必要なエネルギーの量を表します。 したがって熱容量の標準的な単位はkJ/kg.K-1です。 この数値は顕熱、断熱温度上昇、MTSRの計算に用いられます。リアクタ内容物の特性に応じて変化するため、リアクタ内容物の比熱はプロセスの安全性確認の一環として測定する必要があります。 このデータはプロセスの総合的なエネルギーバランスの計算に役立つため、通常はスケールアップを担当する技術者の要求を満たすことにもなります。
化学反応の反応エンタルピーは、化学反応によって物質が変化するときに発生するエンタルピー変化です。 プロセスから発生したエネルギー量の合計がわかります。これは反応熱量計を使用して測定します。 反応エンタルピーは、時間を追った反応熱のトレンドを積分することで計算します。
熱生成速度または反応熱は反応の総エンタルピーに関連していますが、ここではエネルギーの発生を時間の関数として考えます。 反応の総エンタルピーは重要ではないように思えますが、エネルギーの放出速度が安全なプロセスと危険なプロセスの分かれ目になることがあるため非常に重要です。
反応熱は、反応の開始と終了、反応物の計算上の顕熱、最大の発熱速度、反応速度、必要なリアクタの冷却能力に関するきわめて重要な情報を提供します。 反応速度は反応温度や試薬添加の速度と濃度、キネティクス、撹拌などの数多くの要素から影響を受けます。
反応熱の測定にはリアクタの壁を通るエネルギーの量（qflow）、試薬添加時に持ち込まれるエネルギーの量（qdos）、リアクタ内容物の温度変化によって発生する顕熱エネルギーの量（qaccu）など、総合的なヒートフローバランスに関する知識が必要です。 その積分値は反応エンタルピーを表します。
合成反応の最大到達温度（MTSR）は、セミバッチリアクタのプロセスの安全性を左右する重要な検討対象の1つです。 これは冷却が停止したときに残っている未反応の蓄積量に応じた冷却停止時の温度上昇を示します。 プロセス温度から始めてMTSRを動的に計算し、すべての反応熱が冷却されずリアクタ内に残るものと仮定し（系が断熱になる）、リアクタ内容物が到達する最大温度を算出します。 反応熱量計の目的は反応熱測定や未反応試薬の蓄積、MTSRの算出に用いられます。 これは希望の（制御下にある）反応のみに関連する特性調査でその後の2次反応や分解反応を理解するには、他の機器（示差走査熱量測定、DSC）を用いる必要がある点に注意してください。
熱暴走または熱爆発は、1つの反応または一連の反応の断熱プロセスの結果です。 これは、発熱反応で生成された熱が蓄積し、反応混合物の温度上昇につながることによって発生します。 その結果、反応速度が上がり熱生成速度がさらに上昇します。
温度上昇は熱暴走につながるリアクタ内容物や中間体、反応生成物の分解など、2次反応を引き起こすことがあります。 研究室スケールで正しいプロセスの安全性確認を実施することにより、熱暴走につながる条件を特定し、プロセスのスケールアップの前に回避することができます。
希望する反応と潜在的に不要な反応の両方を確認することは非常に重要です。 不要な反応は断熱熱量計やデュワー瓶またはDSCを使用して測定しますが、制御下に置かれた反応の反応熱は通常反応熱量計で測定します。
反応熱量計を使用すると、反応熱、未反応の蓄積量、断熱温度上昇、MTSRなどの主要な要素を算出し、冷却の停止による結果を把握することができます。 合成目的の反応によりプロセスが不安定になる可能性があり2次反応を引き起こすかどうかを、この情報を使用して確認します。
ほとんどの場合、2次反応は目的の合成反応よりも速く、多くのエネルギーが放出され生産施設はこのエネルギーを安全に冷却できません。 したがって危機的状況に陥る可能性がないように反応を設計するか、またはプロセスを常に安全な状態に制御できる適切な測定を定義する必要があります。
反応熱量計は、反応安全性に関連する幅広いパラメータを非常に正確に測定します。 目的に合わせて設計されたシステムを使用することが、高精度で高品質の熱量データを提供するために非常に重要です。
メトラー・トレドの温調機構は独自の高速な冷却機能を備えており、最も適切で最も安全な作業条件を保証し迅速な応答と正確な管理を提供します。
目的に合わせて設計されたハードウェアを、ユーザーフレンドリーな高度なソフトウェアと組み合わせて使用することで、比熱、ヒートトランスファー、真の反応熱、未反応物や熱の蓄積などのパラメータを、化学反応全体を通して正確に計算することができます。 この結果、化学技術者は、プロセスの安全性とスケールアップに不可欠のデータを取得できます。
