Kimyasal Proses Güvenliği

Kimyasal proses güvenliği için, büyük ölçekli kimyasal madde ve ilaç üretimi sırasında meydana gelebilecek olay ve kazaların önlenmesi gerekir. Bunlar, kimyasal reaksiyon sırasında veya kaçak reaksiyon nedeniyle potansiyel olarak tehlikeli maddelerin ve enerjinin istenmeden çevreye salınmasıdır.

Kimya endüstrisinde, proses güvenliği ile ilgili olaylar aşağıdakiler gibi farklı nedenlerden kaynaklanır:

• Eksik Bilgiler
• Yetersiz Operatör Eğitimi
• Teknik Kusurlar
• İnsan Hataları
• Talihsiz Tesadüflerin Bir Araya Gelmesi

Arıza, insan hataları ve kimyasal işlemin tüm olası yan reaksiyonları veya proses ve parametreleri ile birlikte anlaşılmaması olayların veya kazaların meydana gelmesinin en sık nedenleri arasındadır.

Kapsamlı risk analiziyle birlikte tehlikeler ile risklerin tanımlanıp anlaşılması, ayrışmaların tetiklenmesi riskinin değerlendirilmesini ve reaksiyon üzerindeki kontrolün kaybedilmemesini sağlar.

Kimyasal proses güvenliği, yükseltme ve üretim için kapsamlı bir güvenlik değerlendirmesinin parçasıdır ve bu nedenle de şirket kültürü ile politikasının bir parçası olarak görülmelidir. Kimyasal Proses Güvenliği ile ilgili yönergeler "HSE" veya "SHE" yönergesi olarak da bilinir ve birçok düzenleyici kurumun yönergelerine dâhil edilmiştir.

Kimyasal proses güvenliğinde, farklı teknikleri, teknolojileri ve modelleri içeren bir çerçeve kullanılır ve istenen veya potansiyel olarak istenmeyen reaksiyonların anlaşılmasını gerektirir. Bu, termal olayların araştırılmasını, ısı transferini, karıştırmayı, kütle transferini, gaz gelişimini ve ayrıca başlangıç malzemesinin kararlılığı, reaksiyon kütlesi ve ortaya çıkan ürünler gibi unsurları kapsar

Bu nedenle, kimyasal proses güvenliğini sağlamak için bir dizi farklı disiplin kullanılmaktadır.

Kısa cevap, pilot veya üretim ölçeğinde meydana gelebilecek olay ve kazaları önlemektir. Ürünler genellikle az miktarda malzemeyle, aşırı koşullar altında, dar bir zaman aralığında geliştirilir. Yıllar geçtikçe kimyasal proseslerin sayısı artmış, tesisler daha karmaşık hale gelmiş, kimya daha iddialı ve daha toksik, çalışma koşulları ise daha tehlikeli hale gelmiştir. Bu nedenle ve meydana gelen kazalar nedeniyle düzenleyici kurumlar ve toplum bu konuda daha hassas, düzenlemelere daha duyarlı olmuştur. Bu eğilimler şirketleri genel kimyasal proses güvenliğini iyileştirmeye ve kimyasal prosesler ile kimyasal madde üretiminin doğal olarak güvenli olmasını sağlayacak kavramlar geliştirmeye zorlamıştır. Doğal olarak güvenli bir tasarım, kimyasal tehlikeleri kontrol etmek yerine bu tür tehlikeleri önler.

Güvenli ve standartlarla uyumlu çalışmayı sağlamak için proses ve proses riskleri net şekilde anlaşılmalıdır.

Kapsamlı kimyasal proses güvenliği çalışmaları sadece kaçak reaksiyonları önlemekle kalmaz, aynı zamanda tesislerin zarar görmesini veya tahrip olmasını, insanların yaralanmasını ve çevrenin kirlenmesini de önler.

Kimyasal proses güvenliği çalışmalarının amacı tüm potansiyel tehlikeler, etkiler ve sonuçlarla ilgili genel bir bakış sağlamaktır. Ürün ve proses güvenliği, kişisel güvenlik ve çevre güvenliği gibi disiplinleri kapsar. Kimyasalların büyük ölçekte güvenli bir şekilde üretilmesini sağlamak için yukarıdaki disiplinlerin her biri için gereken dikkatin verilmesi, uygun şekilde yönetilmesi ve araştırılması gerekmektedir.

Kimyasal tesislerdeki olay ve kazaların sonucu önemsiz olabileceği gibi, yaralanan veya ölen çalışanların, tesislerde ağır hasarın görülebileceği hatta tesisin yok olabileceği ağır sonuçlarla da karşılaşılabilir. Çoğu zaman bu tür olaylara ciddi çevresel zararlar ve daha geniş bir çevrede meydana gelebilen olumsuz durumlar eşlik eder.

Bütün bunlar kimyasal proses güvenliğine yatırım yapılmasını haklı çıkarmaktadır.

Kimyasal proses güvenliğinde; bilim adamlarının kimyasal reaksiyonu, kullanılan çözücü ve kimyasalların özelliklerini ve uygun proses parametrelerini araştırdığı farklı teknikler, teknolojiler ve modellerden oluşan bir çerçeve kullanılır.

Kimyasal reaksiyonlar, bunların ilerlemeleri ve yan ürünler ile kirliliklerin oluşması genellikle sıcaklık, pH, basınç, dozajlama oranları, karıştırma, harmanlama, çözücü tipi ve katalizör gibi pek çok parametreyle kontrol edilir.

Proses geliştirmede; kimyasal reaksiyon kinetiği, maksimum ısı salınımı, ısı ve reaksiyona girmemiş madde birikimi, ısı ve kütle transferi, viskozite değişiklikleri, kirlenme, çökelme veya gaz gelişimi gibi ek parametreler de dikkate alınmalıdır.

Sonuç olarak, arzu edilen ve potansiyel olarak istenmeyen reaksiyonların analizi kimyasal proses güvenliği için en uygun olanıdır ve kapsamlı araştırmalar ister.

Kalorimetri, kimyasal reaksiyonların termal davranışını analiz etmek için kullanılır. İstenen reaksiyonu araştırmak için reaksiyon kalorimetrisi uygulanırken istenmeyen reaksiyonu incelemek için tipik olarak diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) kullanılır. İkincil reaksiyon çoğunlukla reaksiyon kütlesinin veya içerisindeki bileşenlerin ayrışmasıdır ve en kötü durumda kaçak reaksiyona yol açar.

Reaksiyon kalorimetreleri termal bilgiler (zaman veya dozajlama fonksiyonunda ısı akış profilleri, maksimum ısı salınımı, termal birikim, reaktanların birikmesi, reaksiyon entalpisi, ısı transfer katsayıları dâhil) sağlar. Reaksiyon kalorimetrelerinde kimyasal proseslerin araştırılması aynı zamanda reaksiyonun karıştırma ve harmanlama ile ilgili bağımlılıklarını da ortaya çıkarmayı sağlar. Reaksiyon kalorimetresinin verdiği bilgiler ile termal taramayla (örneğin, DSC ile) toplanan bilgilerin birleştirilmesi, kaçak grafiği veya bir reaksiyonun kritikliği gibi güvenlik protokollerinin elde edilmesine olanak tanır.

Reaksiyon kalorimetresinden elde edilen kapsamlı bilgiler, kritik veya ölçeklenemeyen parametreleri tanımlayıp ortadan kaldırmada bilim adamlarını destekleyerek yüksek düzeyde kimyasal proses güvenliği sağlar.

Reaksiyon kalorimetrisinde; reaksiyon ve proses parametrelerinin reaksiyonun ilerleyişine etkisi, reaksiyon hızı, zamana veya dozajlamaya bağlı ısı salınımı, maksimum ısı salınımı, enerji ve reaktanın birikme etkisi veya kütle ve ısı transferi açısından kimyasal bir proses incelenir.

Bir kimyasal reaksiyon proses benzeri koşullar altında yürütülürken salınan veya emilen enerji miktarı, zamanın fonksiyonu olarak belirlenir ve diğer proses verileri ile birlikte kaydedilir.

RC1mx, reaksiyon ısısını ölçmek için farklı metotları destekler. Örneğin, zamanın bir fonksiyonu olarak ısı transferi davranışının, ısı transfer katsayısı veya RTCal'ın (çevrimiçi ve gerçek zamanlı olarak ısı akışını ölçer ve sunar) kalibrasyonu ile belirlendiği, kanıtlanmış ısı akışı tekniği.

Kullanılan metottan bağımsız olarak özel algoritmalar reaksiyon ısısının doğru ve hassas şekilde ölçülmesini sağlar (reaktör kurulumundan bağımsız olarak aşağıdakiler dâhil tüm deney koşulları altında)

• İzotermal Sıcaklık Koşulları
• İzotermal Olmayan Sıcaklık Koşulları
• Soğuk ve Sıcak Reaktanların Eklenmesi

Kimyasal proses güvenliği ile ilgili kapsamlı çalışmalarda, araştırılan reaksiyonla ilgili aşağıdaki gibi ayrıntıları elde etmek için reaksiyon kalorimetreleri kullanılır:

• Karıştırma Davranışının Değiştirilmesinin Etkisi
• Yan veya Ardıl Reaksiyonlar
• Değişen Isı Kapasiteleri
• Buharlaşma veya Gaz Gelişimi

Tek tek veya entegre bir kimyasal iş istasyonu olarak bu araçlar daha iyi kimyasal proses güvenliği için çok önemli bir destek sağlar:

• Kimyasal Sentez Reaktörleri
  Otomatik sentez iş istasyonları, reaksiyon koşullarının hassas kontrolü ve gündüz veya gece her deneyden toplanan verilerle gözetimsiz deneyler yapılmasını sağlar.
   

• Reaksiyon Kalorimetreleri
  Reaksiyonların küçük ölçekte taranması, ölçeklendirilemeyen durumların belirlenmesi, yükseltme için proses parametrelerinin araştırılması ve proseslerin riski ile kritiklik durumunun değerlendirilmesi. Mevcut reaksiyon kalorimetresi aralığı güvenli, ekonomik ve ekolojik proseslerin geliştirilmesini destekler.
  
  
• FTIR ve Raman Spektrometreleri
  Sürekli izleme, reaksiyonun "moleküler videosunu" elde etmek için kullanıcıların bileşenlerin zaman içindeki eğilimini anlamasını sağlar. Reaksiyon zamanı fonksiyonunda temel reaksiyon türlerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesi ve profilinin oluşturulması, kinetik ve mekanikle ilgili araştırmalarda yardımcı olur
  
  
• iC Yazılımı
  Deneysel verileri önemli proses bilgilerine dönüştürün, kapsamlı bir anlama ve veri yönetimi için veri akışlarını entegre edin. iC DataCenter, tüm deney verilerini güvenli bir şekilde yakalar ve kurumsal bilgilerin oluşturulmasına yardımcı olmak için kuruluş içinde verilerin hazırlanıp paylaşılmasına olanak tanır

Kimyasal proses güvenliği ve ilgili uygulamalara birçok yayında değinilmiştir. Aşağıda bazı önemli noktalar verilmiştir:

• Thirumalai Lakshminarasimhan, Reaksiyon Kalorimetresinden İzotermal Olmayan Isı Verilerinin Kinetik Uygunlaştırılmasıyla Düşük Sıcaklıklı Reaksiyonlar için 24 ve 8 Saatlik Adyabatik Ayrışma Sıcaklığının Tahmini, Org. Process Res. Dev. 2014, 18, 315−320
  
  
• Kamala Jyotsna G, Srikanth S, Ratnaparkhi V ve ekibi Termal risk değerlendirmesi ve güvenli ölçeklenebilir kimyasal işlemlerin iyileştirilmesi için bir araç olarak reaksiyon kalorimetrisi. Inorg Chem Ind J. 2017;12(1):110
  
  
• Darja Pecar ve Andreja Gorsek, Sabunlaşma Reaksiyon Sistemi: Ayrıntılı Kütle Transferi Katsayısı Tayini, Acta Chim. Slov. 2015, 62, 237–241
  
  
• Christopher W. Mitchell, Josiah D. Strawser, Alex Gottlieb, Michael H. Millonig, Frederick A. Hicks ve Charles D. Papageorgiou, İleri Düzeyde Enerjik Hidrojenasyon Reaksiyonlarının Güvenli ve Etkili Şekilde Yükseltilmesi için Modellemeye Dayalı Bir Stratejinin Geliştirilmesi, Org. Process Res. Dev. 2014, 18, 1828-1835
  
  
• Min Hua, Min Qi, Xuhai Pan, Wendi Yu, Lu Zhang ve Juncheng Jianga, 3 Metilpiridin N Oksidin Sentezi için Doğal Olarak Daha Güvenli Tasarım, Proses Güvenliği İlerlemesi, Wiley Çevrimiçi Kitaplığı (wileyonlinelibrary.com). DOI 10.1002/prs.11952
  
  
• Alexandre M. Monteiro, Roy C. Flanagan, Genel Amaçlı Tesis Koşullarında 1 M Boran Tetrahidrofuran Kompleksinin Kullanımına Yönelik Proses Güvenliği Konuları, Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 241-246
  
  
• Jingyao Wang, Yanyan Huang, Benjamin A. Wilhite, Maria Papadaki, M. Sam Mannan, Yanıt Yüzeyi Metodolojisi Kullanılarak Yoğun Reaksiyon Koşullarının Tanımlanmasına Doğru: 3 Metilpiridin N Oksit Sentezi Hakkında Bir Örnek Uygulama, Endüstriyel ve Mühendislik Kimyası Araştırması 2019 58 (15), 6093-6104