从实验室到规模化生产用设计保障过程安全

2021-06-26威尔莫特张微明摘译

现代职业安全 2021年5期

乔·威尔莫特｜文张微明｜摘译

实验室内的化学反应和规模化生产的化学反应，在化学、物理和操作方面存在巨大差异，这种差异是生产扩大要面临的主要挑战。规模化生产蕴含的风险，大多数都是因为热损失发生了变化。

政府还制定了专门的文件来帮助企业识别和削减风险，如英国职业安全与健康执行局（HSE）的《设计和操作安全化学反应过程》。热损失变化还会带来次生影响，如压力升高、反应热失控。

问题的背后涉及一个基本原因：反应器容量的增速大于表面积的增速。实验室反应可通过表面散热冷却下来，但它无法在大规模生产中实现。举例说明，1 cm3和1 m3的体积与表面积之比的差异：1 cm3的立方体表面积为6 cm2，体积和面积之比为1∶6；1 m3（100万cm3）的立方体表面积为6万cm2，比率为1∶0.06，这意味着相对冷却能力也是100倍的差异。要想安全地规模化生产，就必须考虑到这个效应。

众所周知，大多数规模化生产的风险是因为存在两个要素，有时只需其中一个，有时两个都会涉及：

一是许多反应是放热的，由此产生的热量可以安全地分散在实验室环境中，因为它的量很小。如果扩大规模，体积和表面积之比降低，就需要额外的冷却机制。

二是体量大的反应成分在某些条件下会变得不稳定，如长期储存、不被搅拌、人为操作不当。这会产生额外的热危害，最好要避免或至少进行管理。