《放热化学反应的控制》 宣传教育片导读 （参考译文）
翻译：浙江美诺华药业
Henry. Hu
健康安全和环境
前言
“放热化学反应控制”这部影片可独自地使用，但是，57分钟可能太长了，以至于不易地被那些不熟悉这个主题的人理解。影片中没有直接引用的解说部分和表格在这本小册子被列出了，用以协助对影片的更加详细的研究。 两个更加复杂的图也被包括在内。 可以随时阅读读本的正文以加深对影像资料内容的理解。如果使用这些影像资料进行一些普通的培训，那么在播完一节后停下来,讲师或领导进行评论时，可以参照此读本，第3部分的末尾，可形成一个方便自然的暂停点。用这种方式阅读此小册子或者观看影像将都是非常有用的。
第一章 讨论 思考
印度的博帕尔在1984年12月发生的事故，那是化学工业史上非常糟的一场事故，当水涌入异氰酸甲酯仓库之后，整个反应失控了，造成了超过2500人遇难，数以万计的人受伤。
1976年6月意大利的塞维索事故，反应失控后，几公斤的二恶英从反应釜里泄漏到大气中，造成了人员受伤，虽然没有人遇难，但是这个事故造成了大面积的空气污染，当执行清洁操作时，人们被迫远离他们的被严重染的家园。
这些事件导致随后的关于健康与安全的法案得到补充与强化，以上所发生的事故,促进了欧共体与工业活动事故相关的一项法令的实施，它也被称作塞维索指令，其在1999年八月制定，旨在控制重大伤亡事故。反应失控不是什么新鲜事了，例如在1930年发生在约克郡的硝化反应失控事故，12人在爆炸事故中遇难，大约有50人受伤，另外还有约500人无家可归。 反应失控和被超温超压损坏了反应釜,泄漏出的易燃易爆原料料直接造成工厂的损失。虽然失控一直在发生，但并不是所有的事故都是灾难性的。除非精心设计一些预防措施，否则失控依然存在相当大的潜在威胁。纵使类似的事故没有引起人员的伤亡和经济损失，但仍应该防止反应失控。这个影像的下面部分通过阐述,为我们解答了什么是失控放热反应以及它是怎么发生的。这将会为你讲述合理计划反应的重要性，告诉我们如何防止反应失控和我们应该测量那些数据，最后一部分将提供一些建议。
第二章 放热反应失控
一个化学反应总是包含能量和变化。换句话说在反应的同时，热量要么被吸收、要么释放出来。如果在反应时有热量吸收则称为吸热反应，反之,在反应的同时需要燃料和空气，这样的反应叫做放热反应。一些反应在与原料一接触时随即发生反应，但是有很多情况某些反应是需要一些热量才能引发的。如果你将燃料点燃就会明白这个道理。一旦它得以进行，其自身便可以提供反应所需的热。考虑到工业中的这种事例,我们应该关注其反应温度的控制.放热反应是比吸热反应更为普遍的反应.所有的放热反应温度越高,反应越快。如果反应放热速率超过体系自身的散热速率，那么体系的温度就会连续升高。最终高温还会加快反应速度并引起反应失控。有多种化学反应可能有反应失控的危险，下表是最普通的一些反应，不是很全。
化学工艺所包含的失控反应
硝化反应 加氢反应 氨基化反应 聚合反应 水解反应 烷基化反应 磺化反应
氧化反应 酯化反应 卤化反应 凝聚反应 异构化反应
影像资料不但专指在反应釜中进行的反应失控而且也指在其它条件下所发生的反应失控。例如失控反应也可能发生在大量存储的物料之间。由于一个意外的的放热反应使得储缺罐里的原料，开始累积热量，温度升高。这个储罐原本能针对放热反应，进行有效的降温，但是，冷却水使设计不当的联接处塌下。桶装物料同样也被包含在内，例如，当桶装的物料被使用或污染的物料被使用时，未反应完的物料将一直存在。就在这一刻，为反应预先准备的两个原料桶储存了相当多的热量，当它们放的很近或被放到一直很热的地方，这时不可控的反应就发生了。其中一个桶内的物质通过桶盖溢出。一些原料，如丙烯酸，能够经过自身聚合反应。这里，轻轻晃动原料桶使抗聚合试剂混合得更加均匀。聚合反应失控也可能由存储的环氧乙烷引起，这是由于一系列的杂质起了催化作用的结果，因此这样的物质在存储时应尽量避免接触。槽罐汽车也包含在偶发事故中，例如当槽罐车还没有到达目的地时，其内原料几乎达到了沸点，而这时就只有通过消防队来处理了,以避免事故的发生。槽罐车内原料的反应是由先前罐内残留的其它原料引起。这是由丙烯酸聚合反应引起的发生在槽罐车上的典型事故。一个人由于疏忽，误将某种原料混合，引起剧烈的反应以至于反应超过容器的承受能力，造成伤亡事故。处理实验室的废弃溶剂也可能是非常危险的，误将氯仿倒进还有残留的溶剂的色普级丙酮空瓶中引起剧烈反应，造成了两人受伤。这个反应是由某些存在的催化剂引起。放热反应失控的潜在威胁也可能出现在进行连续工艺的设备中。还有一些情况，危害是由放热分解反应引起，尤其是高温反应。本例将讲述在一吨原料有意加热到分解温度过程中所发生的现象。如果一个浓缩过程正在进行，直到蒸干所有溶剂，那么浓缩物放热分解是可能发生的。如果一直处在高温状态或冷却不足，即使没有完全浓缩至干，残留物或产品在溶剂蒸走的过程中仍然可能会经历分解反应失控的过程。任何加热化学品的方法，例如干燥箱或熔化桶中物料的熔化柜，都可能由敏感物质引起分解反应，尤其是在加热控制失灵或过热的情况下。如果一个反应的产物中有气体或者蒸汽，当反应产生气体的速率超过设备的排放能力时是很可能发生超压事故的。所以反应失控的结果是把反应釜炸飞。加料时搅拌是静止的，当开启时会迅速产生大量的气体。
第三章 哪出错了？
已经检查了可能存在的失控因素，下一个问题是：哪出错了？
健康安全执行局1983年的这项研究报道了由飞利浦·诺兰测试的169件反应失控事故的主要原因。大多数的，事实上都是一些典型问题，在下表进行描述。
事故原因
差错
21%
化学反应/放热
20%
温度控制/冷却
19%
维护
15%
搅拌
10%
原料规格/污染
9%
操作错误
6%
更多的往往不是这样，包含一些因素的综合作用和一些简单的安全系统失控导致了严重的后果。看看一些事故的照片便可以说明以上的论点。物料的分解常引起类似的危害，分解气体从放空中出来，搅拌将被关闭以减少泄露，但是蒸汽加热依然开着，之后，可燃蒸汽被释放出来并引起爆炸。原料会被批次间的设备不撤底清洁所污染，这些污染物很可能催化分解反应，使反应釜无法承受。在这些事件中，不稳定的化合物在蒸馏之前应该进行为期六个月的储存。在工艺中，盐酸容易同低碳钢反应釜发生反应。产生的亚铁离子可以催化原料的分解反应，加速其达到反应失控点。实验室进行安全性试验时使用的是不锈钢而不是低碳钢。当一个新的或多个催化剂第一次被使用时，是很可能发生事故的，纵使工艺要求其温度可以超过标准10摄氏度以上，夹套冷却系统失灵是另外一个因素。当对工艺进行放大时，未能提供合适的热交换数据可能会导致一些事故的发生，例如当将一个工艺从500加仑的反应釜转至1300加仑的反应釜进行反应时，可能导致事故，其原因是由于温度计夹套过短不能准确测量温度，使得实际温度高于正常温度所造成。最后一道防线就是反应釜的防暴片，然而，防暴片在真空状态使用过，不起作用了。另外，因扩大规模所引起的事故还造成釜盖穿透屋顶被打出50尺，减速器被打出了250尺。
用蒸汽加热的烘箱在干燥产品时，控制加热的气动阀失灵，另外设备上没有温度检测器也没有排气口，造成了产物的放热分解。当使用油加热树脂反应釜时，防暴片如果被装反了并没有得到纠正，油温失控后高温会引起树脂熔化，反应釜会被穿孔。在一家手动操作的工厂里，针对加热这部环节，忽视了对员工的培训，一个员工离开岗位后，反应釜的温度由180升到了368度，之后人孔盖飞出了顶棚。责任事故可以由很多原因引起，在这里17.5加仑与155加仑物料的数量被写混了，就是由于错误的批次卡所导致的，当打印两个批次的批次卡时，技术人员将数据搞颠倒了。在这种情况下，反应釜顶被炸飞了，搅拌被抛出去了，原因就是因为反应物不成比例，苯胺中由于残留有之前未处理干净的水，加料后水参与了反应引起反应失控。在这里的问题是当一个新的物料加进来时，上一批的物料还剩余在反应罐中。当新的批次开始反应时产生了大量的气体造成反应釜的超压。维护过程中失误也可能引起一些问题，蒸汽被用来清理设备的投料管道，升高残留物质的温度达到它们的分解点时，降温水阀门在维护完以后没有再打开，这时剧烈的放热反应发生了，损失是非常明显的，这个反应釜应该装有缓冲阀门的，用于防暴或氮气超压。在这些事件中要么是釜排空口不合适要么就是太粗糙，在这里，反应釜通向接收罐并通过它通向大气，但是这个孔太小，当反应失控时接受罐便破裂了。当回流管阀门被错误关闭时，反应失控便由不充足的降温造成了。但在具体谈到这一事件的调查，缺少培训也是促成事故的因素。当升温过快时，负责的操作工不知道该怎么做，有经验的操作工以及在现场的人并没有意识到反应的速度已经远超过正常情况。同样在这里，当反应釜温度显著升高，操作者不知道他们该怎么做。反应失控引起的伤害及损失一直在发生着，常常就像以上案例所描述的一个或几个一样，事先准备好预防类似事故的策略是必要的。
第四章 反应安全计划
了解原料的物理特性以及原料及该反应的化学知识，其目的，为了安全。在可能的情况下，最好将一批物料的反应设计成半批式反应，而不是满负荷反应，以减少当前反应物的化学失控，控制潜在的危险，可以简化安全措施和降低安全成本。不但包括主反应，而且还有非期望的副反应，以及原料、中间体，产物都有分解的可能，这些均需考虑到。一个好的系统方法，应该包含数据收集，一个书面分析报告，用以识别反应系统、类似物质、或反应。在商业生产之前要经过实验室放热反应测试和中试。如果试验过程中有工艺不稳定，那么还应该进行重复。这本关于化学反应危害的指导小册子是由英国制药工业协会编写，其中包含了一些宝贵的建议和一些有用的评估方案，给出了一些图表。
文献检索是最初的数据收集和筛选方案所必需的，两个特别有用的资料来源是Bretherick的化学反应危害手册和全国消防协会的有害化学反应手册，但是这两本书所包含的有关化学反应危害的信息并不像单个化学品标准说明书所介绍那样可靠。要设计或优化一个化学工艺，一系列的化学热力学，动力学和其他的数据是需要的。
原料和工艺数据
反应能 绝热条件的温度上升值 产生气体的最大量 在封闭体系内反应的压力 反应率
产热率 在封闭体系内的压力上升率 表面活化能 放热反应的初始温度
任何物质分解的程度 不良反应的次要产物 易爆性 毒性
不幸的是这些数据不可能从一个简单的测试中获得，一些大公司有自己的设备进行相关的测试以服务于商业。
测试的主要类型包括：
l 基本扫描测试
l 等温热量测定，旨在为特殊的反应系统测量反应的放热和动力学数据。
l 绝热热量测量，主要用于测量化学反应或单个化合物反应失控的潜在能力。
l 反应釜通风口设备，主要为确定反应釜通风口尺寸提供数据，而且这里还提供了一些热力学数据。
甚至是在实验室条件下反应失控仍可能造成相当大的毁坏，幸运的是，这项测试只是测试一个设备的安全超压范围。由于潜在的危害，相应的测试将在受保护的条件下进行，在装有强化玻璃的通风厨中进行，或在加硬通风厨中进行，或是在专门设计的防暴柜中进行。为了能够清楚地观察现象，大多数的测试装置没有安装保护屏。使用廉价的设备可以获得很多相关样品的安全反应数据，被叫做杜瓦瓶的简单容器被用于模拟测试全尺寸反应器的热散失。反应量热计使用杜瓦瓶的简单装置，这种装置的改进型号，是由许多产业化公司制造的。反应混合物可以分次加入到杜瓦瓶中并将其置于水浴中，在杜瓦瓶中始发生放热反应，可从任意温度开始进行记录。这种特殊的反应量热计只能测试常压反应，但是绝热杜瓦量热计还能设计成不锈钢的，它可以承压，这种结构可以对反应失控进行测试，这种失控是由于物料加错、停止搅拌或未能充分冷却所造成的。它同样也有卸料接收器，因此通过释放物料，可收集一些用于设计放空口的数据。使用这个装置，单一物质的热分解也是可以测试的。测试样将被加到不锈钢管中并在室温或加热到分解温度条件下发生分解，热分解的温度将被记录，小尺度范围内的初始分解温度一般要比在生产设备上的温度高，此在放大反应规模时，要特别谨慎。 这个事故里的剧烈放热反应发生在120度到130度之间，虽然实验室测试表明只有在274度或更高时才会出问题。一些高端的设备也可以对以上所描述数据进行商业性的测试，例如，这种量热计可以对化学反应的放热进行测定。这些数据可以用来确定工艺满负荷运作时所需要的制冷量。这个反应在具夹套的反应釜中进行，反应釜配有合适的搅拌器。热传媒体硅油在夹套中高速流动，可以传递出反应产生的热量。产生的热被及时传输出来供测试，电脑可以记录反应所产生的热量，这些一起用于研究反应的控制。放热速率量热计可以用于测定物质分解时的初始温度、最大转化率的时间和停止反应的时间。一旦反应失控，在临界温度下就不可能重新建立平衡。被测试的物质被放入到一个小小的弹丸中，其中有一个量热计室，量热计单元被放到防暴罩内。样品被加热直到发生热分解并且进一步的反应未进行。实验室测试应该做的适当，材料分解所引起的损失已经被检测，但是使用不正确尺寸的设备出了问题，造成错误的结果，因此仅能说明反应放热。
在工艺开发过程中，实验室研究之后，往往还要做中试。
危险和可操作性研究(HAZOP)可以用于测试反应过程中可能出现的问题，传统(HAZOP)的应用可以较好的指导建立批次反应和处理可导致问题的原料和工艺。
HAZOP引导字
都不
更多
少
部分
比什么多
除了
从测试中所获得的信息将被全部记录并以两种形式记录。
l 详细的技术改进卷宗和
l 清晰简单的操作记录包括正常操作和非正常操作
详细的技术改进卷宗或包含此类信息的文件是为技术质量控制部门的需要。
技术工艺文件
1. 工艺描述
a) 分子结构和分子量
；b) 化学工艺描述；c) 理论收率
；d) 每周或每天的操作，反应周期，客户要求；
2. 原料质量；a) 粗品 Kg；b) 粗品Kg/100Kg
；c) 每个重要成分的摩尔量
3. 附加材料
a) 列出所有单元操作；b) 每一个单元操作的设备编号；c) 每一个单元操作的清单列表：批号、质量、体积、偏差及允许偏差
4. 工艺危险程度
a) 对于每一个单元操作过程中的关键功能列表，如搅拌，加热，pH值，回流
b) 确定关键功能有关安全，质量或产量
5. 热量测定
a) 热反应，比热和在每一阶段绝热温升
6. 质量和能量平衡
7. 生产数据
a) 生产设备工艺操作文件；b) 老工艺文件c) 关键路线分析；d) 历史事件、损失、警告和错误
8. 环境
a) 气体和蒸汽释放；b) 废液；c) 废渣
9. 质量检测
a) 粗品；b) 中间体；c) 最终产品；d) 质量控制
（线上和离线）；e) 结构分析
10. 危险因素
a) 量热报告
；b ) 热稳定性报告; c) 易燃易爆检测报告; d) HAZOP研究结果; e) HAZOP修改案; f) 风险分析的应用与安全、产量、品质和环境; g) 腐蚀评估
11. 物理性质
a) 对于每个材料涉及：密度，粘度，pH值，闪点，自燃温度，分解温度，蒸气压等沸点
12. 安全台帐
a) 台帐来源于原材料供应商；b) 产品安全台帐
说明书被以用于向操作者详尽的说明每一个工艺阶段,为了工艺安全估测其不可避免的情况.他们通常会以一定的格式逐步编写。操作者通常会被要求保持每一步的工艺记录并其已完成。这些将在操作说明书中得到详细介绍。批次卡上的规定概括了操作说明书，针对批次卡工艺的说明书应该确定，在设备以运转之前其应该是空的，干净的、干燥，设备组件已被正确组装，所有的阀门都处于正常状态。除了数量的变动，从工艺到工艺还有很多细节变动，反应和催化的次序和转化率应该
被体现出来，需要详细规定搅拌的开启，加热和冷却说明书也要给出。预定工艺温度、压力给与相应的范围，和应急方案。详细介绍预防措施，例如个人防护用具的使用。
第五章 反应控制
以上所描述的检查的目的是为了提供充足的资料以建立控制方案确保反应不会失控。
控制方案的本质原理是
l 正确的投料
l 反应釜冷却
l 搅拌
l 温度控制
l 压力控制
l 说明书和培训
不能够确定任何人独立操作都一定可靠或总在工作岗位，一些参考书的印制过迟等。投料，让我们看一看控制方案的第一要素-投料联系到投料的具体问题包括：投错料，没有按标准重量投料，错误的批号，升温错误，错误的比率。如果投错料，那么麻烦是很明显的，因此纠正原料的标签和投料路径是根本的。在转料点的控制系统被谨慎设计，旨在防止管线与错误的反应釜投料管相连接。按照正确要求加料的重要性，正确的质量，正确的加料速度，似乎缺少任何一项都不那么明显，但他们都同等重要。例如一个反应釜安装重量传感器目的是可以精确称量反应物的质量。这种适用于反应釜的重量传感器将可以检测到投料重复。安排反应釜投料目的是使整袋的原料得到使用，而不是半袋，投递整袋的原料到反应釜是避免错投的另一种方式。反应瓶中的催化剂的被逐渐加入到反应釜。催化剂的投放不管是用以上方法还是一次性投入，投放催化剂的多少同反应物的投加同等重要。在合适的温度条件添加原料或催化剂也非常关键，太低的温度反应将无法开始，造成未反应原料的聚集，这样一旦其开始反应那么反应将会非常迅速，温度越高，反映越快直到反应失控。材料的污染也经常被卷入事件，水经常会成为其始作俑者，例如水从冷凝槽虹吸进入反应釜并同发烟硫酸反应，使体系温度升高以达到产物分解的温度，污染物在其他情况下能够自发放热分解或催化某些不理想的反应。使用清晰具体的工艺说明书可以有效确保准确的投料。反应釜冷却，对于放热反应冷却是一个基本控制，冷却剂故障警报系统通常是需要的，冷却剂流量计最好安装在反应釜的冷却系统出口端，这是一种提供冷却剂故障报警系统的方法。另外一种方法是将冷却剂测量装置与警报系统相连接，或监测冷却剂进出口之间的温度不同。冷却剂流进和流出的可见性特征是有渴望获得的。温度控制是如此的关键，冷却剂来源必须可靠同时供应商的技术支持也是必要的。例如使用城市用水做为冷却用水，要提供钻孔并在其上提供支持，降温循环水系统要么使用冷却塔降温要么直接通向反应釜。如果主要的冷却供应瘫痪了，要关闭反应釜。一个备用蓄水池能够提供足够的冷却量使反应釜安全。搅拌，搅拌的本质是使反应釜物料适当的混合，防止未反应物料的聚集和确保充足的热传导和冷却。一个合适的搅拌器一般被要求达到以上要求。一些历史案例表明操作失误也是事故发生的重要因素，操作者忘记了打开搅拌器直到反应物聚集到一起，之后意识到了错误，开启了搅拌，原料迅速混合，快速反应，导致反应失控。例如恐惧过量加料或未注意偏差，有时操作者停下搅拌为了取样，看起来理由似乎很充分。设备故障也可能引起搅拌马达或驱动器故障的发生，搅拌叶片可能脱落，尤其是当反应物料非常粘稠的时候，保险螺栓也可能被腐蚀，所以一个该详细的规定所是有的原料。搅拌故障报警系统应该被提供，例如有搅拌叶轮或搅拌轴故障引起的马达运行不正常会被监测到。使用一个安培表监测马达的电流时非常有用的，如果正常，速率相对稳定，如果显示突然降低则说明搅拌浆正在分离。说明书给出了对搅拌积极的指导，以搅拌轴传感器为例，当搅拌发生故障时将提供不正常警报。这种设备有一种装置可以监测反应釜内物料并显示搅拌是否正常工作。搅拌可以设计成多种形式，从中选出合适的一种将是非常重要的，就像在事故中出现的那样。锚式搅拌适合于反应釜，但是在事故之前将其更换为低效而短的螺旋桨式搅拌，其没有办法有效的使薄而致密的物料混均匀，物料中一部分沉积在釜壁上，这些隔离的原料最终突然反应，导致反应失控并爆炸。温度控制，对温度进行合适的控制是非常重要的尽可能的使用加热介质，这种加热介质所能够升高的最高温度是低于物料发生分解的温度，例如低压蒸气控制反应釜温度为135度。反应釜应该有合适的高温指示器及警报系统。用加料速度控制反应，如果反应釜温度超过合适的温度，通过检测系统自动关闭进料阀门。再次，在一些事件中，历史案例重现了误操作，例如未设置或读取正确的数据，或未附带工艺说明书。设备故障也可能发生，例如一个温度设备出现了故障，一个替代品是需要的，并作简要记录。温度探测器应该深入到混合物中而不可以在混合物上的蒸汽中，当批量减少时，这一点要格外注意，或者更换换合适的温度探测器，设计合适的搅拌器可以在物料中产生涡流，当做小批次时温度及探针可能暴在物料之外，造成错误的读数。在很多事件中，反映釜必须加热到物料开始反应的温度，在反应完之后要降温冷却，加热介质应该被精确的控制，及其其他的的支持，不需要从阀门开始加热，或通过蒸汽阀门加热。加热速率超过反应的正常标准是危险的。压力控制，温度测试常常不能给出关于失控潜在能力的指标，一些情况，压力监测器是需要的，尤其是反应的产物中有气体。
高压警报，可能的监测，在合适的地方使用说明书与培训，说明书和培训在化学工艺安全操作中扮演着重要的角色。操作者应该意识到工艺中每一步的重要性和相应的安全规范。他们应该能够识别可能发生的异常情况，以及所处环境的的规定。如果工艺条件、原料、或设备发生了改变则应该另外进行培训。工艺说明书可以提醒操作者各工艺阶段中必须遵守的一些细节，但是操作者也必须明白每一步的原理而不是盲目的做。说明书和培训是控制政策的一个因素，不管它有多么好，他终究不能取代其他的要素。
控制方案
正确投料 反应釜冷却 搅拌 温度控制 压力控制 说明书和培训
第六章 如果出现问题
方案仅仅描述保持反应可以控制，但是如果反应失控了，控制反应或阻止灾难将是有可能的。在没有任何征兆的情况下反应失控酿成的灾难是很少发生的，工艺偏离基本要求
，就偏差潜在危险方面对员工进行培训是其本质。各种测量装置可以设计到设备中使可控操作得以重新建立，预防反应失控。警报和监测系统被设计用以暂停加料，当反应开始失控时，通过这种方式重新建立可控操作。另外的冷却系统是可能的，例如通过开启二级冷凝、或反应釜夹套冷凝或打开盐水代替正常降温水，或是通过打开二级冷冻水单元将温度降的更低，或是另外加一循环泵以增加冷冻介质的流速，反应本身的放热转化进行也在循环。在存储阶段，消防用水应该提供二级冷却水，就像环氧乙烷储罐一样正常情况下需要在密闭环境中降温。快速倾倒反应原料也是可能的，当倾斜阀门打开时，反应原料顺着工艺路线进入反应釜，其中一个里面有水，所以必须谨慎选择介质。如果设备监测到不合适的温升，反应釜底的自动卸料阀会自动打开。他也可以手动开启，无论哪种方式，反应釜中的物料都会迅速倾泻到外部的的储罐中。如果有可能应该安装泡沫抑制系统以防止爆炸。通过倾泻大量的水或者适合的容积到反应釜以终止反应或降温，灭火介质的选择是很关键的，例如水是可以的，但是必须是软化水，否则水中的矿质可能引起有害的反应。只有催化剂存在才能引发反应，这时可以通过添加或减少催化剂的量来控制反应。催化剂是逐渐加入的，监控可以停止催化剂的加料，但是当催化剂被成块的加入到反应釜，移走将是非常困难的。在这个设备中，三分之二的探针是用于检测超温的精确暂停系统，其化学物质可以中和催化剂，可以非常快的注入反应釜，这种设计是很普通的。就像我们所看到的那样，反应釜安全应该建立工艺控制、快速冷却、泻料、灭火、反应抑制或其不同的组合。适合反应釜或工艺的大量路径应该被选择。在大多数设备中排空装置是最后的安全防线，如果反应一直不能被控制，排空是最简单的方案但这个方案必须在细节上得到验证。有一些条件不必、不可能或不希望被如此考虑。排空口变化，理想的排空口是尽可能足够大、短而直，复杂的排空系统有很多湾这是不推荐的，这样的系统不利于气体迅速排放。更复杂的排空口常常是不可避免的也是可以接受的，确保其经过谨慎的计算。
反应釜可以通过防爆阀或防暴片来缓解排空管道的压力。缓冲阀有一个优点就是当最高压力降低时可以重设缓冲阀的参数,以避免原料损失,但是他也有缺点就是缓冲面积是受限制缓冲阀也是封闭的。防暴片被做了各种设计连带其说明书,有一系列的尺寸,很少引起故障,但是一旦破裂便不能再闭合,经常成对的使用,用在压力探测器之间,预先检测防暴片的故障.缓冲阀和防暴片结合也可能被使用，通过可重置的缓冲阀，轻微的超压会被监测到，但是当压力过大时将击穿防暴片。在这个设备中提供了三个放空口，第一个带有电动阀和放空管，排入接收罐，第二个也通过放空管通往接受罐，并通过一个带有缓冲阀的防暴片，如果超压是非常大，在这种情况下,最大限度的缓冲将通过防暴片排向大气。缓冲阀和防暴片将成套使用，防暴片防止缓冲阀被反应的化学物质阻塞。带有一堵塑料防护墙的建筑，配有一系列的防暴室，敞开式反应釜。任何失控排空口都通向防暴室，通过防暴墙排向大气，在操作过程中人要远离防暴室。泻爆排放必须经过妥善处理（见图2）。物理泻爆的方式将影响方案的可行性，包括隔离式、直接泻爆到大气、经过一系列的技术处理、经过洗涤，中和等方法处理处理。在这里直接排向大气是可以接受的，排空口应该安置在安全的地方，排空不可以排向人们经常活动及工作的地方。像这样的接受罐可以收集排空系统排出的液体，但是允许排向大气一定量的蒸汽。接受罐设计成可以接收所有排空产物的设备，因此其自身就是承压容器，正确的设计是非常重要的。接受罐通常被检测测试其通过自身的排空能否可以承受严重的超压，其排空是打开的，或是带有合适的防暴片，排空不得不排向大气，但是仍然设计了最后的防护措施以保护防暴片被击穿，一旦击穿，其不但会释放有毒气体还会产生放射物。剧毒接收罐被设计成为高承压式容器，以控制所有可以预见的情况。这种接受罐一般没有放空，不是足够的坚硬，当防暴片击穿时排空口接入接收罐。在缓冲排空时作用在设备上的力是非常重要的，实质是管路和容器根据这个理念设计，设计合适的的支撑。 在一些条件下洗涤器可能应用于反应釜的排空系统，洗涤器应该适合于处理有毒物质是必要的，其安装在接受罐的最终排空管路上。有效的缓冲设备可能受到下游排放物处理或控制设备的影响，这就需要精心设计以避免这些事件。负责环境污染控制的官方对排放和泻爆处理都很感兴趣，可以向他们咨询。方应釜排空的尺寸非常重要，选择特殊尺寸排空的原因应该被记录，如果情况并非如此，使用者应该要求设计适当的排空使用，健康与安全执行机构已经完成了关于可行的不同尺寸排空口相比较的研究报告。
CRR 136
化学反应釜泻爆系统手册
ISBN 07176 1389 5
摘要，多个国家进行了相关项目的研究，在美国化学工程师学会的帮助下进行，从1976年至1986年改进了形的防暴系统设计方法。
DIERS
应急救援系统设计院
关于两相流动的研究，但缓冲阀开启时液体和气体一起通过排空是特别令人关注的，实际感兴趣的是所发生的或将要发生的反应，其现象与快速开香槟时所看到的没有什么不同，混合泡将离开容器，容器久空了。气液两相通过专为蒸汽或气体设计的排空口，意味着极少的气体能够脱离容器，因为部分气流被不可压缩的液体阻塞了，在这种极端的情况下将造成反应釜的超压或爆炸。危险性评价实验室的PHI-TEC 绝热量热计，Fauske和联合反应系统显示工具以及Fike 排空口尺寸是三种设备。已经发明了DIERS技术，确定排空口的大小使其能够适应两相流动。反应釜并不是一直都备有应急排空口的。如果反应釜在反应失控时能够承受起最大压力那么应急排空口没什么必要了。对于接受罐或高反应温度产品而言，因此一个非常有活力的反应在这进行并不实际。在这样的条件下，高集成的控制测量，和运行暂停系统将是需要的，这些一般包括电脑等，安全操作所要求达到的水平将被说明。
第七章 总结及建议
放热反应工艺的安全操作是一个复杂的课题，但是合适的预防可以阻止多种反应失控，或至少确保失控在安全范围内，这些影像和故障事故图片总结了以上的预防措施。从文献中得到大量的事实数据，化学工程机构出版的化学反应危害指导和防暴系统指导里有价值说明书将会对理解资料有帮助。酚类树脂的安全生产在英国塑料联合会的出版物中有所介绍（酚类树脂安全生产指导）。关于防暴系统DIERS的出版物或软件可以从美国化学工程学会获得。最后，化学工程学会还有好多顾问，他们中的多数在这个领域工作，他们能够为较复杂的问题提供帮助，他们意识到当前应该做的是：常来指导，就重大课题进行长期的研究。
鸣谢
健康与安全执行学会感谢以下机构所提供的帮助
AbbottLaboratories Ltd
The BootsCompany PLC
CleanawayLimited
DistaProducts Ltd
Fauske andAssociates, Inc
Granada Television
Herberts (HPG Industrial Coating Ltd) ICI Chemicals and
Polymers LtdIndependent Television News Lld International
Biosynthetics ltd
Laporte Industries Ltd
Morton International Ltd
Nobels Explosives Lld Petrolite Ltd
R V Chemicals Lld
Schering Agrochemicals Lld
South Bank Polytechnic Vinamul Lld Warwick Chemicals
Intemational Lld
West Yorkshire Fire Brigade
Association of the British
Pharmaceutical Industry
British Plastics Federation
CoatesBrothers PLC
Dow Chemical
Company Lld Fike
United Kingdom
Hazard Evaluation Laboratory Lld
HM Inspectorate of Pollution
ICI Fine Chemicals Manufacturing
Organisation
The Institution of Chemical
Engineers
Mr M Kneale
MTM Agrochemicals Lld
National Rivers Authority
Norsochem Lld Professor
FP Lees Robinson
Brothers Lld Shell UK Lld
Tioxide UK Lld
Visnews Library
The Western Mail
The Yorkshire Post
《放热化学反应的控制》
《放热化学反应的控制》 宣传教育片导读 （参考译文）
翻译：浙江美诺华药业 Henry. Hu
健康安全和环境
前言
“放热化学反应控制”这部影片可独自地使用，但是，57分钟可能太长了，以至于不易地被那些不熟悉这个主题的人理解。影片中没有直接引用的解说部分和表格在这本小册子被列出了，用以协助对影片的更加详细的研究。 两个更加复杂的图也被包括在内。 可以随时阅读读本的正文以加深对影像资料内容的理解。如果使用这些影像资料进行一些普通的培训，那么在播完一节后停下来,讲师或领导进行评论时，可以参照此读本，第3部分的末尾，可形成一个方便自然的暂停点。用这种方式阅读此小册子或者观看影像将都是非常有用的。
第一章 讨论 思考
印度的博帕尔在1984年12月发生的事故，那是化学工业史上非常糟的一场事故，当水涌入异氰酸甲酯仓库之后，整个反应失控了，造成了超过2500人遇难，数以万计的人受伤。
1976年6月意大利的塞维索事故，反应失控后，几公斤的二恶英从反应釜里泄漏到大气中，造成了人员受伤，虽然没有人遇难，但是这个事故造成了大面积的空气污染，当执行清洁操作时，人们被迫远离他们的被严重染的家园。
这些事件导致随后的关于健康与安全的法案得到补充与强化，以上所发生的事故,促进了欧共体与工业活动事故相关的一项法令的实施，它也被称作塞维索指令，其在1999年八月制定，旨在控制重大伤亡事故。反应失控不是什么新鲜事了，例如在1930年发生在约克郡的硝化反应失控事故，12人在爆炸事故中遇难，大约有50人受伤，另外还有约500人无家可归。 反应失控和被超温超压损坏了反应釜,泄漏出的易燃易爆原料料直接造成工厂的损失。虽然失控一直在发生，但并不是所有的事故都是灾难性的。除非精心设计一些预防措施，否则失控依然存在相当大的潜在威胁。纵使类似的事故没有引起人员的伤亡和经济损失，但仍应该防止反应失控。这个影像的下面部分通过阐述,为我们解答了什么是失控放热反应以及它是怎么发生的。这将会为你讲述合理计划反应的重要性，告诉我们如何防止反应失控和我们应该测量那些数据，最后一部分将提供一些建议。
第二章 放热反应失控
一个化学反应总是包含能量和变化。换句话说在反应的同时，热量要么被吸收、要么释放出来。如果在反应时有热量吸收则称为吸热反应，反之,在反应的同时需要燃料和空气，这样的反应叫做放热反应。一些反应在与原料一接触时随即发生反应，但是有很多情况某些反应是需要一些热量才能引发的。如果你将燃料点燃就会明白这个道理。一旦它得以进行，其自身便可以提供反应所需的热。考虑到工业中的这种事例,我们应该关注其反应温度的控制.放热反应是比吸热反应更为普遍的反应.所有的放热反应温度越高,反应越快。如果反应放热速率超过体系自身的散热速率，那么体系的温度就会连续升高。最终高温还会加快反应速度并引起反应失控。有多种化学反应可能有反应失控的危险，下表是最普通的一些反应，不是很全。
化学工艺所包含的失控反应
硝化反应 加氢反应 氨基化反应 聚合反应 水解反应 烷基化反应 磺化反应
氧化反应 酯化反应 卤化反应 凝聚反应 异构化反应
影像资料不但专指在反应釜中进行的反应失控而且也指在其它条件下所发生的反应失控。例如失控反应也可能发生在大量存储的物料之间。由于一个意外的的放热反应使得储缺罐里的原料，开始累积热量，温度升高。这个储罐原本能针对放热反应，进行有效的降温，但是，冷却水使设计不当的联接处塌下。桶装物料同样也被包含在内，例如，当桶装的物料被使用或污染的物料被使用时，未反应完的物料将一直存在。就在这一刻，为反应预先准备的两个原料桶储存了相当多的热量，当它们放的很近或被放到一直很热的地方，这时不可控的反应就发生了。其中一个桶内的物质通过桶盖溢出。一些原料，如丙烯酸，能够经过自身聚合反应。这里，轻轻晃动原料桶使抗聚合试剂混合得更加均匀。聚合反应失控也可能由存储的环氧乙烷引起，这是由于一系列的杂质起了催化作用的结果，因此这样的物质在存储时应尽量避免接触。槽罐汽车也包含在偶发事故中，例如当槽罐车还没有到达目的地时，其内原料几乎达到了沸点，而这时就只有通过消防队来处理了,以避免事故的发生。槽罐车内原料的反应是由先前罐内残留的其它原料引起。这是由丙烯酸聚合反应引起的发生在槽罐车上的典型事故。一个人由于疏忽，误将某种原料混合，引起剧烈的反应以至于反应超过容器的承受能力，造成伤亡事故。处理实验室的废弃溶剂也可能是非常危险的，误将氯仿倒进还有残留的溶剂的色普级丙酮空瓶中引起剧烈反应，造成了两人受伤。这个反应是由某些存在的催化剂引起。放热反应失控的潜在威胁也可能出现在进行连续工艺的设备中。还有一些情况，危害是由放热分解反应引起，尤其是高温反应。本例将讲述在一吨原料有意加热到分解温度过程中所发生的现象。如果一个浓缩过程正在进行，直到蒸干所有溶剂，那么浓缩物放热分解是可能发生的。如果一直处在高温状态或冷却不足，即使没有完全浓缩至干，残留物或产品在溶剂蒸走的过程中仍然可能会经历分解反应失控的过程。任何加热化学品的方法，例如干燥箱或熔化桶中物料的熔化柜，都可能由敏感物质引起分解反应，尤其是在加热控制失灵或过热的情况下。如果一个反应的产物中有气体或者蒸汽，当反应产生气体的速率超过设备的排放能力时是很可能发生超压事故的。所以反应失控的结果是把反应釜炸飞。加料时搅拌是静止的，当开启时会迅速产生大量的气体。
第三章 哪出错了？
已经检查了可能存在的失控因素，下一个问题是：哪出错了？
健康安全执行局1983年的这项研究报道了由飞利浦·诺兰测试的169件反应失控事故的主要原因。大多数的，事实上都是一些典型问题，在下表进行描述。
事故原因
差错 21%
化学反应/放热 20%
温度控制/冷却 19%
维护 15%
搅拌 10%
原料规格/污染 9%
操作错误 6%
更多的往往不是这样，包含一些因素的综合作用和一些简单的安全系统失控导致了严重的后果。看看一些事故的照片便可以说明以上的论点。物料的分解常引起类似的危害，分解气体从放空中出来，搅拌将被关闭以减少泄露，但是蒸汽加热依然开着，之后，可燃蒸汽被释放出来并引起爆炸。原料会被批次间的设备不撤底清洁所污染，这些污染物很可能催化分解反应，使反应釜无法承受。在这些事件中，不稳定的化合物在蒸馏之前应该进行为期六个月的储存。在工艺中，盐酸容易同低碳钢反应釜发生反应。产生的亚铁离子可以催化原料的分解反应，加速其达到反应失控点。实验室进行安全性试验时使用的是不锈钢而不是低碳钢。当一个新的或多个催化剂第一次被使用时，是很可能发生事故的，纵使工艺要求其温度可以超过标准10摄氏度以上，夹套冷却系统失灵是另外一个因素。当对工艺进行放大时，未能提供合适的热交换数据可能会导致一些事故的发生，例如当将一个工艺从500加仑的反应釜转至1300加仑的反应釜进行反应时，可能导致事故，其原因是由于温度计夹套过短不能准确测量温度，使得实际温度高于正常温度所造成。最后一道防线就是反应釜的防暴片，然而，防暴片在真空状态使用过，不起作用了。另外，因扩大规模所引起的事故还造成釜盖穿透屋顶被打出50尺，减速器被打出了250尺。
用蒸汽加热的烘箱在干燥产品时，控制加热的气动阀失灵，另外设备上没有温度检测器也没有排气口，造成了产物的放热分解。当使用油加热树脂反应釜时，防暴片如果被装反了并没有得到纠正，油温失控后高温会引起树脂熔化，反应釜会被穿孔。在一家手动操作的工厂里，针对加热这部环节，忽视了对员工的培训，一个员工离开岗位后，反应釜的温度由180升到了368度，之后人孔盖飞出了顶棚。责任事故可以由很多原因引起，在这里17.5加仑与155加仑物料的数量被写混了，就是由于错误的批次卡所导致的，当打印两个批次的批次卡时，技术人员将数据搞颠倒了。在这种情况下，反应釜顶被炸飞了，搅拌被抛出去了，原因就是因为反应物不成比例，苯胺中由于残留有之前未处理干净的水，加料后水参与了反应引起反应失控。在这里的问题是当一个新的物料加进来时，上一批的物料还剩余在反应罐中。当新的批次开始反应时产生了大量的气体造成反应釜的超压。维护过程中失误也可能引起一些问题，蒸汽被用来清理设备的投料管道，升高残留物质的温度达到它们的分解点时，降温水阀门在维护完以后没有再打开，这时剧烈的放热反应发生了，损失是非常明显的，这个反应釜应该装有缓冲阀门的，用于防暴或氮气超压。在这些事件中要么是釜排空口不合适要么就是太粗糙，在这里，反应釜通向接收罐并通过它通向大气，但是这个孔太小，当反应失控时接受罐便破裂了。当回流管阀门被错误关闭时，反应失控便由不充足的降温造成了。但在具体谈到这一事件的调查，缺少培训也是促成事故的因素。当升温过快时，负责的操作工不知道该怎么做，有经验的操作工以及在现场的人并没有意识到反应的速度已经远超过正常情况。同样在这里，当反应釜温度显著升高，操作者不知道他们该怎么做。反应失控引起的伤害及损失一直在发生着，常常就像以上案例所描述的一个或几个一样，事先准备好预防类似事故的策略是必要的。
第四章 反应安全计划
了解原料的物理特性以及原料及该反应的化学知识，其目的，为了安全。在可能的情况下，最好将一批物料的反应设计成半批式反应，而不是满负荷反应，以减少当前反应物的化学失控，控制潜在的危险，可以简化安全措施和降低安全成本。不但包括主反应，而且还有非期望的副反应，以及原料、中间体，产物都有分解的可能，这些均需考虑到。一个好的系统方法，应该包含数据收集，一个书面分析报告，用以识别反应系统、类似物质、或反应。在商业生产之前要经过实验室放热反应测试和中试。如果试验过程中有工艺不稳定，那么还应该进行重复。这本关于化学反应危害的指导小册子是由英国制药工业协会编写，其中包含了一些宝贵的建议和一些有用的评估方案，给出了一些图表。
文献检索是最初的数据收集和筛选方案所必需的，两个特别有用的资料来源是Bretherick的化学反应危害手册和全国消防协会的有害化学反应手册，但是这两本书所包含的有关化学反应危害的信息并不像单个化学品标准说明书所介绍那样可靠。要设计或优化一个化学工艺，一系列的化学热力学，动力学和其他的数据是需要的。
原料和工艺数据
反应能 绝热条件的温度上升值 产生气体的最大量 在封闭体系内反应的压力 反应率
产热率 在封闭体系内的压力上升率 表面活化能 放热反应的初始温度
任何物质分解的程度 不良反应的次要产物 易爆性 毒性
不幸的是这些数据不可能从一个简单的测试中获得，一些大公司有自己的设备进行相关的测试以服务于商业。
测试的主要类型包括：
l 基本扫描测试
l 等温热量测定，旨在为特殊的反应系统测量反应的放热和动力学数据。
l 绝热热量测量，主要用于测量化学反应或单个化合物反应失控的潜在能力。
l 反应釜通风口设备，主要为确定反应釜通风口尺寸提供数据，而且这里还提供了一些热力学数据。
甚至是在实验室条件下反应失控仍可能造成相当大的毁坏，幸运的是，这项测试只是测试一个设备的安全超压范围。由于潜在的危害，相应的测试将在受保护的条件下进行，在装有强化玻璃的通风厨中进行，或在加硬通风厨中进行，或是在专门设计的防暴柜中进行。为了能够清楚地观察现象，大多数的测试装置没有安装保护屏。使用廉价的设备可以获得很多相关样品的安全反应数据，被叫做杜瓦瓶的简单容器被用于模拟测试全尺寸反应器的热散失。反应量热计使用杜瓦瓶的简单装置，这种装置的改进型号，是由许多产业化公司制造的。反应混合物可以分次加入到杜瓦瓶中并将其置于水浴中，在杜瓦瓶中始发生放热反应，可从任意温度开始进行记录。这种特殊的反应量热计只能测试常压反应，但是绝热杜瓦量热计还能设计成不锈钢的，它可以承压，这种结构可以对反应失控进行测试，这种失控是由于物料加错、停止搅拌或未能充分冷却所造成的。它同样也有卸料接收器，因此通过释放物料，可收集一些用于设计放空口的数据。使用这个装置，单一物质的热分解也是可以测试的。测试样将被加到不锈钢管中并在室温或加热到分解温度条件下发生分解，热分解的温度将被记录，小尺度范围内的初始分解温度一般要比在生产设备上的温度高，此在放大反应规模时，要特别谨慎。 这个事故里的剧烈放热反应发生在120度到130度之间，虽然实验室测试表明只有在274度或更高时才会出问题。一些高端的设备也可以对以上所描述数据进行商业性的测试，例如，这种量热计可以对化学反应的放热进行测定。这些数据可以用来确定工艺满负荷运作时所需要的制冷量。这个反应在具夹套的反应釜中进行，反应釜配有合适的搅拌器。热传媒体硅油在夹套中高速流动，可以传递出反应产生的热量。产生的热被及时传输出来供测试，电脑可以记录反应所产生的热量，这些一起用于研究反应的控制。放热速率量热计可以用于测定物质分解时的初始温度、最大转化率的时间和停止反应的时间。一旦反应失控，在临界温度下就不可能重新建立平衡。被测试的物质被放入到一个小小的弹丸中，其中有一个量热计室，量热计单元被放到防暴罩内。样品被加热直到发生热分解并且进一步的反应未进行。实验室测试应该做的适当，材料分解所引起的损失已经被检测，但是使用不正确尺寸的设备出了问题，造成错误的结果，因此仅能说明反应放热。
在工艺开发过程中，实验室研究之后，往往还要做中试。
危险和可操作性研究(HAZOP)可以用于测试反应过程中可能出现的问题，传统(HAZOP)的应用可以较好的指导建立批次反应和处理可导致问题的原料和工艺。
HAZOP引导字
都不 更多 少 部分 比什么多 除了
从测试中所获得的信息将被全部记录并以两种形式记录。
l 详细的技术改进卷宗和
l 清晰简单的操作记录包括正常操作和非正常操作
详细的技术改进卷宗或包含此类信息的文件是为技术质量控制部门的需要。
技术工艺文件
1. 工艺描述
a) 分子结构和分子量 ；b) 化学工艺描述；c) 理论收率 ；d) 每周或每天的操作，反应周期，客户要求；
2. 原料质量；a) 粗品 Kg；b) 粗品Kg/100Kg ；c) 每个重要成分的摩尔量
3. 附加材料
a) 列出所有单元操作；b) 每一个单元操作的设备编号；c) 每一个单元操作的清单列表：批号、质量、体积、偏差及允许偏差
4. 工艺危险程度
a) 对于每一个单元操作过程中的关键功能列表，如搅拌，加热，pH值，回流
b) 确定关键功能有关安全，质量或产量
5. 热量测定
a) 热反应，比热和在每一阶段绝热温升
6. 质量和能量平衡
7. 生产数据
a) 生产设备工艺操作文件；b) 老工艺文件c) 关键路线分析；d) 历史事件、损失、警告和错误
8. 环境
a) 气体和蒸汽释放；b) 废液；c) 废渣
9. 质量检测
a) 粗品；b) 中间体；c) 最终产品；d) 质量控制 （线上和离线）；e) 结构分析
10. 危险因素
a) 量热报告 ；b ) 热稳定性报告; c) 易燃易爆检测报告; d) HAZOP研究结果; e) HAZOP修改案; f) 风险分析的应用与安全、产量、品质和环境; g) 腐蚀评估
11. 物理性质
a) 对于每个材料涉及：密度，粘度，pH值，闪点，自燃温度，分解温度，蒸气压等沸点
12. 安全台帐
a) 台帐来源于原材料供应商；b) 产品安全台帐
说明书被以用于向操作者详尽的说明每一个工艺阶段,为了工艺安全估测其不可避免的情况.他们通常会以一定的格式逐步编写。操作者通常会被要求保持每一步的工艺记录并其已完成。这些将在操作说明书中得到详细介绍。批次卡上的规定概括了操作说明书，针对批次卡工艺的说明书应该确定，在设备以运转之前其应该是空的，干净的、干燥，设备组件已被正确组装，所有的阀门都处于正常状态。除了数量的变动，从工艺到工艺还有很多细节变动，反应和催化的次序和转化率应该 被体现出来，需要详细规定搅拌的开启，加热和冷却说明书也要给出。预定工艺温度、压力给与相应的范围，和应急方案。详细介绍预防措施，例如个人防护用具的使用。
第五章 反应控制
以上所描述的检查的目的是为了提供充足的资料以建立控制方案确保反应不会失控。
控制方案的本质原理是
l 正确的投料
l 反应釜冷却
l 搅拌
l 温度控制
l 压力控制
l 说明书和培训
不能够确定任何人独立操作都一定可靠或总在工作岗位，一些参考书的印制过迟等。投料，让我们看一看控制方案的第一要素-投料联系到投料的具体问题包括：投错料，没有按标准重量投料，错误的批号，升温错误，错误的比率。如果投错料，那么麻烦是很明显的，因此纠正原料的标签和投料路径是根本的。在转料点的控制系统被谨慎设计，旨在防止管线与错误的反应釜投料管相连接。按照正确要求加料的重要性，正确的质量，正确的加料速度，似乎缺少任何一项都不那么明显，但他们都同等重要。例如一个反应釜安装重量传感器目的是可以精确称量反应物的质量。这种适用于反应釜的重量传感器将可以检测到投料重复。安排反应釜投料目的是使整袋的原料得到使用，而不是半袋，投递整袋的原料到反应釜是避免错投的另一种方式。反应瓶中的催化剂的被逐渐加入到反应釜。催化剂的投放不管是用以上方法还是一次性投入，投放催化剂的多少同反应物的投加同等重要。在合适的温度条件添加原料或催化剂也非常关键，太低的温度反应将无法开始，造成未反应原料的聚集，这样一旦其开始反应那么反应将会非常迅速，温度越高，反映越快直到反应失控。材料的污染也经常被卷入事件，水经常会成为其始作俑者，例如水从冷凝槽虹吸进入反应釜并同发烟硫酸反应，使体系温度升高以达到产物分解的温度，污染物在其他情况下能够自发放热分解或催化某些不理想的反应。使用清晰具体的工艺说明书可以有效确保准确的投料。反应釜冷却，对于放热反应冷却是一个基本控制，冷却剂故障警报系统通常是需要的，冷却剂流量计最好安装在反应釜的冷却系统出口端，这是一种提供冷却剂故障报警系统的方法。另外一种方法是将冷却剂测量装置与警报系统相连接，或监测冷却剂进出口之间的温度不同。冷却剂流进和流出的可见性特征是有渴望获得的。温度控制是如此的关键，冷却剂来源必须可靠同时供应商的技术支持也是必要的。例如使用城市用水做为冷却用水，要提供钻孔并在其上提供支持，降温循环水系统要么使用冷却塔降温要么直接通向反应釜。如果主要的冷却供应瘫痪了，要关闭反应釜。一个备用蓄水池能够提供足够的冷却量使反应釜安全。搅拌，搅拌的本质是使反应釜物料适当的混合，防止未反应物料的聚集和确保充足的热传导和冷却。一个合适的搅拌器一般被要求达到以上要求。一些历史案例表明操作失误也是事故发生的重要因素，操作者忘记了打开搅拌器直到反应物聚集到一起，之后意识到了错误，开启了搅拌，原料迅速混合，快速反应，导致反应失控。例如恐惧过量加料或未注意偏差，有时操作者停下搅拌为了取样，看起来理由似乎很充分。设备故障也可能引起搅拌马达或驱动器故障的发生，搅拌叶片可能脱落，尤其是当反应物料非常粘稠的时候，保险螺栓也可能被腐蚀，所以一个该详细的规定所是有的原料。搅拌故障报警系统应该被提供，例如有搅拌叶轮或搅拌轴故障引起的马达运行不正常会被监测到。使用一个安培表监测马达的电流时非常有用的，如果正常，速率相对稳定，如果显示突然降低则说明搅拌浆正在分离。说明书给出了对搅拌积极的指导，以搅拌轴传感器为例，当搅拌发生故障时将提供不正常警报。这种设备有一种装置可以监测反应釜内物料并显示搅拌是否正常工作。搅拌可以设计成多种形式，从中选出合适的一种将是非常重要的，就像在事故中出现的那样。锚式搅拌适合于反应釜，但是在事故之前将其更换为低效而短的螺旋桨式搅拌，其没有办法有效的使薄而致密的物料混均匀，物料中一部分沉积在釜壁上，这些隔离的原料最终突然反应，导致反应失控并爆炸。温度控制，对温度进行合适的控制是非常重要的尽可能的使用加热介质，这种加热介质所能够升高的最高温度是低于物料发生分解的温度，例如低压蒸气控制反应釜温度为135度。反应釜应该有合适的高温指示器及警报系统。用加料速度控制反应，如果反应釜温度超过合适的温度，通过检测系统自动关闭进料阀门。再次，在一些事件中，历史案例重现了误操作，例如未设置或读取正确的数据，或未附带工艺说明书。设备故障也可能发生，例如一个温度设备出现了故障，一个替代品是需要的，并作简要记录。温度探测器应该深入到混合物中而不可以在混合物上的蒸汽中，当批量减少时，这一点要格外注意，或者更换换合适的温度探测器，设计合适的搅拌器可以在物料中产生涡流，当做小批次时温度及探针可能暴在物料之外，造成错误的读数。在很多事件中，反映釜必须加热到物料开始反应的温度，在反应完之后要降温冷却，加热介质应该被精确的控制，及其其他的的支持，不需要从阀门开始加热，或通过蒸汽阀门加热。加热速率超过反应的正常标准是危险的。压力控制，温度测试常常不能给出关于失控潜在能力的指标，一些情况，压力监测器是需要的，尤其是反应的产物中有气体。
高压警报，可能的监测，在合适的地方使用说明书与培训，说明书和培训在化学工艺安全操作中扮演着重要的角色。操作者应该意识到工艺中每一步的重要性和相应的安全规范。他们应该能够识别可能发生的异常情况，以及所处环境的的规定。如果工艺条件、原料、或设备发生了改变则应该另外进行培训。工艺说明书可以提醒操作者各工艺阶段中必须遵守的一些细节，但是操作者也必须明白每一步的原理而不是盲目的做。说明书和培训是控制政策的一个因素，不管它有多么好，他终究不能取代其他的要素。
控制方案
正确投料 反应釜冷却 搅拌 温度控制 压力控制 说明书和培训
第六章 如果出现问题
方案仅仅描述保持反应可以控制，但是如果反应失控了，控制反应或阻止灾难将是有可能的。在没有任何征兆的情况下反应失控酿成的灾难是很少发生的，工艺偏离基本要求 ，就偏差潜在危险方面对员工进行培训是其本质。各种测量装置可以设计到设备中使可控操作得以重新建立，预防反应失控。警报和监测系统被设计用以暂停加料，当反应开始失控时，通过这种方式重新建立可控操作。另外的冷却系统是可能的，例如通过开启二级冷凝、或反应釜夹套冷凝或打开盐水代替正常降温水，或是通过打开二级冷冻水单元将温度降的更低，或是另外加一循环泵以增加冷冻介质的流速，反应本身的放热转化进行也在循环。在存储阶段，消防用水应该提供二级冷却水，就像环氧乙烷储罐一样正常情况下需要在密闭环境中降温。快速倾倒反应原料也是可能的，当倾斜阀门打开时，反应原料顺着工艺路线进入反应釜，其中一个里面有水，所以必须谨慎选择介质。如果设备监测到不合适的温升，反应釜底的自动卸料阀会自动打开。他也可以手动开启，无论哪种方式，反应釜中的物料都会迅速倾泻到外部的的储罐中。如果有可能应该安装泡沫抑制系统以防止爆炸。通过倾泻大量的水或者适合的容积到反应釜以终止反应或降温，灭火介质的选择是很关键的，例如水是可以的，但是必须是软化水，否则水中的矿质可能引起有害的反应。只有催化剂存在才能引发反应，这时可以通过添加或减少催化剂的量来控制反应。催化剂是逐渐加入的，监控可以停止催化剂的加料，但是当催化剂被成块的加入到反应釜，移走将是非常困难的。在这个设备中，三分之二的探针是用于检测超温的精确暂停系统，其化学物质可以中和催化剂，可以非常快的注入反应釜，这种设计是很普通的。就像我们所看到的那样，反应釜安全应该建立工艺控制、快速冷却、泻料、灭火、反应抑制或其不同的组合。适合反应釜或工艺的大量路径应该被选择。在大多数设备中排空装置是最后的安全防线，如果反应一直不能被控制，排空是最简单的方案但这个方案必须在细节上得到验证。有一些条件不必、不可能或不希望被如此考虑。排空口变化，理想的排空口是尽可能足够大、短而直，复杂的排空系统有很多湾这是不推荐的，这样的系统不利于气体迅速排放。更复杂的排空口常常是不可避免的也是可以接受的，确保其经过谨慎的计算。
反应釜可以通过防爆阀或防暴片来缓解排空管道的压力。缓冲阀有一个优点就是当最高压力降低时可以重设缓冲阀的参数,以避免原料损失,但是他也有缺点就是缓冲面积是受限制缓冲阀也是封闭的。防暴片被做了各种设计连带其说明书,有一系列的尺寸,很少引起故障,但是一旦破裂便不能再闭合,经常成对的使用,用在压力探测器之间,预先检测防暴片的故障.缓冲阀和防暴片结合也可能被使用，通过可重置的缓冲阀，轻微的超压会被监测到，但是当压力过大时将击穿防暴片。在这个设备中提供了三个放空口，第一个带有电动阀和放空管，排入接收罐，第二个也通过放空管通往接受罐，并通过一个带有缓冲阀的防暴片，如果超压是非常大，在这种情况下,最大限度的缓冲将通过防暴片排向大气。缓冲阀和防暴片将成套使用，防暴片防止缓冲阀被反应的化学物质阻塞。带有一堵塑料防护墙的建筑，配有一系列的防暴室，敞开式反应釜。任何失控排空口都通向防暴室，通过防暴墙排向大气，在操作过程中人要远离防暴室。泻爆排放必须经过妥善处理（见图2）。物理泻爆的方式将影响方案的可行性，包括隔离式、直接泻爆到大气、经过一系列的技术处理、经过洗涤，中和等方法处理处理。在这里直接排向大气是可以接受的，排空口应该安置在安全的地方，排空不可以排向人们经常活动及工作的地方。像这样的接受罐可以收集排空系统排出的液体，但是允许排向大气一定量的蒸汽。接受罐设计成可以接收所有排空产物的设备，因此其自身就是承压容器，正确的设计是非常重要的。接受罐通常被检测测试其通过自身的排空能否可以承受严重的超压，其排空是打开的，或是带有合适的防暴片，排空不得不排向大气，但是仍然设计了最后的防护措施以保护防暴片被击穿，一旦击穿，其不但会释放有毒气体还会产生放射物。剧毒接收罐被设计成为高承压式容器，以控制所有可以预见的情况。这种接受罐一般没有放空，不是足够的坚硬，当防暴片击穿时排空口接入接收罐。在缓冲排空时作用在设备上的力是非常重要的，实质是管路和容器根据这个理念设计，设计合适的的支撑。 在一些条件下洗涤器可能应用于反应釜的排空系统，洗涤器应该适合于处理有毒物质是必要的，其安装在接受罐的最终排空管路上。有效的缓冲设备可能受到下游排放物处理或控制设备的影响，这就需要精心设计以避免这些事件。负责环境污染控制的官方对排放和泻爆处理都很感兴趣，可以向他们咨询。方应釜排空的尺寸非常重要，选择特殊尺寸排空的原因应该被记录，如果情况并非如此，使用者应该要求设计适当的排空使用，健康与安全执行机构已经完成了关于可行的不同尺寸排空口相比较的研究报告。
CRR 136
化学反应釜泻爆系统手册
ISBN 07176 1389 5
摘要，多个国家进行了相关项目的研究，在美国化学工程师学会的帮助下进行，从1976年至1986年改进了形的防暴系统设计方法。
DIERS
应急救援系统设计院
关于两相流动的研究，但缓冲阀开启时液体和气体一起通过排空是特别令人关注的，实际感兴趣的是所发生的或将要发生的反应，其现象与快速开香槟时所看到的没有什么不同，混合泡将离开容器，容器久空了。气液两相通过专为蒸汽或气体设计的排空口，意味着极少的气体能够脱离容器，因为部分气流被不可压缩的液体阻塞了，在这种极端的情况下将造成反应釜的超压或爆炸。危险性评价实验室的PHI-TEC 绝热量热计，Fauske和联合反应系统显示工具以及Fike 排空口尺寸是三种设备。已经发明了DIERS技术，确定排空口的大小使其能够适应两相流动。反应釜并不是一直都备有应急排空口的。如果反应釜在反应失控时能够承受起最大压力那么应急排空口没什么必要了。对于接受罐或高反应温度产品而言，因此一个非常有活力的反应在这进行并不实际。在这样的条件下，高集成的控制测量，和运行暂停系统将是需要的，这些一般包括电脑等，安全操作所要求达到的水平将被说明。
第七章 总结及建议
放热反应工艺的安全操作是一个复杂的课题，但是合适的预防可以阻止多种反应失控，或至少确保失控在安全范围内，这些影像和故障事故图片总结了以上的预防措施。从文献中得到大量的事实数据，化学工程机构出版的化学反应危害指导和防暴系统指导里有价值说明书将会对理解资料有帮助。酚类树脂的安全生产在英国塑料联合会的出版物中有所介绍（酚类树脂安全生产指导）。关于防暴系统DIERS的出版物或软件可以从美国化学工程学会获得。最后，化学工程学会还有好多顾问，他们中的多数在这个领域工作，他们能够为较复杂的问题提供帮助，他们意识到当前应该做的是：常来指导，就重大课题进行长期的研究。
鸣谢
健康与安全执行学会感谢以下机构所提供的帮助
AbbottLaboratories Ltd
The BootsCompany PLC
CleanawayLimited
DistaProducts Ltd
Fauske andAssociates, Inc
Granada Television
Herberts (HPG Industrial Coating Ltd) ICI Chemicals and Polymers LtdIndependent Television News Lld International Biosynthetics ltd
Laporte Industries Ltd
Morton International Ltd
Nobels Explosives Lld Petrolite Ltd
R V Chemicals Lld
Schering Agrochemicals Lld
South Bank Polytechnic Vinamul Lld Warwick Chemicals Intemational Lld
West Yorkshire Fire Brigade
Association of the British
Pharmaceutical Industry
British Plastics Federation
CoatesBrothers PLC
Dow Chemical
Company Lld Fike
United Kingdom
Hazard Evaluation Laboratory Lld
HM Inspectorate of Pollution
ICI Fine Chemicals Manufacturing
Organisation
The Institution of Chemical
Engineers
Mr M Kneale
MTM Agrochemicals Lld
National Rivers Authority
Norsochem Lld Professor
FP Lees Robinson
Brothers Lld Shell UK Lld
Tioxide UK Lld
Visnews Library
The Western Mail
The Yorkshire Post