Außer Kontrolle, chemische Reaktionen auf Abwegen
Werbung
Außer Kontrolle – chemische Reaktionen auf Abwegen Dr. Joachim Sommer Referat Anlagen- und Verfahrenssicherheit Exotherme Reaktion Exotherme Reaktion Wärme Wärmeabfuhr Exotherme Reaktion Durchgehende Rkt. Exotherme Reaktion Temperatur Wärmeabfuhr erhöht Wärme Durchgehende Reaktion: Zeitverlauf Induktionsphase Thermische Explosion Reaktion Stabiler Bereich Zeit Erkennen und Bewerten nach TRAS 410 Stoff Thermische Eigenschaften der eingesetzten Stoffe Verfahren Thermisches Potential der gewünschten Reaktion Anlage Thermische Effekte unerwüschter Nebenreaktionen Ganzheitliche Betrachtung: Stoffe Stoff Kenntnis der thermischen Eigenschaften der beteiligten Stoffe und Stoffgemische Ganzheitliche Betrachtung: Stoffe Alle (organischen) Stoffe zersetzen sich Stoff • ab einer stoffspezifischen Temperatur • unter Freisetzung einer stoffspezifischen Energie Stoffe mit thermischen Potenzial Differenzthermoanalyse Ganzheitliche Betrachtung: Verfahren Stoff Verfahren Kenntnis der thermischen Eigenschaften der beteiligten Stoffe und Stoffgemische... ... unter den bestimmungsgemäßen Prozess- & Reaktionsbedingungen Reaktionskalorimeter Stark exotherme Reaktionen Bildung von Polymeren (Polymerisationen, Polyadditionen) Oxidationsreaktionen (Reaktionen mit Sauerstoffträgern) Neutralisationen (Reaktionen mit starken Säuren oder Basen) Ganzheitliche Betrachtung: S+V+A Stoff Verfahren Anlage Kenntnis der thermischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Verfahrensbedingungen und möglicher Abweichungen Relevante Abweichungen Art und Spezifikation der Ausgangsstoffe Dosierung (Menge, Geschwindigkeit, Reihenfolge) Vermischung (Rührerfunktion und -typ) Relevante Abweichungen Art und Spezifikation der Ausgangsstoffe Dosierung (Menge, Geschwindigkeit, Reihenfolge) Vermischung (Rührerfunktion und -typ) Präsenz von Hilfsstoffen (Katalysator, Inhibitor, Inertisierung) Verfügbarkeit von Hilfsenergien (Kühlung, Heizung, Kondens.) Relevante Abweichungen Art und Spezifikation der Ausgangsstoffe Dosierung (Menge, Geschwindigkeit, Reihenfolge) Vermischung (Rührerfunktion und -typ) Präsenz von Hilfsstoffen (Katalysator, Inhibitor, Inertisierung) Verfügbarkeit von Hilfsenergien (Kühlung, Heizung, Kondens.) Integrität der Anlage (Dichtheit, Korrosion, Einbauten) Relevante Abweichungen Art und Spezifikation der Ausgangsstoffe Dosierung (Menge, Geschwindigkeit, Reihenfolge) Vermischung (Rührerfunktion und -typ) Präsenz von Hilfsstoffen (Katalysator, Inhibitor, Inertisierung) Verfügbarkeit von Hilfsenergien (Kühlung, Heizung, Kondens.) Integrität der Anlage (Dichtheit, Korrosion, Einbauten) Maßstab des Prozesses Scale Up von Reaktoren Oberflächen : Volumen - Verhältnis Beispiel: Innentemperatur 80 °C Reaktorgröße [m³] Kühlfläche [m²] Wärmeverlust Umgebung [kW] Wärmeabfuhr Kühlung [kW] Quelle: Barton, Rogers, Moritz 0,001 0,046 0,06 0,69 x1000 x100 x100 x100 1,0 4,4 6 66 Scale Up von Reaktionen Innentemperatur 80 °C Beispiel: Reaktion mit 360 kJ/kg Reaktorgröße [m³] Kühlfläche [m²] Wärmeverlust Umgebung [kW] Wärmeabfuhr Kühlung [kW] 0,001 0,046 0,06 0,69 Wärmeproduktion [kW] (Dosierzeit 3 h) 0,03 Heizen erforderlich Quelle: Barton, Rogers, Moritz x100 4,4 x100 66 Scale Up von Reaktionen Innentemperatur 80 °C Beispiel: Reaktion mit 360 kJ/kg Reaktorgröße [m³] Kühlfläche [m²] Wärmeverlust Umgebung [kW] Wärmeabfuhr Kühlung [kW] 0,001 0,046 0,06 0,69 Wärmeproduktion [kW] (Dosierzeit 3 h) 0,03 x1000 Heizen erforderlich Quelle: Barton, Rogers, Moritz x1000 x100 x100 x100 1,0 4,4 6 66 33 Kühlung ausreichend Scale Up Runaway Reaktorgröße [m³] Kühlfläche [m²] Wärmeverlust Umgebung [kW] Wärmeabfuhr Kühlung [kW] 0,001 0,046 0,06 0,69 Wärmeproduktion [kW] (Dosierzeit 3 h) 0,03 x1000 Heizen erforderlich 33 Kühlung ausreichend Wärmeproduktion [kW] (Dosierzeit 1 h) 0,1 keine Kühlung 100 Kühlung unzureichend Quelle: Barton, Rogers, Moritz x1000 x100 x100 x100 1,0 4,4 6 66
