过程工艺的保障 - 天津大学--阿斯利康联合实验室

量 热 测 试 与 安 全 评 估 - 过 程 工 艺 的 保 障Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory天 津 大 学 - 阿 斯 利 康 联 合 实 验 室卫 宏 远 教 授2010-10-2727

L o g oOutline1量 热 技 术2 联 合 实 验 室3 企 业 中 的 应 用4 未 来 发 展Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o量 热 技 术 典 型 案 例热 电 偶 小 试 实 验 结 果 :亚 硝 酰 基 硫 酸水 浴 和 反 应 混 合 物 之 间 没 有 检 测 到 温 度 差 异小 试 得 到 结 论 :苯 胺 硫 酸 溶 液反 应 放 热 不 明 显 , 且 能 够 被 控 制45℃工 业 规 模 下 , 进 行 改 反 应 时 , 发 生 了 剧 烈 爆 炸 , 造 成 5 人 死 亡 30 多 人 受伤 , 并 对 生 产 装 置 造 成 了 巨 大 的 破 坏 。Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o量 热 技 术 原 因 分 析• 实 验 室 简 单 的 检 测 装 置 不 能 检 测 到 反 应 热 ;• 实 验 室 比 热 交 换 面 积 比 工 业 规 模 大 2 个 数 量 级 , 反 应 热 被 移 出 , 因 此 检 测 不到 温 差 ; 积 极 的 结 果• 强 调 了 量 热 仪 的 重 要 性• 促 进 了 仪 器 的 开 发 (RC1 DSC…)• 专 门 热 分 析 实 验 室 的 建 立Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

量 热 技 术 量 热 仪 分 类L o g o• 样 品 规 模 : 微 量 热 仪 ( 毫 克 级 )、 大 量 量 热 仪 ( 克 量 级 )、 实 验 室 规 模 量 热仪 ( 百 克 量 级 至 千 克 量 级 )• 单 个 量 热 单 元 或 者 两 个 量 热 单 元 ( 后 者 也 称 差 示 量 热 仪 )• 根 据 热 灵 敏 度 对 量 热 仪 进 行 分 类 ( 灵 敏 度 较 低 的 用 于 筛 选 )• 根 据 量 热 采 用 的 热 量 平 衡 方 法 进 行 分 类理 想 累 积 量 热 仪 ( 绝 热 量 热 仪 )理 想 热 流 量 热 仪 ( 等 温 恒 温 量 热 仪 )Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

量 热 技 术 量 热 仪 运 行 模 式L o g o• 等 温 模 式 (isothermal) 采 用 适 当 的 方 法 调 节 环 境 温 度 从 而 使 样 品 温 度 保 持 恒 定 。• 动 态 模 式 (dynamic) 样 品 温 度 在 给 定 范 围 内 呈 线 性 变 化 。• 绝 热 模 式 (adiabatic) 样 品 温 度 源 于 自 身 热 效 应 。• 恒 温 模 式 (isoperibolic) 环 境 温 度 保 持 恒 定 , 而 样 品 温 度 发 生 变 化Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o量 热 技 术 量 热 仪 的 热 平 衡热 量 累 积 = 反 应 放 热 - 与 环 境 的 热 交 换• 理 想 热 累 积 qac= qrx + +qex• 理 想 热 流 qac= qrx +qex=0• 恒 温 方 法Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o联 合 实 验 室 概 况天 津 大 学 (Tianjin University) 是 教 育 部 直 属 国 家 重 点 大 学 , 其 前 身 为 北 洋大 学 , 始 建 于 1895 年 10 月 2 日 , 是 中 国 近 现 代 史 上 第 一 所 大 学 。 工 科 发 展 , 在国 内 一 直 处 于 领 跑 者 的 地 位 。在 全 球 化 的 大 背 景 下 , 天 津 大 学 与 阿 斯 利 康 合 作 , 于 2008 年 正 式 成 立 联 合 实验 室 , 着 力 发 展 过 程 安 全 领 域 的 研 究 。目 标 是 将 天 津 大 学 — 阿 斯 利 康 联 合 实 验 室 打 造 成 过 程 安 全 领 域 的 权 威 机 构 。目 前 联 合 实 验 室 拥 有 20 名 以 上 科 研 和 工 作 人 员 , 其 中 包 括 教 授 1 名 , 副 教 授 2名 , 博 士 、 博 士 后 6 名 , 硕 士 8 名 , 本 科 生 4 人 。

L o g o联 合 实 验 室 成 立 Joint Laboratory EstablishTJU-AZ Joint lab was established in 2008Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o合 作 模 式 CorporationEquipmentsTrainingWorkshopProjectsCorporation betweenAZ and TJUCompany Logo

L o g o实 验 室 设 备 EquipmentsDSCTSUSimularARCCompany Logo

L o g o差 示 扫 描 量 热 仪 DSC ( Differential Scanning Calorimetry )•Sample size:•High pressure vessels:•Practical sensitivity:•Typical heating rate:•Temperature range:~5 5mg200 bar~20 W/kg1 – 10 K/minambient – 700 o C制 样 机 Presser金 坩 埚(three pieces))Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o实 验 数 据 Experimental DSC Data PlotTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o热 筛 选 量 热 仪 TSU• Sample size: ~5 g• High pressure vessels: 200 bar• Practical sensitivity: 8-10 W/kg• Typical heating rate: 2 K/min• Temperature range: ambient –300 o C• cycle time: 4 hours• Scale Factor: 60 – 75 KTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o实 验 数 据 Experimental TSU Data PlotTSU data for 4_212.dat350 703006025050°C)Temperature (°2001504030)Pressure (Bara10050Sample Temp (°C)Oven Temp (°C)Actual Temp BaselinePressure (bar)2010000 20 40 60 80 100 120 140 160Time (minutes)Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g oSimularTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o加 速 绝 热 量 热 仪 ARC (Accelerating Rate Calorimeter)• Uses an oven to prevent heat losses.• Uses thick-walled “bomb” which can withstand very high pressures of ~150 bar.• A sample of ~5g is typically used.• 60ml option for vent sizing available.• Sensitivity is ~1-2 W/kg.Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o人 员 培 训 TrainingAstraZeneca Macclesfield天 津 大 学 博 士Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o合 作 企 业 Projects AstraZeneca GSK FMC Corporation JiangSu Safety Research Center Sartomer Company Inc. Tianjin Chem. Eng. Research & Design Institute Asymchem ……Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例 在 石 油 管 道 运 输 过 程 中 , 时 常 用 强 氧 化 剂 对 管 道 进 行 清 理 和疏 通 ; 该 过 程 常 常 伴 有 放 热 和 气 体 产 生 ; 在 石 油 管 道 运 输 氧 化 剂 研 发 及 工 程 放 大 的 项 目 中 , 希 望 得 到反 应 热 量 及 生 成 气 体 情 况 的 数 据 。 该 物 系 由 于 浓 度 较 低 , 反 应 复 杂 , 给 测 量 带 来 了 一 定 难 度 ;Tianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例等 温 反 应 量 热 仪反 应 开 始 放 热

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例V Total gas volume=(21-3)/100*100ml=18ml

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例 事 故 原 因 :某 公 司 在 油 轮 已 暂 停 卸油 作 业 的 情 况 下 , 向 输油 管 道 中 注 入 含 有 强 氧化 剂 的 原 油 脱 硫 剂 , 造成 输 油 管 道 内 发 生 化 学爆 炸 。2010 年 7 月 16 日 18 时 12 分 , 辽 宁 省 大 连 市 大 孤 山 新 港 码 头 输 油 管 道 因 爆 裂 引 发 爆炸 起 火 , 并 引 发 其 中 的 103 号 储 油 罐 起 火 , 如 果 103 号 罐 爆 炸 , 将 会 给 大 连 海 域 乃 至整 个 渤 海 带 来 严 重 污 染 。

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例等 温 反 应 量 热 仪Q=16.19kJ绝 热 温 升 ΔT 1 =Q/H=19.91K气 体 总 生 成 量 计 算结 果 如 下 :V Total gas volume =2641ml在 70min 时 , 气 体 生 成 速 率 最大 ,R fast rate gas release=144.31ml/min

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例热 筛 选 量 热 仪 TSuTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例热 筛 选 量 热 仪 TSuTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例热 筛 选 量 热 仪 TSu加 热 过 程 中 有 气 体 生 成

L o g o企 业 中 的 应 用 案 例差 示 扫 描 量 热 仪 DSC• 两 个 放 热 峰• 初 始 的 放 热 反 应 温 度 为167.25℃• 总 的 放 热 量 为 638.08J/gTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o测 试 报 告 One Case for Reactive CalorimetryCalculation method = Power CompensationBaseline Interpolation 1Start t Step = equilibriumiEnd Step = reactionStart Value = 51.17 WEnd Value = 68.49 WInterpolation type : Follow Column Total Amount Fed (g)REACTION 1Maximum Total Power = 12.73WMaximum Reaction Power = 12.81WMaximum Dose Power = 0.00WTotal Flow/Balance Energy = 16.51kJTotal Dose Energy = -0.32kJ=========> Total Energy of 16.19kJ19kJTotal Energy while Dosing = 16.13kJTotal Energy after Dosing = 0.06kJTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

L o g o未 来 发 展 Future DevelopmentThe goal for TJU-AZ Joint lab is to be a centre of excellencein the field of Process Safetywith your supportsTianjin University-AstraZeneca Joint Laboratory

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