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H.E.L 过程安全和危害评估 

从研发到规模化生产 

过程安全在化学和制药工业中的重要性怎么强调都不为过。即使是相对较小的事故，由于生产损失和产量的降低、损坏设备的维修和更换、人员伤害、以及事故报告的监管备案，导致的经济损失也会增加。对于严重的事故，这些经济损失高达数百万美元，而在最悲惨的事故中，人员的伤亡增加了公司士气和声誉的额外损失，这远远超出了财务损失。 

H.E.L 致力于通过早期识别和充分分析化学过程中的热危害风险来减少事故。从制药行业到精细化工生产领域，一个产品的投产需要经历实验室小试到工艺放大的生产过程。所涉及到风险的核心是:随着反应规模的变化导致的热散失行为的变化: 

• 很多反应是放热反应，在进行反应放大时需要进行冷却来确保操作安全 

• 在一定的操作条件下，反应中的反应组分变得不稳定，导致额外的热危害  

早期热风险的识别 

早期识别热风险是确保永远不会发生可能导致事故的反应的关键。一些高放热的合成反应，如硝化、聚合或涉及有机金属试剂的反应，是热危害分析的重点目标。其他反应可能有与过程相关的风险，特别是在早期研发阶段，处理不熟悉的化学物质或工艺时，尽早检测潜在的热风险至关重要。 

H.E.L 自动化合成系统，如 Simular 可提供详细和准确的信息，帮助在化学品开发的早期阶段识别潜在的危害。可通过反应途径和不稳定中间体的表征，识别这些中间体在不希望的热积累的情况下可能会出现严重的分解风险，尽早了解这些流程限制有助于更好地做出决策。

安全工艺的设计 

详细的工艺安全调查是必要的，用以评估关键放热过程的热风险。因此，需要解决以下关键问题: 

•实验室或工厂反应釜是否能够在正常操作条件下控制过程? 

•与异常操作条件相关的后果是什么? 

•是否有不稳定的中间体可能积聚? 

•如何优化流程的内在风险和经济效益之间的平衡? 

1987 年成立以来，H.E.L 一直从事反应风险相关的研究，应用的量热方法包括： 

• 等温量热：热流法 

                 功率补偿法 

• 非等温量热法：回流量热法 

                       斜率升温量热

可在模拟工厂的工艺条件下精确测量热分布和所需反应的焓。反应过程的监测，可通过 Process Analytics Technology（PAT）进行实时监控，如浊度Turbidity、红外 FTIR、拉曼 Raman、激光粒度仪等。 

通过实时识别反应过程为工艺安全提供进一步的保障，包括测量反应的开始和完成，不良或危险副产物的形成，以及可能增加热失控风险的试剂和中间体的积累。 

全面和准确的热危害评估提供了对所需反应所涉及的能量的理解，并能够有效地重新设计工艺条件，以消除经历不受控制的失控反应的固有风险。

安全工作条件的保证

理解整个过程的复杂性需要使用正确的工具组合。为了评估与之相关的热风险，对数据做出正确的解释至关重要。

H.E.L 全自动化学反应量热系统采用 WinISO 及 IQ 软件： 

• 可在准确的测量间歇或半间歇反应过程中的反应热 W，放热速率 Qr 和反应焓△Hr； 

• 反应动力学类型（动力学控制型或者热力学控制型）给出绝热温升△Tad 、MTSR、热累积，比热 Cp 和热传递系数 UA 等重要参数等； 

• 及工艺优化数据包含批处理时间，产率，批处理及循环时间等； 

• 充分了解整个反应的放热过程，为工程设计、化工工艺安全评估以及化工工艺的安全放大提供必要的热力学参数，保证放热和移热间的平衡，避免反应物或能量累积，确保安全有效地设计和放大工艺过程。

通过使用旨在确保安全操作的全自动反应釜，在整个实验阶段充分考虑实验及人员的安全，从实验室到制造的安全工作条件得到了加强。此外，过程分析工具(PAT)的使用提供了现场和实时的关键信息，消除了在危险反应期间与采样相关的风险。通过这些措施从而确保安全的工作条件。 

过程安全可以节约成本和避免人员伤亡 

热风险的早期识别 我们无法预测事故或其结果，但我们可以降低事故发生的可能性: 

• 必须全面了解整个过程的复杂性 

安全工艺的设计 平衡风险、危害和操作效率是一项技能: 

• 技能和知识的转移对安全操作至关重要 

安全工作条件的保证 重大事故可能引起政府层面的关注和采取行动: 

• 流程安全对业务可持续性至关重要 

案例 

格试剂的合成 

• 欧洲和北美自由贸易协定区的格氏试剂市场在 2022 年估计为 43.5 亿美元（复合年增长率为4.2%，2016-2026）* 

• 格氏试剂合成的危害包括： 

--高的放热反应 

--诱导期长** (随后热释放，热失控) 

--合成所需的溶剂是易燃易爆的 

• 商业规模的合成需要在保持可行的产量基础上界定和管理风险 

研究目的： 

• 研究使用 Simular 反应量热仪来确定可接受的风险和产量的进料速率。 

了解工艺过程—热动力学 

了解化学过程的热力学是每项风险评估的关键目标之一。潜在的危险与反应的能量和试剂的积累直接相关。 

通过反应量热法提供数据，了解工艺在等温或非等温条件下的热力学和动力学，以便安全地进行大规模生产。 

--构建基于浓度的反应动力学模型； 

--模拟均匀体系下的间歇，半间歇，连续反应； 

--获得控制变量的影响，计算热爆炸临界条件； 

--绝热条件下最高反应温度 MTSR 

--内置物质性数据库或者连接到 MIXTURE 数据库模块 

高效化学合成研究 

Simualr 专为化学开发而设计，将易用性和灵活性与精度、再现性和信息获取相结合： 

• 模块化的配置 

✓ 材质：不锈钢或哈式合金可选 

✓ 自动加液高压泵 

✓ 气体加样 MFC 控制 

✓ 集成的反馈天平 

• 多功能升级组件 

✓ 浊度 

✓ FTIR 

✓ Raman 

✓ BlazeMetrics 

监测化学反应 

Dual Simular： 

• 兼容常压与高压反应釜，满足不同反应体系的需求 

• 兼具等温量热法：热流法和功率补偿法 

• 兼具非等温量热法：回流量热法和斜率升温量热法 

• 材质：玻璃、不锈钢、哈式合金 

• 150W 校准加热器，用于功率补偿法量热

综合安全信息： 

将数据转换为信息，快速了解风险，第一时间获得安全的工艺流程。它是评估工业规模化学反应热风险的关键工具，适用于新手和高级用户。

获取、理解和报告信息 

Dual Simular 结合了精确和准确的反应控制，PAT 实时在线对反应过程监控，通过数据分析可得精准的测试结果。

在反应放大中识别和降低风险源是非常必要的，H.E.L 公司能够提供一套安全放大评估工具帮助您实现这一点。 

H.E.L致力于工艺筛选优化、反应量热和绝热加速量热

在反应过程安全和反应放大中的解决方案

过程安全与反应风险｜电池绝热量热仪

化学合成与高压催化｜生物反应器系统

　　H.E.L——Hazard Evaluation Laboratories成立于1987年，总部设在伦敦，在中国、美国、德国、意大利、印度拥有分公司。全资的赫伊尔商贸（北京）有限公司于2020年在北京设立。

　　关于绿绵科技

　　2001年成立的北京绿绵科技有限公司(简称：绿绵科技)以体现客户服务价值为宗旨，以专业精神和技能为广大实验室分析工作者提供样品前处理、样品制备及分析、实验数据精确分析和管理的全面解决方案，致力于协助客户提高分析检测的效率和水平。

　　主要代理产品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新机租赁业务/LUMTECH循环制备液相/静音型双频超声清洗/Knauer研发，中试和生产脂质纳米颗粒（LNP)碰撞喷射混合器系统/冰点渗透压仪、液相/超高压液相色谱仪、在线SPE液相色谱仪/法国F-DGSi氮气，超高纯氢气气体发生器，液氮发生器/Cytiva生命科学设备/LabOS实验室运营系统/MassWorks准确质量数测定及分子式识别系统/MsMetrix气质香精香料分析软件/Sin-QuEChERS农残净化柱/制药企业质量回顾性报告系统（QRS)/英国赫伊尔生物反应器，电池绝热量热、催化剂合成。