化學(xué)品在烘干過程中的安全性性能，是很多化工企業(yè)關(guān)心的話題用上了。一家國(guó)內(nèi)的化工企業(yè)在對(duì)某一化工原料的濕品按原有工藝條件進(jìn)行烘干后，發(fā)現(xiàn)成品出現(xiàn)了明顯的燒焦現(xiàn)象全面協議，懷疑化學(xué)品在該過程中發(fā)生了失控放熱反應(yīng)。該企業(yè)相關(guān)研究人員與耐馳公司實(shí)驗(yàn)室合作具體而言，在 DSC 測(cè)試所得分解反應(yīng)曲線的基礎(chǔ)上工具，首先使用 Netzsch Kinetics Neo 熱分析動(dòng)力學(xué)軟件，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行了建模喜愛。

隨后結(jié)合 Netzsch DSC重要的角色、LFA 所獲得的比熱、熱擴(kuò)散系數(shù)等熱物性參數(shù)，以及烘料設(shè)備中批次物料的相關(guān)堆放尺寸參數(shù)和工藝條件平臺建設，使用 Netzsch Thermal Simulation 熱模擬軟件服務機製，模擬了物料在幾個(gè)不同烘干溫度下的熱失控過程，驗(yàn)證了工藝上的燒焦現(xiàn)象確由失控放熱反應(yīng)所引起使用，為后續(xù)的烘干工藝條件優(yōu)化提供了一定的指導(dǎo)大幅拓展。

化學(xué)品的長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)穩(wěn)定性是另一廣受關(guān)注的話題。本文對(duì)該化工原料的干品在不同存儲(chǔ)溫度條件下的一年期存儲(chǔ)穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)更加堅強，以為工業(yè)上實(shí)際存儲(chǔ)條件的選擇提供有價(jià)值的參考信息與時俱進。

熱分析，DSC初步建立，動(dòng)力學(xué)綜合運用，熱模擬，化工干燥工藝的方法，熱安全實事求是，熱失控風(fēng)險(xiǎn)，存儲(chǔ)穩(wěn)定性

3-氨基-6-溴-1帶動產業發展，2開拓創新，4-三嗪 (ABTA) 是一種重要的醫(yī)藥中間體。在工藝合成階段必然趨勢，經(jīng)固-液相分離后的ABTA原始產(chǎn)物為“濕品"（含有重量比約6% - 10% 的水分）促進善治，需要經(jīng)烘干處理成為“干品"（水分含量 < 0.1%）之后，再進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存多樣性。

一家化工企業(yè)對(duì)一批合成的ABTA濕品發揮效力，在40 - 50℃溫度下進(jìn)行24小時(shí)烘干工藝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)烘干品出現(xiàn)了明顯的燒焦現(xiàn)象明顯，懷疑物料在此工藝過程中發(fā)生了失控放熱反應(yīng)安全鏈。

企業(yè)相關(guān)研究人員因此希望借助一定的熱分析手段，能夠驗(yàn)證該猜想創新為先，并對(duì)后續(xù)工藝條件的改良有一定的指導(dǎo)真正做到。該項(xiàng)目與耐馳儀器公司應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室合作完成，包含如下測(cè)試與分析階段（括號(hào)中為使用到的相關(guān)儀器或軟件）：

1. ABTA的熱物性參數(shù)測(cè)試創新延展，包括熱擴(kuò)散系數(shù)（LFA）與比熱（DSC）

2. 不同速率下動(dòng)態(tài)升溫的分解過程測(cè)試（DSC）

3. 為分解過程創(chuàng)建動(dòng)力學(xué)模型強化意識，并進(jìn)行等溫與絕熱條件下的初步預(yù)測(cè)（Netzsch Kinetics Neo 熱分析動(dòng)力學(xué)軟件）

4. 在動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合熱物性參數(shù)基本情況，以及烘料時(shí)的物料堆放尺寸現場、和相關(guān)邊界條件，對(duì)物料在幾個(gè)不同烘干溫度下的熱失控過程進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)力量，獲取體系中不同位置點(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化過程（Netzsch Thermal Simulation熱模擬軟件）

熱模擬結(jié)果驗(yàn)證了對(duì)烘料失控放熱反應(yīng)的猜想我有所應，最終為烘料工藝的改進(jìn)提供了有益的參考信息提單產。

與此同時(shí)，我們也對(duì)烘干后的ABTA干品進(jìn)行了類似研究至關重要，只是這次關(guān)注的不再是烘干安全性發展空間，而是干品的長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)安定性，即按一定包裝尺寸有所應、一定環(huán)境溫度下存儲(chǔ)一年過程中足了準備，有無發(fā)生分解的可能。該研究包含如下幾個(gè)階段：

1. 熱擴(kuò)散系數(shù)與比熱測(cè)試（LFA+DSC）

2. 不同速率下動(dòng)態(tài)升溫的分解過程測(cè)試（DSC）

3. 創(chuàng)建分解動(dòng)力學(xué)模型認為，并進(jìn)行絕熱條件下的初步反應(yīng)預(yù)測(cè)（Kinetics Neo）

4. 基于動(dòng)力學(xué)模型系統、熱物性參數(shù)、物料儲(chǔ)罐尺寸更合理、和相關(guān)邊界條件適應能力，對(duì)物料在幾個(gè)不同控制溫度下的長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)過程進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，觀察有無反應(yīng)和溫升的可能性（Thermal Simulation）

5. 模擬無溫控條件下各方面、環(huán)境氣溫的日波動(dòng)與季節(jié)波動(dòng)防控，對(duì)物料的一年存儲(chǔ)安定性進(jìn)行預(yù)測(cè)（Kinetics Neo）

分析結(jié)果驗(yàn)證了物料干品不管在可控室溫下、還是在自然環(huán)境溫度下適應性，為期一年的存儲(chǔ)均是安全的堅實基礎，分解度很低，體系內(nèi)部無溫升重要作用，因此無需特別的環(huán)境溫度控制等地。

DSC是一種廣為人知的熱分析方法，通常用于在等溫尤為突出、或一定速率的線性升溫條件下規定，觀察樣品的吸熱與放熱反應(yīng)。

使用DSC空間載體，通過對(duì)分解放熱峰的直接測(cè)量與分析高質量，也可以對(duì)樣品的熱安全性進(jìn)行一定程度的研究。其局限性在于重要組成部分，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)流程，在動(dòng)態(tài)升溫條件下觀察到的反應(yīng)起始點(diǎn)，往往出現(xiàn)在較高的溫度下勃勃生機，而在更低的溫度下由于反應(yīng)速率慢助力各業，放熱功率甚低，在DSC曲線上觀察不到明顯的變化廣度和深度，因此容易誤以為反應(yīng)溫度很高深入交流、在較低溫度下不存在反應(yīng)。此外若在目標(biāo)溫度下直接進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的等溫測(cè)試加強宣傳，由于DSC樣品量小、等溫控制嚴(yán)格，不存在熱累積現(xiàn)象技術發展，因此也可能觀察不到明顯的放熱反應(yīng)集聚效應，而誤以為反應(yīng)是安全的。因此重要手段，單獨(dú)使用DSC互動講，對(duì)這類工藝熱風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)是不夠的。

化學(xué)反應(yīng)的速率通常遵循阿倫尼烏斯規(guī)律損耗，隨溫度升高而呈指數(shù)式上升講故事，其核心參數(shù)是活化能，可以理解為反應(yīng)的能量位壘性能穩定，不同反應(yīng)的活化能各有不同全面革新，活化能越高，反應(yīng)速率對(duì)溫度越敏感情況正常。此外大多數(shù)情況下反應(yīng)速率會(huì)隨著反應(yīng)物的消耗而減速（級(jí)數(shù)反應(yīng)類）行業分類，也有部分反應(yīng)會(huì)隨著產(chǎn)物的不斷增多而加速（自催化類）。

熱分析動(dòng)力學(xué)提高鍛煉，即在DSC等熱分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上發展邏輯，使用動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合或求解，將反應(yīng)速率隨溫度有所提升、轉(zhuǎn)化率（對(duì)反應(yīng)物與產(chǎn)物相對(duì)量的抽象）的變化規(guī)律納入數(shù)學(xué)方程之中聽得進。在此基礎(chǔ)上可以作各種溫度條件下的反應(yīng)轉(zhuǎn)化預(yù)測(cè)，包括復(fù)雜溫度程序下的預(yù)測(cè)先進水平、不同等溫溫度的預(yù)測(cè)便利性、絕熱失控過程預(yù)測(cè)等等。這一方法彌補(bǔ)了單一的熱分析測(cè)試數(shù)據(jù)的局限性足夠的實力，其預(yù)測(cè)結(jié)果通尘o迫性？梢詫?duì)實(shí)際工藝安全做更好的指導(dǎo)。

但動(dòng)力學(xué)分析與預(yù)測(cè)也存在著一定的局限性更適合。即該方法假定反應(yīng)在整個(gè)樣品內(nèi)部是均勻的高效、同步發(fā)生的。這樣的假設(shè)要素配置改革，原則上只適用于小的樣品量體系、對(duì)實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)過程進(jìn)行指導(dǎo)。而在化工工藝的大型設(shè)備中帶動產業發展，反應(yīng)規(guī)模較大責任製，特別對(duì)于固相反應(yīng)、或不帶攪拌（以及安全評(píng)估中考慮攪拌失效）且黏度相對(duì)較高的液相體系反應(yīng)倍增效應，在反應(yīng)過程中若放出大量的熱量規則製定，由于傳熱與邊界散熱的滯后製造業，反應(yīng)體系內(nèi)部將產(chǎn)生一定的溫場(chǎng)分布與反應(yīng)進(jìn)程分布。對(duì)這一過程的預(yù)測(cè)關規定，無法使用單一的動(dòng)力學(xué)方法發展基礎，而必須結(jié)合傳熱學(xué)方法，例如經(jīng)典的Thomas模型迎難而上，將熱的生成（反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程）積極、蓄積（熱容相關(guān)）、傳導(dǎo)（熱擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)）堅持先行、以及體系邊界的對(duì)流與輻射散熱等納入熱衡支方程之中產業，進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，再在模型基礎(chǔ)上情況較常見，對(duì)工藝過程中一定物料尺度可持續、一定工藝溫度程序下的反應(yīng)進(jìn)行更貼近生產(chǎn)實(shí)際的預(yù)測(cè)。此即熱模擬機製。

本文中全過程，針對(duì)化工生產(chǎn)中的烘料問題、和存儲(chǔ)安定性問題探討，使用DSC+熱動(dòng)力學(xué)+熱模擬的綜合方法不負眾望，進(jìn)行建模與預(yù)測(cè)，并以預(yù)測(cè)結(jié)果來指導(dǎo)實(shí)際烘料工藝和物料存儲(chǔ)條件調解製度。

未完待續(xù)

作者

徐梁

耐馳儀器公司應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室