基于原位红外的反应热风险评估参数MTSR测算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于原位红外(In

【技术实现步骤摘要】
基于原位红外的反应热风险评估参数MTSR测算方法及系统


[0001]本专利技术属于热化学反应参数测算
，涉及一种基于原位红外(In
‑
Situ FTIR)的反应热风险评估参数MTSR测算方法及系统。

技术介绍

[0002]在经济迅猛发展的同时，化工生产的规模迅速扩大，化工安全问题也日益凸显。精细化工多半是间歇反应或半间歇反应，原料及产品品种复杂多样，在某些条件下此类反应往往具有不可控性，反应过程中伴随着大量放热。开展反应安全风险评估是企业获取安全生产信息、实施化工过程安全管理的基础工作，加强企业安全生产管理的必然要求。根据原国家安全监管总局发布《国家安全监管总局关于加强精细化工反应安全风险评估工作指导意见》(安监总管三〔2017〕1号)的要求，国家已对18种重点监管的化工工艺(包括格氏反应)采取了管控措施。反应过程的危险性判定主要根据失控情景分析法，从四个温度着手，对工艺危险度进行评估分级，其中失控体系能达到的最高温度(MTSR)由梅特勒托利多公司的RC1反应量热仪测试得到，但在实验中除了存在必要的实验误差外，化学反应的反应特性及测试方法的局限性也会对实验结果有很大的影响。
[0003]现有的仪器设备及分析方法具有一定的局限性，对于热化学反应过程放热测试也具有一定的结果误差，使MTSR有一定的偏差，对于最终的评级结果也有一定的影响。MTSR为Tcf曲线上的最大点，对Tcf曲线进行修正即可修正MTSR。目前量热仪内置T
cf
曲线的算法公式如下列式(1)，从式中可知Tr/>cf
的衡算公式中涉及的物料累积度是以物料的投料比与热量转化率为计算元素，只有在不存在副反应放热的情况下，热量转化率才可代替物料转化率来进行物料累积度的计算；
[0004][0005]式中，T
cf
————反应失控后，反应液可达到的最高温度
[0006]T
p
————反应温度
[0007]ΔH
r
————滴加过程中的总放热量
[0008]X
ac
————物料累积度
[0009]M(t)————溴乙烷的实时投料量
[0010]C
p
————滴加过程中反应液的实时比热容
[0011]m(t)————滴加过程中已滴加的溴乙烷的质量
[0012]m————滴加过程中溴乙烷的总投料质量
[0013]q(t)————反应过程中的实时放热功率
[0014]式(1)中的参数是以镁与溴乙烷为原料制备乙基溴化镁的反应为例进行说明，式(2)、(3)中沿用；可推广至其他反应。
[0015]对于上述问题，有研究通过对反应量热测试所得量热曲线的积分基线进行优化修正，以提高低放热负荷反应热数据的真实可靠性，本专利技术提供另外一种可行的解决思路。

技术实现思路

[0016]本专利技术目的是提供一种针对热化学反应获取反应热数据进行测试分析的方法，是一种基于原位红外的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，本专利技术规避了原有传统量热法中以热转化率代替物料转化率的不适用缺点，提高反应热数据的真实可靠性及反应热风险评估参数的准确性。
[0017]本专利技术采用的技术方案是：
[0018]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，包括如下步骤：
[0019]在热化学反应过程中，同步进行反应量热测试与In
‑
Situ FTIR测试；
[0020]将In
‑
Situ FTIR测试得到的反应物与生成物的活性官能团吸光度变化数据进行实时处理，获得反应关键特征参数：产物收率及物料累积度，将其作为反应热风险评估参数MTSR的校准基准，对反应量热测试得到的T
cf
曲线进行动态优化。
[0021]进一步，上述技术方案中，在进行所述反应量热测试时，将红外探头浸入反应量热体系的液面以下，同时进行所述In
‑
Situ FTIR测试。
[0022]进一步，上述技术方案中，在活性官能团吸光度变化数据获取前，还包括：测取热化学反应过程中的各反应物及产物的光谱图，对各反应物及产物的活性官能团特征峰进行标记。
[0023]进一步，上述技术方案中，通过活性官能团的变化趋势监控所述热化学反应的反应进度。
[0024]进一步，上述技术方案中，在获取热化学反应产物收率及物料累积度之前，还包括：对所述热化学反应过程中的反应物及产物红外定量模型的建立。
[0025]进一步，上述技术方案中，FTIR定量模型建立的步骤具体为：对所需测量的物质(热化学反应中的反应物、或产物)配置具有浓度梯度的标准溶液，采集离线标准谱图，即各浓度下标准溶液对应的红外图谱，建立定量模型，即形成活性官能团吸光度变化与浓度的关系，将反应过程中红外读取的反应物及产物的特征峰强度随时间的变化趋势图转化为反应物及产物的浓度变化趋势图。
[0026]进一步，上述技术方案中，反应关键特征参数产物收率及物料累积度由In
‑
Situ FTIR数据处理获得，作为反应热风险评估参数MTSR的校准基准。具体的，目标反应产率可由反应结束时In
‑
Situ FTIR测得的乙基溴化镁浓度与溶液体积推算得到，物料累积度可由In
‑
Situ FTIR实时测得的溴乙烷浓度与溶液体积推算得到；根据In
‑
Situ FTIR测出的目标反应产率数据，进行判断，当目标反应产率小于1，则对量热测试得到的T
cf
曲线进行初步修正，如下式(2)，否则直接进行下一步，根据In
‑
Situ FTIR测出的物料累积数据，进行判断，反应量热测试测得的热转化率是否等于物料转化率，若不相等，则对量热测试得到的T
cf
曲线进行二次修正，如下式(3)。
[0027][0028][0029]式中，T
cf1
————反应失控后，经过一次修正后的反应液可达到的最高温度
[0030]T
cf2
————反应失控后，经过二次修正后的反应液可达到的最高温度
[0031]Y————反应结束后的乙基溴化镁的产率
[0032]C(t)————溴乙烷的实时物质的量浓度
[0033]V(t)————反应液的实时体积
[0034]n————滴加过程中溴乙烷的总投料物质的量
[0035]经过反应目标反应产率Y的修正得到T
cf1
曲线，此时一次修正得到的MTSR1会比未经修正的MTSR高，Y值越小，修正效果越明显。但T
cf1
的衡算公式中涉及的物料累积度仍是以物料的投料比与热量转化率为计算元素，此算法的前提条件是目标反应无副反应发生，而真实的物料累积度可结合In
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，包括如下步骤：在热化学反应过程中，同步进行反应量热测试与In
‑
Situ FTIR测试；将In
‑
Situ FTIR测试得到的反应物与生成物的活性官能团吸光度变化数据进行实时处理，获得反应关键特征参数：产物收率及物料累积度，将其作为反应热风险评估参数MTSR的校准基准，对反应量热测试得到的实时温度曲线T
cf
曲线进行动态优化。2.根据权利要求1所述的基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，在进行所述反应量热测试时，将红外探头浸入反应量热体系的液面以下，同时进行所述In
‑
Situ FTIR测试。3.根据权利要求1所述的基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，在活性官能团吸光度变化数据获取前，还包括：测取热化学反应过程中的各反应物及产物的光谱图，对各反应物及产物的活性官能团特征峰进行标记。4.根据权利要求1所述的基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，所述方法还包括通过活性官能团的变化趋势监控所述热化学反应的反应进度。5.根据权利要求1所述的基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，在获取热化学反应产物收率及物料累积度之前，还包括：对所述热化学反应过程中的反应物及产物红外定量模型的建立。6.根据权利要求5所述的基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，FTIR定量模型建立的步骤具体为：对所需测量的物质即热化学反应中的反应物、或产物配置具有浓度梯度的标准溶液，采集离线标准谱图，即各浓度下标准溶液对应的红外图谱，建立定量模型，即形成活性官能团吸光度变化与浓度的关系，将反应过程中红外读取的反应物及产物的特征峰强度随时间的变化趋势图转化为反应物及产物的浓度变化趋势图。7.根据权利要求1所述的基于In
‑
Situ FTIR的反应热风险评估参数MTSR的测算方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振明，马琳娜，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：