反应热或反应焓是保证安全和成功放大化学过程生产规模的重要参数。反应热是指化学物质在化学反应中发生转化时释放或吸收的能量。反应热表示的是反应物转化为产物时含能量的变化。反应可以是放热（释放热量）或吸热（吸收热量）反应，但化学和制药工业涉及的大多数反应都是放热反应。其中，反应热是化学开发、放大生产以及从实验室规模安全扩大到生产规模所使用的热力学性质之一。反应热或反应焓通常用摩尔焓（单位kJ/mol）或比焓（单位kJ/kg或kJ/L）表示。
什么是反应热？
为什么需要了解反应热？
在很长一段时间内，安全因素已经成为化学过程开发的一个不可或缺的要素，在设计中试或大规模过程时，通常会制定安全原则。行业协会与联邦当局（例如：CSB、OSHA（美国）、HSE（英国）、EU-OSHA、EPSC（欧盟）或IPE以及中国的国家安全生产监督管理局（SAWS）均要求化工与制药行业遵守制定确保安全生产的法规要求。提供的指令侧重于避免化工与制药行业发生意外事件与事故。
风险评估不仅需要描述物质特性的关键化学数据，而且需要关于过程本身的信息。在其他热学信息中，反应热是一个必要参数，可用于获取与安全过程相关的信息以及积累过程安全知识。积累过程安全知识还需要了解目标与非目标反应。非目标反应主要涉及识别有可能造成失控反应的不良反应或连续反应，而关于目标反应的研究可表明反应在正常操作条件下的表现。
起始物料的积聚、反应热、反应焓以及比热是创建目标反应冷却失效情境所需的关键参数。但是，更高级的研究（例如对最坏情况、危害度等级或危害度矩阵的评估）在相同程度上使用来自反应热的信息。
您如何计算反应热或反应焓？
化学反应的反应热
我的化学反应是放热反应吗？
反应热大小取决于反应物和生成的产物，也就是说反应热是所分解原子与新生成原子之间化学键强度的函数。
如果反应物的生成热之和大于产物的生成热，则这个反应就是放热反应，也就是释放热量。
换句话说，反应热因反应类型和所涉及的官能团而异。一般酯化反应的反应热约为50至70 kJ/mol，而硝基化合物加氢反应的反应热可达300至600 kJ/mol。
分解反应（例如爆炸物分解）释放的热量比化学和制药行业中所涉及的任何典型化学反应释放的热量要多得多。这种分解反应产生的反应热也称为爆热，释放的热量可达到4至7.5 MJ/kg。
可使用反应量热仪轻松测定任何标准化学反应的反应热，而分解反应产生的热量则可用数学模型，或差示扫描量热仪（DSC）、弹式热量计或爆轰热量计等设备来测定。
反应热与热释放速率
数据一致，有助于安全放大规模
反应热描述了反应物转化为产物时总能量的交换情况。而热释放速率表示的是能量随着时间变化的释放情况，用W或J/s表示。
热释放速率非常重要，因为反应总焓可能并不那么重要，但能量释放速率却能颠覆过程安全性和危险性。
在生产过程中，大多数间歇式与半间歇式反应釜可转移25至35 W/L的热量，具体取决于反应釜尺寸和冷却方法。因而，化学过程的热释放速率必须设定在一定产热速率范围内，无论反应总热量为多少，均能保证反应安全进行。
反应热在保证过程安全性方面发挥的作用
反应热大小直接关系到事故的严重程度，尤其适用于反应评估、扩大规模和与过程安全相关的计算。
在化学过程安全性研究期间，反应热用于计算我们所说的绝热温升，进而计算合成反应的最高温度（MTSR）。绝热温升(ΔTad)是原料累积量、反应焓、反应物料量和反应物料比热的函数。绝热温升描述了反应物料温度的理论上升情况，即假设由于工厂冷却失效，在绝热情况下进行部分或所有反应。在这种情况下，反应釜内物料温度升高情况与未反应物料的转化率成正比。因此过程温度将升高ΔTad，达到合成反应的最高温度（MTSR）。
反应热技术
从设计角度保证安全
30多年来，RC1一直是反应量热学领域的黄金标准；RC1是与一款值得信赖的仪器。RC1mx相较于之前的设备，便利性得以大大提升，有助于更加快速地开发更优质、可靠和经济高效的过程。
- 了解您的过程
快速精准地确定等温或非等温条件下的热力学数据。 - 热流量热法 – 简单可靠可靠实用，可以抵抗且耐受外部影响，热流热量法可准确且精确地测量各种过程条件下的放热情况。
- 测量实际反应热测量“实际”反应热是了解化学反应进展、动力学及其潜在危险的基础。
反应的热转换与化学转化
反应量热法研究有助于节约资本和开支
凭借从RC1中获得的信息（如反应热、热容、产热率），在很短的时间内大规模优化和实施了已经成熟但又极具挑战性的过程。经过优化后，由于无需实施中试，因此节省了大约70,000美元。此外，由于设备较便宜、批量规模扩大，每年可节约50,000美元的生产费用。
使用RC1反应量热仪研究了吲哚合成的两个步骤：苯腙的合成以及随后的费舍尔闭环。
此次研究是重点是热释放速率、反应热和热传递以及反应温度的影响，同时在后期研究了加样速率对上述参数的影响。根据这些实验数据，可以估算出在工厂反应釜中进行反应时所需的温度、加样方法、时间和冷却性能。可改造现有过程使其基本实现可控加样，而这一事实也能提高规模生产的安全性，进而显著降低对成本昂贵的安全措施的需求。
行业相关文献中有关反应热的文章
下文摘选了一些论述反应热或反应焓的文献。
- Agosti, A., Bertolini, G., Bruno, G., Lautz, C., Glarner, T., & Deichtmann, W. (2017). Handling Hydrogen Peroxide Oxidations on a Large Scale: Synthesis of 5-Bromo-2-nitropyridine.Organic Process Research & Development, 21(3), 451–459. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00433
- Changi, S. M., & Wong, S. W. (2016). Kinetics Model for Designing Grignard Reactions in Batch or Flow Operations.Organic Process Research & Development, 20(2), 525–539. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.5b00281
- Glotz, G., Knoechel, D. J., Podmore, P., Gruber-Woelfler, H., & Kappe, C. O. (2017). Reaction Calorimetry in Microreactor Environments—Measuring Heat of Reaction by Isothermal Heat Flux Calorimetry.Organic Process Research & Development, 21(5), 763–770. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.7b00092
- Lakshminarasimhan, T. (2014). Predicting 24 and 8 h Adiabatic Decomposition Temperature for Low Temperature Reactions by Kinetic Fitting of Nonisothermal Heat Data from Reaction Calorimeter (RC1e).Organic Process Research & Development, 18(2), 315–320. https://doi.org/10.1021/op400301f
- Mitchell, C. W., Strawser, J. D., Gottlieb, A., Millonig, M. H., Hicks, F. A., & Papageorgiou, C. D. (2014). Development of a Modeling-Based Strategy for the Safe and Effective Scale-up of Highly Energetic Hydrogenation Reactions.Organic Process Research & Development, 18(12), 1828–1835. https://doi.org/10.1021/op500207r
- Wang, J., Huang, Y., Wilhite, B. A., Papadaki, M., & Mannan, M. S. (2018). Toward the Identification of Intensified Reaction Conditions Using Response Surface Methodology: A Case Study on 3-Methylpyridine N-Oxide Synthesis.Industrial & Engineering Chemistry Research, 58(15), 6093–6104. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.8b03773
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