化学プロセスの安全性は、化学薬品や医薬品の大規模製造中に発生する事故を未然に防ぐことに重点を置いています。 これは、化学反応の最中や暴走反応により、危険を引き起こす可能性のある材料やエネルギーが意図せずに環境に放出されることを指しています。
化学業界でプロセスの安全性に関わる事故は、次のようなさまざまな理由で発生します。
誤作動や人為的エラーのほか、発生する可能性のあるすべての副反応やプロセス、そのパラメータに関する化学を理解していないことが、事故を引き起こす最も多い原因となっています。
危険要因やリスクの特定と理解に加え、徹底的なリスク分析を行うことで、分解を引き起こすリスクを評価し、制御不能な反応を防ぐことができます。
プラントにおける安全な化学プロセスの設計はスケールアップや製造に対する包括的な安全性評価の一部であるため、企業の行動様式やポリシーの一部だとみなす必要があります。 化学プロセスの安全性が分類されるガイドラインは「HSE」または「SHE」とも呼ばれ、多くの規制当局が発行する指令に含まれています。
化学プロセスの安全性についてはさまざまな手法、技術、モデルなどの枠組みを使い、望ましい反応と潜在的に望ましくない反応や危険性を理解することが必要になります。 これには、熱事象、ヒートトランスファー、攪拌、物質移動、ガスの発生だけでなく、出発物質の安定性、リアクターの内容物、結果として得られる生成物の調査も含まれています。
このように、さまざまな分野から多くを取り入れ、化学プロセスの安全性が確保されます。
簡単に答えると、パイロット規模や製造規模で事故の発生を防ぐために行われます。製品の開発は一般的に、過酷な状況の中で少量の材料を使い、難しいスケジュールに沿って行われます。 化学プロセスも時代とともに数が増え、工場は複雑化し、化学は謙虚さを忘れると同時に毒性が強くなり、作業の危険性も大きくなっています。 このような状況とすでに起こってしまった事故を背景に、規制当局も社会も敏感に受け止めるようになり、規制志向が強まりました。 さらに、企業は化学プロセス全体の安全性を強化し、本質的に安全な化学プロセスと化学薬品製造を確保するコンセプトを確立せざるを得なくなりました。 本質的に安全な設計によって、化学的な危険を制御するというより、防ぐことができるのです。
安全で規制を遵守した作業を確保するには、プロセスとプロセスのリスクを明確に理解する必要があります。
化学プロセスの安全性評価の徹底的な研究は、暴走反応を防ぐだけでなく、工場の破損や倒壊、人間の損傷、環境に対する汚染を防ぐのにも役に立ちます。
化学プロセスの安全性の検討は、あらゆる潜在的な危険、影響、結果の概要を得ることです。 これには、生成物とプロセスの安全性、個人と環境の安全性などの分野も含まれています。 製造プラントでの化学物質の安全な大規模製造を確保するには、上記の各分野に対し適切な注意、管理、調査を行う必要があります。
化学工場で発生する事故の影響は、バッチの損失や工場の軽微な損害などの深刻でないものから、従業員の損傷や死亡、工場の大規模な損害や倒壊、重篤な環境破壊、周辺地域の人的な被害などの大惨事まで、さまざまです。 桁違いに大きな事故であれば、企業の評判と経済的な損失も大きな影響を受けることになります。
このように、化学プロセスの安全性に対する投資は正当なものです。
化学プロセスの安全性評価には、化学反応、使用した溶媒や化学物質の特性、適切なプロセスパラメータを調べるために、さまざまな手法、技術、モデルの枠組みが使われます。
化学反応、化学反応の進行、副生成物と不純物の発生は、通常、温度、pH、圧力、添加速度、攪拌、混合、溶媒の種類、触媒などのパラメータによって制御されます。
プロセス開発の際には、化学反応速度論、最大熱放出、熱と未反応材料の蓄積、ヒートトランスファーと物質移動、粘度変化、ファウリング、沈殿、ガスの発生など、別のパラメータも考慮する必要があります。
その結果、望ましい合成反応と潜在的に望ましくない反応の分析は、化学プロセスの安全性と最も関連性が高く、徹底的な調査が必要となります。
化学反応の熱挙動の分析には、熱量測定が使われます。 望ましい合成反応の調査には反応熱量測定が使われますが、望ましくない反応の調査には通常、示差走査熱量測定（DSC）が使われます。 二次反応はリアクターの内容物かその中の成分の分解であることが多く、最悪の場合、暴走反応を引き起こすことがあります。
反応熱量計 からは、時間や添加量の関数におけるヒートフロープロファイル、最大熱放出、熱の蓄積、反応物の蓄積、反応エンタルピー、伝熱係数など、熱に関する情報が得られます。 反応熱量計による化学プロセスの調査では、攪拌と混合に関する反応の依存性も明らかにすることができます。 反応熱量計の情報とサーマルスクリーニング（DSCを使用するなど）で収集した情報を組み合わせることにより、暴走反応のグラフや反応のクリティカリティーなどの安全手順を導き出すことができます。
反応熱量計から得た総合的な情報は、重要なパラメータやスケールアップできないパラメータの特定と除外に役立つため、化学プロセスの安全性を高いレベルで達成することができます。
反応熱量測定では、反応の進行、反応速度、時間や添加量に応じた熱放出、最大熱放出、エネルギーと反応物の蓄積の影響、物質移動とヒートトランスファーに関する反応とプロセスパラメータの影響について、化学プロセスの研究が行われます。
プロセスと同じ条件下で化学反応を実行すると、放出したエネルギーや吸収したエネルギーの量は、時間の関数で測定され、他のプロセスデータと一緒に記録されます。
RC1mxは反応熱を測定する異なるメソッドにも対応します。 たとえば、時間の関数としての伝熱挙動を、伝熱係数またはRTCal（オンラインとリアルタイムでヒートフローを測定・表示）の校正によって決定する実証済みのヒートフロー技術などがあります。
使用するメソッドに関わらず、特殊なアルゴリズムにより、反応熱を正確かつ高精度に測定することができます。次を含むすべての実験条件下でリアクターの設定には依存しません。
化学プロセスの安全性を徹底的に研究するには、反応熱量計を使用し、次のような調査した反応の詳細を得ることができます。
単独の合成装置または統合型の合成ワークステーションとして、以下のツールが化学プロセスの安全性評価に重要な役割を果たします。
化学プロセスの安全性評価とそれに関連する用途は、多くの文献に引用されています。 以下は代表的な文献です。
