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H.E.L 過程安全和危害評估 

從研發到規模化生產 

過程安全在化學和制藥工業中的重要性怎么強調都不為過。即使是相對較小的事故，由于生產損失和產量的降低、損壞設備的維修和更換、人員傷害、以及事故報告的監管備案，導致的經濟損失也會增加。對于嚴重的事故，這些經濟損失高達數百萬美元，而在最悲慘的事故中，人員的傷亡增加了公司士氣和聲譽的額外損失，這遠遠超出了財務損失。 

H.E.L 致力于通過早期識別和充分分析化學過程中的熱危害風險來減少事故。從制藥行業到精細化工生產領域，一個產品的投產需要經歷實驗室小試到工藝放大的生產過程。所涉及到風險的核心是:隨著反應規模的變化導致的熱散失行為的變化: 

? 很多反應是放熱反應，在進行反應放大時需要進行冷卻來確保操作安全 

? 在一定的操作條件下，反應中的反應組分變得不穩定，導致額外的熱危害  

早期熱風險的識別 

早期識別熱風險是確保永遠不會發生可能導致事故的反應的關鍵。一些高放熱的合成反應，如硝化、聚合或涉及有機金屬試劑的反應，是熱危害分析的重點目標。其他反應可能有與過程相關的風險，特別是在早期研發階段，處理不熟悉的化學物質或工藝時，盡早檢測潛在的熱風險至關重要。 

H.E.L 自動化合成系統，如 Simular 可提供詳細和準確的信息，幫助在化學品開發的早期階段識別潛在的危害。可通過反應途徑和不穩定中間體的表征，識別這些中間體在不希望的熱積累的情況下可能會出現嚴重的分解風險，盡早了解這些流程限制有助于更好地做出決策。

安全工藝的設計 

詳細的工藝安全調查是必要的，用以評估關鍵放熱過程的熱風險。因此，需要解決以下關鍵問題: 

?實驗室或工廠反應釜是否能夠在正常操作條件下控制過程? 

?與異常操作條件相關的后果是什么? 

?是否有不穩定的中間體可能積聚? 

?如何優化流程的內在風險和經濟效益之間的平衡? 

1987 年成立以來，H.E.L 一直從事反應風險相關的研究，應用的量熱方法包括： 

? 等溫量熱：熱流法 

                 功率補償法 

? 非等溫量熱法：回流量熱法 

                       斜率升溫量熱

可在模擬工廠的工藝條件下精確測量熱分布和所需反應的焓。反應過程的監測，可通過 Process Analytics Technology（PAT）進行實時監控，如濁度Turbidity、紅外 FTIR、拉曼 Raman、激光粒度儀等。 

通過實時識別反應過程為工藝安全提供進一步的保障，包括測量反應的開始和完成，不良或危險副產物的形成，以及可能增加熱失控風險的試劑和中間體的積累。 

全面和準確的熱危害評估提供了對所需反應所涉及的能量的理解，并能夠有效地重新設計工藝條件，以消除經歷不受控制的失控反應的固有風險。

安全工作條件的保證

理解整個過程的復雜性需要使用正確的工具組合。為了評估與之相關的熱風險，對數據做出正確的解釋至關重要。

H.E.L 全自動化學反應量熱系統采用 WinISO 及 IQ 軟件： 

? 可在準確的測量間歇或半間歇反應過程中的反應熱 W，放熱速率 Qr 和反應焓△Hr； 

? 反應動力學類型（動力學控制型或者熱力學控制型）給出絕熱溫升△Tad 、MTSR、熱累積，比熱 Cp 和熱傳遞系數 UA 等重要參數等； 

? 及工藝優化數據包含批處理時間，產率，批處理及循環時間等； 

? 充分了解整個反應的放熱過程，為工程設計、化工工藝安全評估以及化工工藝的安全放大提供必要的熱力學參數，保證放熱和移熱間的平衡，避免反應物或能量累積，確保安全有效地設計和放大工藝過程。

通過使用旨在確保安全操作的全自動反應釜，在整個實驗階段充分考慮實驗及人員的安全，從實驗室到制造的安全工作條件得到了加強。此外，過程分析工具(PAT)的使用提供了現場和實時的關鍵信息，消除了在危險反應期間與采樣相關的風險。通過這些措施從而確保安全的工作條件。 

過程安全可以節約成本和避免人員傷亡 

熱風險的早期識別 我們無法預測事故或其結果，但我們可以降低事故發生的可能性: 

? 必須全面了解整個過程的復雜性 

安全工藝的設計 平衡風險、危害和操作效率是一項技能: 

? 技能和知識的轉移對安全操作至關重要 

安全工作條件的保證 重大事故可能引起政府層面的關注和采取行動: 

? 流程安全對業務可持續性至關重要 

案例 

格試劑的合成 

? 歐洲和北美自由貿易協定區的格氏試劑市場在 2022 年估計為 43.5 億美元（復合年增長率為4.2%，2016-2026）* 

? 格氏試劑合成的危害包括： 

--高的放熱反應 

--誘導期長** (隨后熱釋放，熱失控) 

--合成所需的溶劑是易燃易爆的 

? 商業規模的合成需要在保持可行的產量基礎上界定和管理風險 

研究目的： 

? 研究使用 Simular 反應量熱儀來確定可接受的風險和產量的進料速率。 

了解工藝過程—熱動力學 

了解化學過程的熱力學是每項風險評估的關鍵目標之一。潛在的危險與反應的能量和試劑的積累直接相關。 

通過反應量熱法提供數據，了解工藝在等溫或非等溫條件下的熱力學和動力學，以便安全地進行大規模生產。 

--構建基于濃度的反應動力學模型； 

--模擬均勻體系下的間歇，半間歇，連續反應； 

--獲得控制變量的影響，計算熱爆炸臨界條件； 

--絕熱條件下最高反應溫度 MTSR 

--內置物質性數據庫或者連接到 MIXTURE 數據庫模塊 

高效化學合成研究 

Simualr 專為化學開發而設計，將易用性和靈活性與精度、再現性和信息獲取相結合： 

? 模塊化的配置 

? 材質：不銹鋼或哈式合金可選 

? 自動加液高壓泵 

? 氣體加樣 MFC 控制 

? 集成的反饋天平 

? 多功能升級組件 

? 濁度 

? FTIR 

? Raman 

? BlazeMetrics 

監測化學反應 

Dual Simular： 

? 兼容常壓與高壓反應釜，滿足不同反應體系的需求 

? 兼具等溫量熱法：熱流法和功率補償法 

? 兼具非等溫量熱法：回流量熱法和斜率升溫量熱法 

? 材質：玻璃、不銹鋼、哈式合金 

? 150W 校準加熱器，用于功率補償法量熱

綜合安全信息： 

將數據轉換為信息，快速了解風險，第一時間獲得安全的工藝流程。它是評估工業規模化學反應熱風險的關鍵工具，適用于新手和高級用戶。

獲取、理解和報告信息 

Dual Simular 結合了精確和準確的反應控制，PAT 實時在線對反應過程監控，通過數據分析可得精準的測試結果。

在反應放大中識別和降低風險源是非常必要的，H.E.L 公司能夠提供一套安全放大評估工具幫助您實現這一點。 

H.E.L致力于工藝篩選優化、反應量熱和絕熱加速量熱

在反應過程安全和反應放大中的解決方案

過程安全與反應風險｜電池絕熱量熱儀

化學合成與高壓催化｜生物反應器系統

　　H.E.L——Hazard Evaluation Laboratories成立于1987年，總部設在倫敦，在中國、美國、德國、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿（北京）有限公司于2020年在北京設立。

　　關于綠綿科技

　　2001年成立的北京綠綿科技有限公司(簡稱：綠綿科技)以體現客戶服務價值為宗旨，以專業精神和技能為廣大實驗室分析工作者提供樣品前處理、樣品制備及分析、實驗數據精確分析和管理的全面解決方案，致力于協助客戶提高分析檢測的效率和水平。

　　主要代理產品：GC/MS/MS,LC/MS/MS新機租賃業務/LUMTECH循環制備液相/靜音型雙頻超聲清洗/Knauer研發，中試和生產脂質納米顆粒（LNP)碰撞噴射混合器系統/冰點滲透壓儀、液相/超高壓液相色譜儀、在線SPE液相色譜儀/法國F-DGSi氮氣，超高純氫氣氣體發生器，液氮發生器/Cytiva生命科學設備/LabOS實驗室運營系統/MassWorks準確質量數測定及分子式識別系統/MsMetrix氣質香精香料分析軟件/Sin-QuEChERS農殘凈化柱/制藥企業質量回顧性報告系統（QRS)/英國赫伊爾生物反應器，電池絕熱量熱、催化劑合成。