CN1658966A - 监测与保护放热反应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在反应器中监测放热反应的方法，其中，至少两种原料进行放热反应生成至少一种产物，并且在正常操作条件下或者在反应失控出现时有至少一种气体存在于反应器中，该方法包括如下步骤：A)测量并记录反应器中的初始温度以及初始压力，B)根据能量平衡计算反应器中存在的反应物以及产物的量，C)计算该量原料的分步反应时的最大压力上升，D)根据步骤C)中计算出的最大压力上升以及在步骤A)中测量并记录的初始压力，计算失控压力。

Description

监测与保护放热反应的方法

本发明涉及一种监测和保护反应器中放热反应的方法，特别涉及一种保护工业规模上的放热反应的方法。放热反应出现在许多化学以及石油化学反应中。在许多情况下，出于安全原因，必须以适宜的方式限制此类型反应体系中能量的释放。如果由于能量的过度释放而偏离了预定操作时，此类型的反应系统中时常出现能量释放自强化现象，这种现象进而导致不能允许的压力上升。在这里使用术语反应“失控”。这种压力上升反过来又导致安全阀动作和产品的逸出，或者导致压力超出反应器装置允许的操作压力。

如果反应器是通过进料过程操控的间歇式反应器，放热反应的保护问题就上升到特殊的高度。这里，反应的间歇以及同时继续进行的原料进料会导致不希望的反应物积累。如果反应在这种“休眠的批料”中重新开始，一般不可能将自强化作用引起的能量释放置于控制之下。因此，最新工艺水平的用于放热反应的反应器具有复杂的保护装置，例如安全阀。这种保护装置的用途有限，因为它们的动作会导致相对大量的产物的逸出。出于环境因素的考虑，这种产物逸出通常是无法接受的。而基于技术以及经济上的原因，一般不可能以合适的方式处理或者收集逸出的产物，因为逸出量极为巨大。其它可能的安全措施有例如DE 297 23 396 U1的主题，其中通过加入紧急终止剂停止该放热反应，或者DE 199 59 834 C1的主题，其中提供了反应器的紧急冷却以及压力释放措施。

对于这种反应器的操作，正确估计反应器中放热反应的潜在危险具有相当可观的经济价值。应仅在紧急情况下才采取上述以及其他安全措施，以便尽可能地不损失任何原料或者产物。此外，应尽可能精确地评估尚存的安全余量以便可在最优条件下操作反应器。

用于在线控制和保护反应系统的方法是现有技术中已知的，O.Abel，在Forschritt-Berichte VDI，Series 8，No.867，Düsseldorf，VDI-Verlag，2001所发表的题为《(受安全性约束的半间歇式反应器操作的全景整合优化》(“Scenario-intergrated optimization of semi-batch reactor operationunder safety constraints”)的文章中描述了一种计算失控压力的方法。作为间歇式反应器的模型-预测调节手段的一部分，该失控压力是被作为优化问题的附加条件计算的，以确保即便在冷却失败的情形下，可调节变量(温度，进料速度)的最优化设置仍代表着安全操作。该方法限于半间歇式过程。尽管该方法基本上是一种在线优化方法，但改进的方法仍无法实时应用，这是因为其计算过程需要大量的时间。因此，它不适用于监测工业用反应器。此外，它不是一种监测反应器的方法，而是一种优化进料和操作温度的方法。安全内容只被当作该方法的附加条件。

G.Deerberg在Environment and Safety Series Volumn 1，Frauenhofer，IRB-Verlag，1997中所发表的题为“Zur sicherheitstechnischen Beurteilungvon Semi-Batch-Prozessen mit Gas-/Flüssigkeitssystemen”的文章中，描述了一种包括在失控情形中计算压力的方法。该文试图推导出失控压力的简化方程，该方程可不使用迭代法而给出失控压力。该方法避开了计算时间的问题，但是由于其太不准确，因而也就无法用于实际的应用。

WO 00/47632涉及在线监测和控制乳液聚合中单体转化的方法，在该方法中，从引发时间开始就连续平衡供给反应器的热量、通过单体进料提供的反应焓、反应器所散发的热量，并计算未散发的热量。在自发的绝热反应的情形下，未散发的热量将导致反应器内部温度以及内部压力的上升。被检查的是可能上升的绝热温度和压力是否总是在预定的上限内。如果超过了上限，就要减少或者中断反应器的单体进料。然而，WO 00/47632所述的方法在压力计算方面仍然非常简陋。由于还会给出导致处于预定运行状态下的反应器停止运转的失控压力，因而该专利所述的压力模型对于某些应用(例如乳液聚合)并不合适。

本发明的目标在于提供一种用于监测和保护反应器中放热反应的方法，该方法可使反应器经济、高度安全地运转。特别地，其可以可靠地估计反应系统的失控压力，使得可能导致允许的压力被超出的潜在状态在危险发生前被及时发现。

我们发现，根据本发明，通过监测反应器中放热反应的方法可实现该目标。在该方法中一种或者多种原料进行放热反应生成至少一种产物，并且在预定操作期间或者在失控期间有至少一种气体存在于反应器中，该方法包括如下步骤：

A)测量并储存反应器中的初始温度以及初始压力，

B)根据能量平衡计算反应器中存在的反应物以及产物的量，

C)计算因该量的原料的分步反应而出现的最大压力上升，并

D)根据步骤C)中计算的出现的最大压力上升，以及储存于步骤A)的测量的初始压力，计算失控压力。

因此，根据本发明，可以通过模拟反应器中存在的原料的分步反应确定反应器中最大压力上升，并且通过将该最大压力上升与测量的反应器中的初始压力相加计算失控压力。通过比较计算出的失控压力以及为反应器设计的极限，得到关于尚存安全余量的信息。这些安全余量可用于最优化操作，例如提高进料速度或提高反应温度。在整个反应中连续计算失控压力，以确保能够及时地—特别是在实际的逸出可被测量到之前—采取安全终止反应的措施。

本发明的方法可被用于放热反应中，在该反应中，在预定操作期间或者在失控期间至少有一种气体存在。预定操作包括：根据设备技术上的作用，为该设备预定的、设计的和该设备所适合的操作；以及在零件发生故障的情形下出现的操作状态；或者在不是出于安全因素的不正确操作情形下出现的操作状态。这些安全因素可防止操作继续进行或允许的极限值被超出(允许的误差范围)。该至少一种气体引起反应器中压力的积累。其以空气、保护气体或者任何需要的其它气体的形式存在于反应器中，被作为原料送入反应器中，或者形成于放热反应期间。放热反应期间该气体的形成或归因于气态产物的形成，或归因于反应器含有物的至少部分蒸发，或归因于这两种原因。

模拟存在于处于转化阶段的反应器中的一定量的原料的反应，能够精确确定在反应器绝热失控的情形下出现的最大压力上升。反应器的这种绝热失控甚至在绝热反应结束前也能达到。当所有存在的原料都已反应并因而达到最高温度时，绝热反应结束。

根据本发明，在给定条件下反应器的绝热失控期间出现的失控压力是根据计算出的反应器中的最大压力上升及测量的初始压力来确定的。由于已对用于计算初始压力以及最大压力上升的压力模型进行了保守的调整以便计算出在各种情形下都过度高的(即，安全的)失控压力，因此计算出的初始压力高于测量的初始压力。在本发明方法的步骤D)中使用测量的初始压力，意味着计算出的初始压力中的误差不会出现在失控压力值中。因此该模型更为精确，并能够实现反应器的经济操作。

在本发明优选实施方案中，存在的原料的量被分为k个分量Δn，以计算出现的最大压力上升，并且重复下述步骤k次：

a)计算放热反应中分量Δn的原料反应时，反应器中出现的温度变化ΔT、残留于反应器中的原料及产物的量，

b)计算由于温度变化ΔT引起的中间温度，

c)使用相平衡计算计算反应器中的中间压力，其中将中间温度、残留的原料及产物的量、以及反应器的体积作为给出的量代入相平衡计算中，

d)在从步骤a)到d)的第一轮中，将中间压力储存为初始压力p₁，

e)计算作为中间压力与初始压力之间的差别的绝热压力上升，

f)如果绝热压力上升超过了先前储存为最大压力上升的值，则将其储存为最大压力上升。

这里，失控压力是通过反应器中存在的原料分k步的模拟分步反应来计算的。通过能量平衡对以任何形式加入反应器中的热量和散发的热量进行平衡。由能量平衡(方法步骤B))已知的原料的量理论上在绝热反应中是以微小的量Δn渐渐地进行反应的。在每一步骤之后反应器中出现的温度上升ΔT是由产生的热量(反应焓)引起的，温度上升ΔT产生了新的中间温度。对于绝热、封闭的系统，适用例如如下方程：

$m\·c_p\·\mathrm{dT}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{H}_{i}d{n}_i$

其中

m表示反应器内含物的质量，

c_p表示反应器内含物的热容量，

dT表示温度变化，

H_i表示第i种原料的反应焓，及

dn_i表示第i种原料的量的变化。

假定原料是进行均匀反应的，离散为等距反应增量Δn_i，得到在第j步反应后的温度上升：

$\mathrm{\Δ}{T}_j=\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{H}_i\mathrm{\Δ}{n}_i}{m\·c_p}$

其中j＝1至k(k步)

并因而，中间温度为：

                     T_j＝T_j-1+ΔT_j

其中

T_j-1当j＝1时表示测量的初始温度，当j＝2至k时，表示第(j-1)个中间温度，且

ΔT_j表示在j个反应步骤后第j个中间温度。

在每一个分量Δn的(虚拟的)反应后，重新计算残留于反应器中的产物的量以及原料的量。例如，在k步骤的每一步骤之后，各单个物质(原料)的量是按照如下方法重新计算的：

                   n_i，j＝n_i，j-1-Δn_i

其中

j＝1至k；

n_i，j表示第j步后第i种物质的量，以及

n_i，0表示物质的初始量(由能量平衡得出)。

使用类似关系计算产物的量。

随后根据中间温度、残留物质的量、以及反应器的体积，使用相平衡计算法计算系统中的中间压力p_j。

用于相平衡的方程系统是与对体积的限制一同解算的。相平衡关系的公式亦被称为VT(体积-温度)瞬间(VT flash)。这是仅可用迭代法解算的非线性方程系统。可以写为以下正式的形式：

                      p_j＝f(n_i，j，T_j，V)

用于该相平衡的热动力学模型使得该方法独立于特殊的组成，并提供了一个普遍有效的公式。该模型对于液相中分离(出现两个不混溶的液相)的系统和液相中不分离的系统都是有效的。为使所需的计算时间较短，可采用特殊的措施简化计算(成分的组合，水溶性成分蒸气压的估算)。

在该方法的第一轮(第一反应步骤)中，中间压力被储存为初始压力p₁。在该方法随后的轮次中，由于当前中间压力与初始压力有差别，就出现了绝热压力的上升。在计算每一压力压力上升后，检查它是否为最大值。如果当前的压力上升超过了前面反应步骤中的压力上升，则将其储存为最大压力上升：

                     Δp_max＝max(p_j)-p₁

因此，在压力上升计算结束时储存为最大压力上升的值对应的就是在k个反应步骤内出现的最大压力上升。

在本发明的优选实施方案中，在用于计算存在于反应器中的产物以及原料的量的能量平衡中考虑了加入反应器的热量、通过供应的原料供给反应器的反应焓、以及经反应器冷却从反应器散发的热量。加入反应器的热量、通过供应的原料供给反应器的反应焓、以及从反应器散发的热量是通过测量反应器进料和出料的温度和流速以及冷却剂循环中的温度和流速来确定的。如WO 00/47632提出的，可通过热平衡计算出的未散发的热给出未反应的原料的量。例如用于半间歇式反应器的能量平衡的计算具有例如如下形式：

$U=\frac{Q}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{m}_i{H}_i}$

其中

U表示即时转化率，

Q表示直至当前时间所散发的能量的量，

m_i表示计量加入的第i种原料的量，

H_i表示第i种原料的反应焓。

使用这种方式的转化率，并假定反应是均匀的，那么仍存在于该系统中的原料的量m_i，rem可以由下式给出：

                    m_i，rem＝(1-U)m_i

以及物质量为

$n_{i,0}=\frac{m_{i,\mathrm{rem}}}{M_i}$

压力的计算是从原料的残余量以及产物的量开始的，同样地是由计算的转化率确定的。

在本发明的优选实施方案中，当计算最大压力上升时考虑了反应器中产物与原料之间的相互作用。例如，在某些反应系统中，由于物质间的相互作用，在反应器中变得确定的物质的蒸汽压降低了。可以通过例如引入活性系数γ将这种蒸汽压降低考虑进来。该活性系数是由描述物质相互作用的模型得到的。反应器中的蒸汽压p_D可作为相平衡计算的一部分进行计算，例如使用如下公式：

$p_D=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\γ}}_i{\mathrm{\χ}}_i{p}_{0i}$

其中

γ_i表示第i种组分的活性系数，

x_i表示第i种组分的摩尔分数，且

p_0，i表示第i种组分的蒸汽压。

本发明还涉及一种用于在线监测和在线保护反应器中放热反应的方法。在该方法中，使用本发明监测放热反应的方法(如上所述)计算出的失控压力建立简化的模型。该简化模型被用于在线监测以及保护反应器。其原因在于上述“精确”的模型过于复杂以至于不能用于在线环境。因而使用简化的模型，这可明显缩短计算时间并显著降低储存需求。然而，对于某些应用，该精确模型也同样适用于实时环境应用。对照该精确模型对简化模型进行逐项离线测试，以确保简化模型是该精确模型保守的估算。该简化模型同样给出了各个第j个反应步骤的中间压力的值

                   p_j＝f(n_i，j，T_j，V)

并因此可给出相关的绝热压力上升。然而，它无须使用迭代法，并且给出了“精确”模型中中间压力的保守估算(p_j(简化)≥p_j(精确))。简化模型就是对照该“精确”模型逐项验证的。因此，本发明方法的一个基本优点就在于其适于实时应用并因此可成功地工业化应用于在线操作。在整个放热反应过程中，以很短的时间间隔反复计算最大压力上升及相关的失控压力。该简化模型可以包括数学方程、储存的数据表或者两者的组合。

在本发明优选实施方案中，使用简化模型计算失控压力是否超过因反应器而异的极限值的安全计算机被用于监控反应器中的放热反应。该安全计算机在必要时启动安全措施。

如果计算出的失控压力大于因反应器而异的极限值，反应器安全措施就因而被启动。本文中因反应器而异的极限值是指固定的上限，其特别取决于反应器的耐压力。反应器安全措施优选包括以下措施的一种或多种：降低起始材料的进料速度、强化反应器冷却、启动终止系统和为反应器减压。

本发明方法可用于在连续、半连续或者间歇式反应系统中进行的放热反应。它们适用于所有类型的反应器。

本发明还涉及本发明方法用于监测和保护乳液聚合的用途。在乳液聚合中，将原料(主要是单体、乳化剂、水、引发剂和稳定剂)以预定的计量量引入反应器中，在反应器中，乳化的单体通过放热反应转化为聚合物。本发明方法还宜用于例如在乳液聚合中出现的具有高蒸汽压的系统。

本发明还涉及本发明方法用于监测和保护卸料反应器的用途，在卸料反应器中，放热反应的产物被临时贮存起来。因而，通过单独的根据本发明方法的压力计算对卸料反应器进行在线监测和保护。

以下参照附图更具体地解释本发明，其中：

图1显示了在线监测和保护放热反应的概图，

图2显示了通过本发明监测放热反应的方法计算压力的流程图，及

图3显示了根据压力上升和初始压力计算失控压力的示图。

图1显示了在线监测和保护放热反应的概图。

反应器20通常具有马达21驱动的搅拌器22、多个反应器进口23和反应器出口24。出口24中的一个通向例如热交换器25并返回进料23中的一个。该热交换器又具有热交换器进口26和热交换器出口27。加入反应器中以及从反应器散发的能量29是在反应器和热交换器进口23、26及出口24、27中的多个测量点28测量的。建立起了能量平衡，并根据该能量平衡30测量转化率。根据转化率计算30可以得知在反应器20中当前原料及产物的量。下一步是通过本发明的方法计算反应器20的失控压力31。基于失控压力与反应器20中最大允许压力的对比32(包括所有的相关组分)，决定是否采取措施33以保护该反应器。

图2显示了通过本发明监测放热反应的方法计算压力的流程图。首先输入输入量1(根据能量平衡得出的原料和产物的量、测量的初始温度T₀、测量的初始压力p₀)，随后初始化压力计算(步骤2)。在初始化时，所有在本发明方法中被计算的量都被设为“0”，例如最大压力上升(Δp_max＝0)。作为输入量的原料的量被分为k个分量Δn，并且为了随后在k个转化步骤中进行压力计算，步骤计数j被设定为1。

接下来进行中间温度T_j的计算步骤3。为此，首先测定反应器中分量Δn的原料的放热反应引起的温度变化ΔT。通过总的温度变化以及最后计算的中间温度给出中间温度T_j，或者在该方法的第一轮中(j＝1)，通过测量的初始温度T₀给出中间温度T_j。此外，计算转化分量Δn后反应器中残余的原料和产物的量。

下一步是中间压力p_j的计算步骤4。p_j是作为在反应器中转化了分量Δn的结果而固定下来的。中间压力p_j既可以通过使用精确离线模型进行相平衡计算的非线性方程系统给出，也可以使用已对照精确模型逐项验证的简化在线模型由下述关系给出：

                       p_j＝f(n_i，j，T_j，V)

然后通过查询步骤5判断这是否是中间压力计算的第一轮，即，步骤j的计数的值是否为“1”。如果情况属实(对查询5的响应6为“是”)，该计算的中间压力p_j就被储存为初始压力p₁(步骤7)。

在初始压力p₁被储存之后，或者直接在对查询5的响应8为“否”之后，通过绝热压力上升Δp_j的计算9继续进行本发明的方法。Δp_j是由初始压力p₁与中间压力p_j的差别给出的。随后通过查询10判断绝热压力上升Δp_j是否大于最大压力上升Δp_max。如果情况属实(对查询10的响应11为“是”)，该绝热压力上升Δp_j就在步骤12中被储存为最大压力上升Δp_max。在合适时，可以另外储存该相关的中间温度T，以使最大压力上升Δpmax对应的主导温度T_Δpmax可在本方法结束时被调出。如果对查询10的响应13为否定的，或者所述值被储存(步骤12)之后进行查询14，判断是否达到了反应步骤序号k，即步骤计数j的值对应的是否为k。如果响应15为“否”，计数j增加“1”(步骤16)，并从中间温度的计算3开始重复本方法，直至计数j达到值k。这时，对查询14的响应17就为“是”，并且中间温度T_j＝k被储存为最终温度T_end。最后，在步骤19中，由计算出的最大压力上升Δp_max与测量的初始压力p₀的和确定失控压力p_d。如果失控压力p_d超过因反应器而异的极限值，反应器安全措施就被启动以防止反应器失控。

在在线模型中，以很短的时间间隔重复流程图图2所示的方法，直至反应结束，即反应器是被连续监测的。

图3显示的是根据压力上升和计算的初始压力计算失控压力的示图。

在该图中，y轴上所绘为反应器压力p_R，x轴上所绘为原料的量n_i。原料的量n_i开始时的值为n_i，0，并且沿着x轴在步骤Δn_i中向0递减，即该图显示了原料在步骤Δn_i中的反应。两个取决于原料的量n_i的反应器压力进程被显示出来，其一为在失控34情形下的(通常为未知的)实际压力进程，另一个是由计算出的压力上升和计算出的初始压力确定的失控压力35。这里，测量的(真实)压力36是比通过本发明方法计算出的初始压力37低Δp₀的值。本发明方法所基于的模型还给出了计算出的绝热压力上升Δp_ad，mod，其值大于实际压力上升Δp_ad，real(原因是本发明方法设计保守)。因此，根据计算出的初始压力37和计算出的压力上升Δp_ad，mod的和确定的最大失控压力38远大于真正的最大失控压力39。真正的最大失控压力39是由测量的真正的初始压力36和真正的压力上升Δp_ad，real相加给出的。用于保护反应器的措施在实施时就会具有相当大的安全余量，在以上述方式计算出的结果为失控时，该安全余量仍然存在，因为该计算出的最大失控压力38将超过最大允许的反应器压力。这样是很合适的。为了对最大失控压力进行更准确的估算，可以根据测量的初始压力36和依据本发明方法计算出的最大压力上升Δp_{ad，mod(max)}的和确定最大失控压力。这样，在实施保护反应器的措施之前，就得出了根据本发明确定的最大失控压力40。本发明保守地估算了真正的最大失控压力39，但却可以使反应器中的安全余量得以充分地利用。

相平衡计算的实例

可以通过不同的方法用公式表示相平衡计算。现给出常规的表述。这里解算了如下方程：

·作为所有相中各个组分的平衡，

·各组分的相平衡条件，

·蒸气压、密度...的材料数据关系，以及

·体积限制

例如，解算以下方程：

$1.n_i={n_i}^L+{n_i}^V$ i＝1，...k         (质量平衡)

$2.x_i=\frac{{n_i}^L}{\mathrm{\Σ}{n_i}^L}$ i＝1，...k         (摩尔分数)

$3.y_i=\frac{{n_i}^V}{\mathrm{\Σ}{n_i}^V}$ i＝1，...k         (″    ″)

4.y_i·p·φ_i＝x_i·γ_i·p_0，i   i＝1，...k         (相平衡)

$5.V=\frac{\mathrm{\Σ}{n_i}^V\·M_i}{{\mathrm{\ρ}}^V}+\frac{\mathrm{\Σ}{n_i}^L\·M_i}{{\mathrm{\ρ}}^L}$ (体积限制)

6.p_0，i＝p_0，i(T)                 i＝1，...k         (质量关系)

7.φ_i＝φ_i(T，p，y_i)           i＝1，...k         (″    ″)

8.γ_i＝γ_i(T，x_i)              i＝1，...k         (″    ″)

9.ρ^V＝ρ^V(y_i，p，T)                                (″    ″)

10.ρ^L＝ρ^L(x_i，T)                                  (″    ″)

其中

n_i表示组分i(气相和液相)的量

n_i ^L表示组分i(液相)的量

n_i ^V表示组分i(气相)的量

y_i表示组分i的摩尔分数(气相)

x_i表示组分i的摩尔分数(液相)

p表示压力

φ_i表示组分i的逸度系数

γ_i表示组分i的活性系数

p_0，i表示纯组分i的蒸气压

M_i表示组分i的摩尔重量

ρ^V表示气相密度

ρ^L表示液相密度

V表示反应器体积

T表示温度

通过上述10个方程形成的方程系统共包含9k+5个变量。量n_i，M_i，V以及T的值，即2k+2个量的值在计算时是预先指定的。由于上述10个一般方程形成了含有7k+3个单个方程的方程系统，因而所有9k+5个变量都可以确定。

对于质量关系(方程6至10)，现有技术给出了不同的公式(例如可由NRTL，Flory-Huggins或UNIQUAC模型得出γ，由Peng-Robinson或Soave-Redlich-Kwong状态方程得到φ)。

可通过迭代法解算包含上述方程的方程系统，以用于计算绝热压力上升所需的中间压力的计算。

数字标记的目录

1.输入量的输入

2.初始化

3.中间温度T_j的计算

4.中间压力p_j的计算

5.查询该步骤是否为第一轮(j＝1？)

6.对查询5的响应为“是”

7.将中间压力p_j储存为初始压力p₁

8.对查询5的响应为“否”

9.计算绝热压力上升Δp_j

10.查询绝热压力上升是否大于最大压力上升(Δp_j＞Δp_max？)

11.对查询10的响应为“是”

12.将绝热压力上升Δp_j储存为最大压力上升Δp_max

13.对查询10的响应为“否”

14.查询转化步骤的序号是否已达到(j＝k？)

15.对查询14的响应为“否”

16.步骤计数增加1(j＝j+1)

17.对查询14的响应为“是”

18.将中间压力储存为最终压力

19.计算失控压力p_d

20.反应器

21.马达

22.搅拌器

23.反应器进料

24.反应器出口

25.热交换器

26.热交换器进料

27.热交换器出口

28.测量点

29.输入和释放的能量的测量

30.能量平衡的设定及根据能量平衡进行的转化率的计算

31.失控压力的计算

32.失控压力/最大允许压力的比较

33.反应器的保护措施

34.失控期间的实际压力进程

35.根据计算出的压力上升和计算出的初始压力计算的失控压力

36.测量的初始压力

37.计算的初始压力

38.计算的最大失控压力

39.真正的最大失控压力

40.根据本发明确定的最大失控压力

Claims (10)

1.一种监测反应器中放热反应的方法，其中一种或者多种原料进行放热反应生成至少一种产物，并且在预定操作期间或者在失控期间有至少一种气体存在于反应器中，该方法包括如下步骤：

A)测量并储存反应器中的初始温度以及初始压力，

B)根据能量平衡计算反应器中存在的反应物以及产物的量，

C)计算因该所存在的量的原料的分步反应而出现的最大压力上升，并

D)根据步骤C)中计算出的出现的最大压力上升，以及在步骤A)中储存的测量的初始压力，计算失控压力。

2.如权利要求1所述的方法，其中，为了计算出现的最大压力上升(步骤C)，将存在的原料的量分为k个分量Δn，并进行以下步骤k次：

a)计算当放热反应中分量Δn的原料反应时，反应器中出现的温度变化ΔT、残留于反应器中的原料及产物的量，

b)计算由于温度变化ΔT引起的中间温度，

c)使用相平衡计算法计算反应器中的中间压力，其中将中间温度、残留的原料及产物的量、以及反应器的体积作为给出的量代入相平衡计算中，

d)在步骤a)到d)的第一轮中，将中间压力储存为初始压力p₁，

e)计算作为中间压力与初始压力之间的差别的绝热压力上升，

f)如果绝热压力上升超过了先前储存为最大压力上升的值，则将其储存为最大压力上升。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中在能量平衡(步骤B)中考虑了加入反应器的热量、通过供给原料加入反应器的反应焓、以及经反应器冷却从反应器中散发的热量。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其中当计算最大压力上升(步骤C)时考虑了反应器中反应物和原料之间的相互作用。

5.一种在线监测和在线保护反应器中放热反应的方法，其中基于通过权利要求1到4中任一项所述的方法计算的失控压力建立简化的模型，并且在线使用该简化模型监测和保护该反应器。

6.如权利要求5所述的方法，其中使用安全计算机监视和控制反应器中的放热反应、基于所述简化模型计算失控压力是否超过因反应器而异的极限值，并在适当的时候启动反应器安全措施。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述反应器安全措施包括一个或者多个下述措施：

降低原料的进料速度、强化反应器冷却、触发终止系统以及降低反应器的压力。

8.如权利要求1到7任一项所述的方法，其中放热反应是连续、半连续或者间歇式进行的。

9.权利要求1到8任一项所述的方法用于监测和保护乳液聚合反应的用途。

10.权利要求1到8任一项所述方法的用途，用于监测和保护其中将放热反应产物临时贮存的卸料反应器。

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