三、通过新工艺的安全性能来达到本质安全

工艺是指各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。工艺的缺陷通常也是导致事故的主要原因。

以下这个案例通过改换物料(溶剂、催化剂或反应物)，实现了工艺上的本质安全。这是一个参照文献的反应，有金属钠参与，用乙醚做溶剂。

在5L三口瓶中，氮气保护下制备200g钠沙。将其在甲苯中加热熔融、搅拌打细，然后冷却，倾倒出甲苯，将钠沙乙醚洗两次。依次加入3L乙醚和450gTMSCI，然后在氮气保护下滴加500g氯丙酸乙酯。温度一开始不变，滴加一段时间后，反应触发，剧烈放热，反应液沸腾，乙醚气体迅速挥发，气球爆炸，钠沙和乙醚由冷凝管喷出落到桌面，由于台面有水，整个台面立即燃烧起来，并不时有爆炸声。当事人与同事一道奋力灭火，这时消防喷淋启动。乙醚的燃烧非常剧烈，几乎动用了上下各楼层的所有灭火器材，花了40min才将大火扑灭。除了通风橱外，包括管道、楼顶的风机和电机在内的整个排风系统也被烧毁。

后来合成人员从事故原因中得到启发，改用沸点较高的异内醚(bp 69℃)，收率与乙醚相当，但热容大大提高，即使加料快了一些，也不至于沸腾冲料引起火灾事故。这种通过改变物料来体现新工艺的安全性能就是本质安全。

四、整体本质安全是建立在局部本质安全和阶段性本质安全基础上的

本质安全不是绝对安全，而月纯粹的绝对安全是不存在的。

平时人们说的绝对安全其实是指局部的绝对安全或相对的绝对安全。其中相对的绝对安全是指某两个或多个相对要素临时比对的结果，如相对时间内、相对地点间、相对操作、相对机或物、相对环境、相对工艺等。

本质安全也具有局部或阶段性的特点，但从本质层面上进行辨证分析，由于本质安全受到各种条件的限制，所以本质安全的结果并不一定或不完全与人的初衷相吻合。所以，本质安全不但不是绝对安全，也不完全等同于局部的绝对安全或相对的绝对安全。

发生事故是偶然的，不发生事故是必然的，这才是“本质安全”的真实意义。

在人类生产实践中，总希望能通过某项目各局部或各阶段性的本质安全的有机融合来达到该项目整体上的本质安全，以及通过逐个项目的本质安全来达到整体上的本质安全。下面用本质安全理念重新分析上述用乙醚做溶剂、金属钠参与的反应的每一个工艺步骤，将其每一步的缺陷都一一展开，并提出局部或阶段性的本质安全。

这次事故的起因是由于反应潜热蓄积而后发生冲料，而反应潜热的起因又是什么，可以一步步向前追溯进行探讨。

(1)往前追溯，是由于滴加氯丙酸乙酯过急，没等反应触发就已经加量很多而造成反应潜热的蓄积。

本质安全措施：①反应触发是需要条件的，如温度、浓度和搅拌速度等，在后两者固定的前提下，提高温度可以轻而易举地触发反应；②分阶段滴加氯丙酸乙酯，每次加总量的十分之一，并不断用色谱跟踪反应进程，检查所加的是否已经参与反应或反应完，确认后再进入下一个阶段的滴加。

(2)再往前追溯，是由于乙醚沸点太低，只有34℃，热容太小，一不小心就沸腾，反应液容易冲出。

本质安全措施：改用沸点较高的异丙醚，控制反应温度在40℃以下时反应液不可能冲出。

(3)再往前追溯，是由于冷凝管上厂采用了气球。气球使反应成了密闭体系，不能使生成的气体及时导出。

本质安全措施：换成干燥管，并用氮气流，使体系始终保持畅通状态，生成的气体能及时导出，不可能形成密闭体系，这样就不会造成反应体系被压抑而发生爆发式冲料。

(4)再往前追溯，是由于反应瓶太小。总共有接近5L的溶剂和反应底物装在一个5L的反应瓶中，不符合容积比的基本安全要求。一般反应需采用2∶1的容积比(瓶子的体积：内容物的体积)，何况这是一个危险性极大的反应，容积比理论值还要加大。

本质安全措施：①换大的反应瓶，按最终反应液体积计算，至少保留三分之二的空间，让出足够的安全缓冲空间；②减少反应规模，减少投料量，分批做。

(5)再往前追溯，是由于台面上有水，钠遇水燃烧。

本质安全措施：反应开始前将台面整理干净，不留任何水渍，包括深冷反应钢精锅外面的冰霜和水浴等一切可能出水的部位都要做好遮盖屏蔽或彻底移除，以断除金属钠与水的起火反应。

(6)再往前追溯，是由于整个合成工艺的特殊危险性。

本质安全措施：根据最终产物的结构，从根本上改换合成路线，避免使用乙醚做溶剂，避免使用金属钠。

然而，在上述6个环节步骤中，没有一个环节实现或达到了本质安全，事故发生是必然的。

通过上述分析可以得出结论，在这6个步骤中，只要每一步能做到本质安全，火灾事故发生的概率就会大大降低。就是说，如果每一步都能做到本质安全，该反应的整体本质安全就实现了。

实现项目的整体本质安全，是要确保各个环节(物料、仪器设施)、操作步骤等局部本质安全的连贯性和百分之百的实施。

作为化学合成研发人员，设计出操作简单、收率高，每一步又都能达到环保健康和本质安全的新合成工艺，是大家永远不断探索和追求的目标，只有这样，才能实现经济效益和整体本质安全的双丰收。

相关链接：狭义的本质安全（一）

文章来源：《有机合成安全学》

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