Ⅰ　熱的プロセス安全の概要

1　ファインケミカルプロセスのリスク分析入門
　はじめに
1.1　化学産業と安全
　1.1.1　化学産業と社会
　1.1.2　責　任
　1.1.3　定義と概念
1.2　リスク分析
　1.2.1　分析の範囲
　1.2.2　安全性データの収集
　1.2.3　安全条件と閾値
　1.2.4　逸脱の調査
　1.2.5　リスク評価
　1.2.6　リスクマトリクス
　1.2.7　リスク低減策
　1.2.8　残留リスク
1.3　安全性データ
　1.3.1　物理的性質
　1.3.2　化学的性質
　1.3.3　生物毒性
　1.3.4　環境毒性
　1.3.5　火災および爆発のデータ
　1.3.6　混合危険性
1.4　系統的ハザード特定
　1.4.1　チェックリスト方式
　1.4.2　故障モード影響解析
　1.4.3　HAZOP
　1.4.4　決定表
　1.4.5　イベントツリー分析
　1.4.7　フォールトツリー分析
　1.4.8　ブレインストーミング
1.5　リスク分析の実施
　1.5.1　リスク分析の準備
　1.5.2　リスク分析チーム
　1.5.3　分析チームリーダー
　1.5.4　リスク分析のまとめ
練習問題
参考文献

2　熱的プロセス安全の基礎概念
　はじめに
2.1　エネルギーポテンシャル
　2.1.1　熱エネルギー
　2.1.2　圧力の効果
2.2　反応速度に対する温度の影響
　2.2.1　単一反応
　2.2.2　複合反応
2.3　熱収支
　2.3.1　熱収支の項
　2.3.2　熱収支の簡易式
　2.3.3　断熱条件下での反応速度
2.4　反応暴走
　2.4.1　熱爆発
　2.4.2　Semenov 図
　2.4.3　パラメータ感度
　2.4.4　臨界温度
　2.4.5　冷却水温度変化に対する感度
　2.4.6　熱爆発の時間枠，TMRad 概念
練習問題
参考文献

3　熱的リスクの評価
　はじめに
3.1　プロセスの熱的安全性
　3.1.1　熱的リスク
　3.1.2　熱的リスクが懸念されるプロセス
3.2　熱的リスク評価基準
　3.2.1　冷却機能喪失シナリオ
　3.2.2　重大性
　3.2.3　発生確率
　3.2.4　反応暴走のリスク評価
3.3　化学プロセスの危険度
　3.3.1　危険度評価
　3.3.2　危険度クラス
　3.3.3　危険性評価の特殊な事例
　3.3.4　危険度クラス 5 に関する注意
　3.3.5　MTT の安全対策としての使用
3.4　評価手順
　3.4.1　熱安全性評価の一般則
　3.4.2　熱的リスク評価の実践的手順
練習問題
参考文献

4　実験技術
　はじめに
4.1　熱量測定の原理
　4.1.1　熱量計の分類
　4.1.2　熱量計の温度制御モード
　4.1.3　熱量計内の熱収支
4.2　安全研究機関で用いられる装置
　4.2.1　安全性評価に用いられる装置の特徴
　4.2.2　安全性試験に用いられる装置の例
4.3　マイクロ熱量計
　4.3.1　示差走査熱量測定（DSC）
　4.3.2　カルベ式熱量計
　4.3.3　微小熱量計
4.4　反応熱量計
　4.4.1　反応熱量計の目的
　4.4.2　反応熱量計の原理
　4.4.3　反応熱量計の例
　4.4.4　用　途
4.5　断熱熱量計
　4.5.1　断熱熱量測定の原理
　4.5.2　熱慣性について
　4.5.3　デュワー熱量計
　4.5.4　断熱型暴走反応熱量計（ARC）
　4.5.5　Vent Sizing Package（VSP）
練習問題
参考文献

5 エネルギーポテンシャルの評価
　はじめに
5.1　熱的エネルギー
　5.1.1　合成反応の熱的エネルギー
　5.1.2　潜在反応のエネルギーポテンシャル
　5.1.3　断熱温度上昇
5.2　圧力の効果
　5.2.1　ガス放出
　5.2.2　蒸気圧
　5.2.3　蒸発する溶媒の量
5.3　エネルギーポテンシャルの実験的決定法
　5.3.1　実験技術
　5.3.2　分析サンプルの選定
　5.3.3　プロセス逸脱の評価
練習問題
参考文献

Ⅱ　発熱反応の解析

6 　概論：反応装置の安全性
　はじめに
6.1　反応装置の動的安定性
　6.1.1　パラメータ感度
　6.1.2　温度に対する感度：反応数
　6.1.3　熱収支
6.2　冷却機能喪失後の反応装置の安全性
　6.2.1　反応の潜在力，断熱温度上昇
　6.2.2　冷却機能喪失時の温度：MTSR の概念
6.3　モデル反応による検討例
参考文献

7 バッチ反応装置
　はじめに
7.1　化学反応工学からみたバッチ反応装置
　7.1.1　バッチ反応の原理
　7.1.2　物質収支
　7.1.3　熱収支
　7.1.4　温度制御の手法
7.2　等温反応
　7.2.1　原　理
　7.2.2　安全な等温反応装置の設計
　7.2.3　安全性評価
7.3　断熱反応
　7.3.1　原　理
　7.3.2　安全な断熱バッチ反応装置の設計
　7.3.3　安全性評価
7.4　ポリトロープ反応
　7.4.1　原　理
　7.4.2　ポリトロープ型反応装置の設計
　7.4.3　安全性評価
7.5　等温壁反応
　7.5.1　原　理
　7.5.2　等温壁反応装置の設計
　7.5.3　安全性評価
7.6　温度制御反応
　7.6.1　原　理
　7.6.2　温度制御反応の設計
　7.6.3　安全性評価
7.7　バッチ反応装置の安全な設計のための鍵となる要素
　7.7.1　安全性関連データの決定
　7.7.2　バッチ反応装置の安全な操作のためのルール
練習問題
参考文献

8 　セミバッチ反応装置
　はじめに
8.1　セミバッチ反応装置の原理
　8.1.1　セミバッチ操作の定義
　8.1.2　物質収支
　8.1.3　セミバッチ反応装置の熱収支
8.2　セミバッチ反応装置における反応物の蓄積
　8.2.1　速い反応
　8.2.2　遅い反応
　8.2.3　安全なセミバッチ反応装置の設計
8.3　等温反応
　8.3.1　等温セミバッチ操作の原理
　8.3.2　等温セミバッチ反応装置の設計
　8.3.3　複雑な反応を伴う蓄積
8.4　等温壁，一定温度の冷媒
8.5　非等温反応
8.6　投入制御手法
　8.6.1　分割投入
　8.6.2　定速投入
　8.6.3　温度による投入のインターロック
　8.6.4　蓄積を減らすべき理由
8.7　温度と投入速度の選択
　8.7.1　原　理
　8.7.2　ラボスケールから工業スケールへのスケールアップ
　8.7.3　望ましくない蓄積のオンライン検出
8.8　高度な投入制御
　8.8.1　蓄積による投入制御
　8.8.2　熱安定性による投入制御
練習問題
参考文献

9 　連続反応装置
　はじめに
9.1　連続槽型反応装置（CSTR）
　9.1.1　物質収支
　9.1.2　熱収支
　9.1.3　冷却型 CSTR
　9.1.4　断熱型 CSTR
　9.1.5　自己熱交換型 CSTR
　9.1.6　安全性検討
9.2　チューブ型反応装置
　9.2.1　物質収支
　9.2.2　熱収支
　9.2.3　安全性検討
　9.2.4　理想的な反応装置の安全性と能力
9.3　その他の連続反応装置
　9.3.1　多段 CSTR
　9.3.2　循環型反応装置
　9.3.3　マイクロリアクター
　9.3.4　プロセス強化
練習問題
参考文献

Ⅲ　潜在反応の防止

10 　熱安定性
　はじめに
10.1　熱安定性と潜在的分解反応
10.2　トリガーとなる条件
　10.2.1　発熱開始温度－科学的根拠のない概念
　10.2.2　分解反応の速度論－TMRad の概念
　10.2.3　安全温度
　10.2.4　評価手順
10.3　熱安定性の予測
　10.3.1　単一昇温 DSC 測定による TD24 の予測
　10.3.2　保守的な外挿
　10.3.3　“安全温度”を決定するための経験則
　10.3.4　熱安定性の推定
10.4　TD24 の定量的決定
　10.4.1　発熱速度の定量的決定方法の原理
　10.4.2　等温測定による q′＝f(T) の決定
　10.4.3　昇温測定による q′＝f(T) の決定
　10.4.4　TD24 の決定
10.5　熱安定性評価の実践
　10.5.1　複雑な反応
　10.5.2　実験と評価の質に関する注意事項
練習問題
参考文献

11 　自触媒反応
　はじめに
11.1　自触媒分解
　11.1.1　定　義
　11.1.2　挙　動
　11.1.3　反応速度式
　11.1.4　現象論
11.2　自触媒反応の特定
　11.2.1　化学的な特性評価
　11.2.2　昇温 DSC による定性的特性評価
　11.2.3　DSC ピーク形状の定量的特性評価
　11.2.4　ダブルスキャンテストによる特性評価
　11.2.5　等温 DSC による特性評価
11.3　自触媒反応の TMRad の決定
　11.3.1　一点推定
　11.3.2　0 次反応速度論による特性評価
　11.3.3　速度論的アプローチを使用した特性評価
　11.3.4　等転化率法による特性評価
　11.3.5　断熱熱量測定による特性評価
11.4　自触媒反応に関する実際の安全性
　11.4.1　自触媒反応特有の安全性
　11.4.2　自触媒分解の評価に関する工業的実践
　11.4.3　触媒としての揮発性生成物
練習問題
参考文献

12 　熱の蓄積
　はじめに
12.1　蓄熱の状況
12.2　熱収支
　12.2.1　時間スケールを用いた熱収支
　12.2.2　強制対流，Semenov モデル
　12.2.3　自然対流
　12.2.4　高粘性液体，ペースト，固体
12.3　反応性物質との熱収支
　12.3.1　発熱する反応性固体中の熱伝導：Frank-Kamenetskii モデル
　12.3.2　壁面に温度勾配をもつ反応性固体中の熱伝導：Thomas モデル
　12.3.3　反応速度論を考慮した反応性固体中の熱伝導：有限要素モデル
12.4　蓄熱状態の評価
　12.4.1　熱爆発モデル
　12.4.2　アセスメント手順
練習問題
参考文献

13 　単位操作
　はじめに
13.1　単位操作における熱危険性
　13.1.1　単位操作とは
　13.1.2　物理的単位操作における危険性
　13.1.3　望ましくない発熱反応の評価手順
　13.1.4　物理的単位操作の特徴
　13.1.5　リスク評価の標準化
13.2　各種評価試験の手順
　13.2.1　衝撃感度：落つい感度試験
　13.2.2　摩擦感度試験
　13.2.3　昇温示差走査熱量測定（DSC）
　13.2.4　分解ガス試験
　13.2.5　昇温 RADEX 試験
　13.2.6　ミニオートクレーブ試験
　13.2.7　自己反応性試験
　13.2.8　Grewer オーブン試験
　13.2.9　等温 RADEX 試験
　13.2.10　400 mL ワイヤーバスケット試験
　13.2.11　デュワー瓶貯蔵試験
13.3　固体を扱うプロセスに関連する危険性
　13.3.1　空気輸送および機械輸送
　13.3.2　混　合
　13.3.3　保　管
　13.3.4　乾　燥
　13.3.5　粉　砕
　13.3.6　高温固体の排出
13.4　液体を扱う操作に関連する危険性
　13.4.1　輸　送
　13.4.2　熱交換を伴う操作
　13.4.3　蒸発と蒸留
　13.4.4　熱交換器と蒸発器の故障モード
　13.4.5　リスク低減策
13.5　危険物の輸送とSADT
練習問題
参考文献

Ⅳ　熱的プロセス安全の技術的側面

14 　工業反応装置の加熱と冷却
　はじめに
14.1　工業用反応装置の温度制御
　14.1.1　熱媒・冷媒の種類
　14.1.2　加熱・冷却技術
　14.1.3　温度制御戦略
　14.1.4　熱交換システムの動的挙動
14.2　装置壁面を介した熱交換
　14.2.1　二重境膜説
　14.2.2　攪拌槽型反応装置での内面境膜伝熱係数
　14.2.3　内面境膜伝熱係数の定義
　14.2.4　伝熱に伴う機器の伝熱抵抗
　14.2.5　伝熱係数の算出例
14.3　蒸発冷却
　14.3.1　溶媒の蒸発量
　14.3.2　溶媒の蒸発速度
　14.3.3　蒸気配管内での溢流（フラッディング）
　14.3.4　反応物の膨潤（スウェリング）
　14.3.5　沸点における反応装置の安全性評価の実践的手法
14.4　温度制御システムの動的特性とプロセス設計
　14.4.1　背　景
　14.4.2　工業用反応装置の動的挙動のモデリング
　14.4.3　工業用反応装置の実験的シミュレーション
練習問題
参考文献

15 　リスク低減策
　はじめに
15.1　選択する戦略
15.2　反応暴走自体の未然防止策
15.3　技術的な防護策
　15.3.1　原料供給の制御
　15.3.2　緊急冷却システム
　15.3.3　添加剤，冷却剤の投入
　15.3.4　反応装置からの排出
　15.3.5　内圧制御
　15.3.6　警報システム
　15.3.7　時間因子
15.4　緊急対策
　15.4.1　緊急脱圧力システム
　15.4.2　封じ込め
15.5　技術的対策の設計
　15.5.1　反応暴走の被害
　15.5.2　制御可能性
　15.5.3　各危険度クラスの重大性と発生確率の評価
練習問題
参考文献

16 　緊急脱圧
　はじめに
16.1　緊急脱圧システムに関する一般的見解
　16.1.1　保安戦略における緊急脱圧システムの位置づけ
　16.1.2　法律上の側面
　16.1.3　防護設備
　16.1.4　サイジング方法
16.2　サイジング手順の予備段階：シナリオの同定
　16.2.1　ステップ 1：設計シナリオの定義
　16.2.2　ステップ 2：放出シナリオの定量化
　16.2.3　ステップ 3：流動挙動の決定
16.3　サイジング手順：流体力学
　16.3.1　ステップ 4：放出される質量流量
　16.3.2　ステップ 5：理想ノズルを通過する放出可能質量流束
　16.3.3　ステップ 6（破裂板）：摩擦損失の補正
　16.3.4　ステップ 7（破裂板）：必要放出面積の計算
　16.3.5　ステップ 8（安全弁）：必要放出面積の計算
　16.3.6　ステップ 9（安全弁）：機能の安定性の確認
16.4　 多目的反応装置器における緊急脱圧システムのサイジング
　16.4.1　サイジング手順の原則
　16.4.2　サイジングシナリオの選択
　16.4.3　設計データの感度分析
　16.4.4　放出容量のチェック
16.5　放出物の処理
　16.5.1　最初の設計ステップ
　16.5.2　全体封じ込め
　16.5.3　パッシブコンデンサー
　16.5.4　キャッチタンク，重力セパレータ
　16.5.5　サイクロン
　16.5.6　クエンチタンク
練習問題
参考文献

17 　リスク低減策の信頼性
　はじめに
17.1　信頼性工学の基礎
　17.1.1　定　義
　17.1.2　故障の頻度
　17.1.3　時間軸での故障
17.2　プロセス制御システムの信頼性
　17.2.1　安全度水準
　17.2.2　制御ループ
　17.2.3　SISの信頼性向上
17.3　信頼性評価の実践
　17.3.1　シナリオ構成
　17.3.2　リスクマトリクス
　17.3.3　リスク低減
　17.3.4　その他の信頼性解析方法
練習問題
参考文献

18 　安全なプロセスを開発するために
　はじめに
18.1　本質的により安全なプロセスとは
　18.1.1　本質安全の原則
　18.1.2　プロセスのライフサイクルと安全性
　18.1.3　安全なプロセス開発
18.2　方法論的アプローチ
　18.2.1　ファインケミカル産業の特殊性
　18.2.2　統合的プロセス化学
18.3　統合的プロセス開発の実践
　18.3.1　目的とデータ
　18.3.2　化学者とエンジニア
　18.3.3　コミュニケーションと問題解決
18.4　最後に
参考文献

付録　記　号
索　引