土曜日、2月26 2011 17:38

主なユニットの操作とプロセス: 概要

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この記事では、化学産業全体に広く適用できる主要な項目と概念を含む、化学プロセス産業における基本的なプロセス機器、ストレージ、プラントのレイアウト、および運用上の考慮事項に関する情報を紹介します。 ただし、化学処理に必要な機器の多くは高度に専門化されており、広く一般化することはできません。 毒性と有害物質、およびプロセスの安全性に関するより詳細な情報は、本書の別の場所でレビューされています。 百科事典。

化学処理産業のレイアウトには XNUMX つの基本的なカテゴリがあります。すべてのプロセス ユニット、ユーティリティ、保管エリア、積み降ろしエリア、建物、店舗、倉庫をカバーするプラント レイアウトと、装置の配置のみをカバーするユニットまたはプロセス レイアウトです。特定のプロセス。プロセス ブロックとも呼ばれます。

工場レイアウト

立地

プラント全体の配置は、表 1 (CCPS 1993) に示すように、多くの一般的な要因に基づいています。 これらの要因は、場所、政府、経済政策によって大きく異なります。 これらのさまざまな要因の中で、安全への配慮は非常に重要な関心事であり、場所によっては、プラントの立地を左右する主要な要因になる可能性があります。


表 1. サイト選択の一般的な要素

  • 敷地周辺の人口密度
  • 自然災害発生(地震、水害等)
  • 卓越風と気象データ
  • 電力、蒸気、水の利用可能性
  • 安全性に関する考慮事項
  • 大気、水、廃棄物の規制とその複雑さ
  • 原材料と市場へのアクセス
  • 輸送手段
  • 立地許可とその取得の複雑さ
  • 産業開発における相互作用の要件
  • 労働力とコスト
  • 投資インセンティブ

 

立地におけるプラントの安全性の重要な側面の 2 つは、危険なプロセスを伴うプラントと、近くのプラント、住居、学校、病院、高速道路、水路、飛行機の通路との間に緩衝地帯を定義することです。 全体的な安全上の考慮事項を表 XNUMX に示します。距離がさまざまな事故による潜在的な被ばくを低減または軽減する傾向があるため、緩衝地帯は重要です。 大気との相互作用と偶発的な放出による有毒物質の分散によって、有毒濃度を許容レベルまで下げるのに必要な距離を定義することができます。 さらに、緩衝地帯によって作成された有毒物質の放出と公衆への暴露との間のタイムラグは、事前に計画された緊急対応プログラムを通じて住民に警告するために使用できます。 プラントには有毒物質を含むさまざまなタイプの施設があるため、潜在的に危険なシステムで分散分析を実施して、プラントの周囲を囲む各エリアで緩衝地帯が適切であることを確認する必要があります。

 


表 2. プラントの設置に関する安全上の考慮事項

  • 緩衝地帯
  • 近くの他の危険な設備の場所
  • 有毒および有害物質の在庫
  • 消防用水の十分性
  • 非常用設備へのアクセス
  • 隣接する産業やコミュニティからの緊急対応サポートの利用可能性
  • 異常気象と卓越風
  • 高速道路、水路、鉄道、飛行機の通路の位置
  • 緊急時の環境および廃棄物処理の制限
  • 排水と勾配
  • 保守点検

 

プロセス工場や施設では、火災が潜在的な危険です。 大規模な火災は、距離によって軽減できる熱放射の源になる可能性があります。 上昇したフレアは、緊急時または起動/停止操作中の熱放射の原因にもなります。 フレアは、排気ガスを自動的に燃焼させたり、高所や特別な場所で緊急蒸気放出を行う装置です。 これらは発電所の周囲から離れた場所に設置し(コミュニティ保護のため)、フレア基地のエリアは労働者の立ち入りを禁止する必要があります。 適切に操作しないと、液体がフレアに持ち込まれ、液滴が燃焼する可能性があります。 火災に加えて、機器内での爆発や、爆風を発生させる蒸気雲が発生する可能性があります。 緩衝地帯では、距離によって爆風の強度が多少低下しますが、爆風は近くのコミュニティに影響を及ぼします。

提案されたサイトの近くにある既存の施設からの偶発的な放出または火災の可能性も考慮されるべきです。 潜在的なインシデントをモデル化し、評価して、提案されたプラント レイアウトへの影響を判断する必要があります。 外部事象への緊急対応を評価し、対応を他の工場や影響を受けるコミュニティと調整する必要があります。

その他の考慮事項

ダウ・ケミカル社は、最大確率物的損害 (MPPD) と事業中断リスク (B1) の許容レベルに基づいて、プラントのレイアウトに対する別のアプローチを開発しました (ダウ・ケミカル社 1994a)。 これらの考慮事項は、新規プラントと既存プラントの両方にとって重要です。 Dow Fire and Explosion Index は、新しい工場のレイアウトや既存の工場への機器の追加に役立ちます。 インデックスから計算されたリスクが許容できないことが判明した場合は、分離距離を長くする必要があります。 あるいは、レイアウトの変更によって潜在的なリスクが軽減される場合もあります。

全体のレイアウト

工場全体のレイアウトにおいて、卓越風は重要な考慮事項です。 点火源は、潜在的な漏れ源の風上に配置する必要があります。 燃焼ヒーター、ボイラー、焼却炉、フレアがこのカテゴリに含まれます (CCPS 1993)。 プロセス ユニットとユーティリティの風下に貯蔵タンクを配置することも推奨されています (CCPS 1993)。 環境規制により、タンクからの漏出が大幅に減少しました (Lipton and Lynch 1994)。

最小分離距離は、プロセス ユニット、機器、およびさまざまなプラント機能に関するさまざまな刊行物で概説されています (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991)。 通常、プラント全体のレイアウトで推奨される距離が設定されている一般的な施設を表 3 に示します。実際の推奨距離は慎重に定義する必要があります。 焼成ヒーターとプロセス炉は表 3 には示されていませんが、これらは重要な項目であり、ユニット プロセス レイアウトに推奨距離を含める必要があります。


表 3. プラント全体のレイアウトで一般的に分離されている設備

  • プロセスユニット
  • タンクファーム
  • 荷役設備
  • フレア
  • 電力、ボイラー、焼却炉
  • 冷却塔
  • 変電所、大型配電盤
  • 中央管制室
  • 倉庫
  • 分析研究所
  • 受入ユーティリティ メータリングおよびブロック システム
  • 消火ホース、固定式モニター、貯水池、非常用消火ポンプ
  • 廃棄物処理エリア
  • メンテナンスの建物とエリア
  • 管理棟

 

さらに、道路は、緊急車両やメンテナンス用の車両または機器へのアクセスに必要であり、プロセス ユニット間およびプラントのさまざまなセクション全体にわたって慎重に配置する必要があります。 交差点やすべての施設への入り口では、横方向のクリアランスとともに、オーバーヘッド パイプ ラックやその他のオーバーヘッド機器のための許容可能なクリアランスを確立する必要があります。

レイアウト要件は、推奨される最小分離距離 (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) に基づくか、ハザード分析によって決定されます (Dow Chemical Company 1994a)。

プロセスユニットのレイアウト

表 3 は、全体的なプラント分離レイアウトの要約を示しています。 プロセス単位は、一般的なレイアウトに示されている特定のブロック内に含まれています。 化学プロセスは、通常、プロセスおよび実装図 (P&ID) で詳細に示されます。 プロセスのレイアウトには、特定の機器の分離距離以外の考慮事項が必要です。その一部を表 4 に示します。


表 4. プロセス単位のレイアウトにおける一般的な考慮事項

  • 将来の拡張とユニットのアクセシビリティのためのエリア定義
  • 頻繁なメンテナンスのための修理機器のアクセシビリティ
  • 個々の機器の修理に必要なスペース (例: 熱交換器バンドルを引っ張るのに必要な面積、または制御弁へのアクセス可能性)
  • 爆発の可能性のある高圧装置または原子炉のバリア
  • 固体で満たされた反応器または塔への積み込み/積み下ろしのための機械的およびスペース要件
  • 粉塵爆発を排出するためのスペース
  • 頻繁に開閉または保守される機器を高温の配管、容器などから分離します。
  • 特殊な建物または構造物および必要なクリアランス (例: 内部ブリッジ クレーンまたは外部クレーンを備えたコンプレッサー ハウス)

 

特定のプロセス ユニット内の機器の組み合わせは、プロセスによって大きく異なります。 ユニット内の流れと物質の毒性と危険特性も大きく異なります。 これらの違いにもかかわらず、多くの機器アイテムに対して最小距離基準が開発されています (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985)。 分離距離に影響を与える可能性のあるプロセス機器からの潜在的な漏出と毒性曝露を計算するための手順が利用可能です (Dow Chemical Company 1994b)。 さらに、漏れの推定値が計算されている場合は、分散分析を適用できます。

機器と離隔距離

装置を分離するのに必要なスペースを計算するためにマトリックス手法を使用することができます (CCPS 1993; IRI 1991)。 特定の処理条件と機器の危険性評価に基づく計算では、標準のマトリックス ガイドとは異なる分離距離が得られる場合があります。

マトリックスの広範なリストは、個々のカテゴリを絞り込み、機器を追加することで作成できます。 たとえば、コンプレッサーは、不活性ガス、空気、有害ガスを扱うものなど、いくつかのタイプに分けることができます。 エンジン駆動のコンプレッサーの分離距離は、モーターまたは蒸気駆動の機械とは異なる場合があります。 液化ガスを収容する貯蔵施設の分離距離は、ガスが不活性であるかどうかに基づいて分析する必要があります。

プロセスバッテリーの制限は慎重に定義する必要があります。 それらは、プロセス単位の境界線またはプロット制限です (名前は、プロセスで一連のオーブンを初期に使用したことに由来します)。 他のユニット、道路、ユーティリティ、パイプウェイ、排水溝などは、バッテリーの制限に基づいてプロットされます。 ユニット機器の位置はバッテリーの限界まで拡張されませんが、バッテリーの限界からの機器の分離距離を定義する必要があります。

コントロールルームまたはコントロールハウス

これまで、各プロセス ユニットは、プロセスの運用管理を行う制御室を備えて設計されていました。 電子計装とコンピューター制御処理の出現により、個々の制御室は、多くの操作で多数のプロセス ユニットを制御する中央制御室に置き換えられました。 集中制御室は、プロセスの最適化と人員の効率の向上により、経済的に有利です。 個々のプロセス ユニットはまだ存在し、一部の特殊なユニットでは、中央制御室に取って代わられている古い制御室が、ローカル プロセス監視と緊急制御にまだ使用されている場合があります。 制御室の機能と場所は一般にプロセスの経済性によって決定されますが、制御室または制御室の設計は、緊急制御を維持し、作業者を保護するために非常に重要です。 中央およびローカル コントロール ハウスの両方に関する考慮事項には、次のようなものがあります。

  • 有毒で危険な蒸気の侵入を防ぐためのコントロール ハウスの加圧
  • 爆風や爆発に強いコントロールハウスの設計
  • リスクが最小限の場所を確立する (分離距離とガス放出の可能性に基づく)
  • すべての入口空気を浄化し、有毒または危険な蒸気の摂取を最小限に抑える入口スタックの場所を設置する
  • コントロールハウスからのすべての下水道出口を密閉する
  • 消火システムの設置。

 

在庫削減

プロセスおよびプラントのレイアウトにおける重要な考慮事項は、機器を含む全体的な在庫に含まれる有毒物質および危険物質の量です。 漏れの影響は、材料の量が増えるほど深刻になります。 したがって、在庫は可能な限り最小限に抑える必要があります。 機器の数とサイズを削減する処理の改善は、在庫を減らし、リスクを軽減し、投資の削減と運用効率の向上にもつながります。

潜在的な在庫削減の考慮事項を表 6 に示します。新しいプロセス施設を設置する場合、表 5 に示す目的のいくつかを考慮して、プロセスを最適化する必要があります。


表 5. 在庫を制限する手順

  • 改善されたプロセス制御、操作、およびジャストインタイムの在庫管理による貯蔵タンクの在庫削減の削減
  • プロセス統合によるオンサイト タンク在庫の排除または最小化
  • 反応変数の分析と開発による反応器容積の削減
  • バッチ反応器を連続反応器に置き換え、下流のホールドアップも削減
  • より高度なトレイまたはパッキングのいずれかを使用した底部容積の削減およびトレイ ホールドアップによる蒸留塔のホールドアップの低下
  • ケトルリボイラーを熱サイフォンリボイラーに置き換える
  • オーバーヘッドドラムとボトムサージドラムのボリュームを最小限に抑える
  • パイプのレイアウトとサイジングを改善してホールドアップを最小限に抑える
  • 有毒物質が生成される場所で、有毒セクションのホールドアップを最小限に抑えます

貯蔵施設

化学処理プラントの貯蔵施設は、液体および固体の供給物、中間化学物質、副産物、およびプロセス製品を収容できます。 多くの施設に保管されている製品は、他のプロセスの中間体または前駆体として機能します。 希釈剤、溶剤、その他のプロセス材料の保管も必要になる場合があります。 これらの材料はすべて地上貯蔵タンク (AST) に保管されるのが一般的です。 一部の場所ではまだ地下タンクが使用されていますが、アクセスの問題と容量の制限により、一般的に使用は制限されています。 さらに、このような地下貯蔵タンク (UST) の漏出の可能性は、漏出によって地下水が汚染されると環境問題を引き起こします。 一般的な地球汚染は、蒸気圧の高い物質の漏れを伴う潜在的な大気暴露につながる可能性があります。 漏れた物質は、地盤の修復作業中に潜在的な暴露の問題になる可能性があります。 UST 漏出は、二重壁タンクや地下モニタリングの要件など、多くの国で厳しい環境規制をもたらしました。

典型的な地上貯蔵タンクを図 1 に示します。垂直 AST は、円錐形またはドーム型のルーフ タンク、屋根付きまたはカバーなしの浮き屋根付き浮き屋根タンク、または外部浮き屋根タンク (EFRT) です。 改造された、または閉鎖されたルーフ タンクは、測地線タイプのドームであることが多いタンクにカバーが取り付けられた EFRT です。 EFRT は時間が経つと完全な円形を維持できないため、浮き屋根を密閉することは難しく、タンクにカバーが取り付けられます。 ジオデシック ドーム設計により、コーン ルーフ タンク (FRT) に必要なルーフ トラスが不要になります。 ジオデシック ドームはコーン ルーフよりも経済的であり、さらに、ドームは環境への材料の損失を減らします。

図 1. 典型的な地上貯蔵タンク

CMP020F1

通常、タンクは液体の蒸気圧が 77 kPa を超えない液体貯蔵に限定されます。 圧力がこの値を超える場合、回転楕円体または球体が使用されます。どちらも圧力操作用に設計されているためです。 スフェロイドは非常に大きくなる可能性がありますが、圧力が機械設計によって定義された特定の制限を超える可能性がある場所には設置されません。 ほとんどの高蒸気圧貯蔵アプリケーションでは、通常、球体が貯蔵容器であり、過圧を防ぐために圧力逃がし弁が装備されています。 球体で発生した安全上の懸念は、過剰な蒸気を生成し、安全弁の放出や、球体の壁の破裂などのより極端な状況をもたらす転覆です (CCPS 1993)。 一般に、液体の内容物は層状になり、暖かい (密度の低い) 物質が球体の底に積み込まれると、暖かい物質が表面に上昇し、表面の温度が低く密度の高い物質が底に転がります。 暖かい表面の物質が気化して圧力が上昇し、リリーフバルブの排出または球体の過圧が発生する可能性があります。

タンクレイアウト

タンクのレイアウトには慎重な計画が必要です。 タンクの分離距離およびその他の考慮事項に関する推奨事項があります (CCPS 1988; 1993)。 多くの場所では、分離距離はコードで指定されていませんが、最小距離 (OSHA 1994) は、分離距離と場所に適用されるさまざまな決定の結果である可能性があります。 これらの考慮事項の一部を表 6 に示します。さらに、タンク サービスは、加圧タンク、冷蔵タンク、大気圧タンクのタンク分離の要因となります (CCPS 1993)。


表 6. タンクの分離と配置に関する考慮事項

  • シェル間の距離に基づく分離は、参照に基づくことができ、隣接するタンクで火災が発生した場合の熱放射距離の計算の対象となります。
  • タンクはプロセスユニットから分離する必要があります。
  • タンクの位置は、できれば他のエリアから風下に置くことで、タンクがかなりの量の蒸気を放出した場合の着火の問題を最小限に抑えます。
  • 貯蔵タンクには、ほとんどの地域で法律で義務付けられている堤防が必要です。
  • タンクは、共通の堤防と消防設備を利用するためにグループ化できます。
  • 堤防は、緊急時の隔離機能を備えている必要があります。

 

堤防が必要であり、タンクの内容物を保持するための公称サイズです。 複数のタンクが堤防内にある場合、堤防の最小体積容量は、最大のタンクの容量に相当します (OSHA 1994)。 堤防の壁は、土、鋼、コンクリート、または堅固な石積みで構築できます。 ただし、土堤は突き通せず、最小幅 0.61 m の平らな上部を持っている必要があります。 さらに、堤防エリア内の土壌には、土壌への化学物質や油の漏出を防ぐための不浸透層も必要です。

タンク漏れ

タンク底部の腐食によるタンク漏れは、長年にわたって発生してきた問題です。 多くの場合、タンクの底部には腐食の原因となる水層があり、大地との接触により電食が発生する可能性があります。 その結果、さまざまな地域で規制要件が制定され、タンク底部の漏れや、水中の汚染物質による地下の土壌および水の汚染を制御しています。 漏れを制御および監視するために、さまざまな設計手順が開発されています (Hagen and Rials 1994)。 また、二重底も設置されています。 一部の設備では、金属の劣化をさらに抑えるために陰極防食が設置されています (Barletta、Bayle、および Kennelley 1995)。

水抜き

タンクの底から定期的に手動で水を排出すると、露出する可能性があります。 開いた手動排水による界面を決定するための目視観察は、作業員のばく露につながる可能性があります。 クローズド ディスチャージは、インターフェース センサーと制御バルブを取り付けて、潜在的な作業員の曝露を最小限に抑えることができます (Lipton と Lynch 1994)。 このサービスでは、さまざまなセンサーが市販されています。

タンクの過充填

多くの場合、タンクは過剰に充填され、潜在的な安全性と労働者の暴露の危険を生み出します。 これは、インレットブロックバルブまたはフィードポンプを制御する冗長またはデュアルレベルの機器で防ぐことができます (Bahner 1996)。 長年にわたり、薬品タンクにオーバーフロー ラインが設置されていましたが、オーバーフローの排出を視覚的に観察できるように、排水口のすぐ上で終端していました。 さらに、適切な排水を確保するために、ドレンは最大充填率よりも大きいサイズにする必要がありました。 しかし、そのようなシステムは潜在的な被ばく源です。 これは、オーバーフロー ラインをドレインに直接接続し、オーバーフローを示すフロー インジケーターをラインに接続することで解消できます。 これは十分に機能しますが、非常に大量の汚染物質で排水システムが過負荷になり、健康上および安全上の問題が生じる可能性があります。

タンクの点検と洗浄

定期的に、タンクは点検および/または清掃のために使用を中止します。 これらの手順は、作業員の曝露を防ぎ、潜在的な安全上の危険を最小限に抑えるために、慎重に管理する必要があります。 排水後、タンクは頻繁に水で洗い流され、処理液の痕跡を取り除きます。 歴史的に、タンクは必要に応じて手作業または機械で洗浄されてきました。 タンクが排水されると、有毒で可燃範囲内にある可能性のある蒸気で満たされます。 水によるフラッシングは、蒸気の毒性に大きな影響を与えることはありませんが、潜在的な燃焼の問題を軽減する可能性があります。 浮き屋根を使用すると、浮き屋根の下の材料を洗い流して排水することができますが、一部のタンクではサンプに材料が残っている場合があります。 この底材は手作業で除去する必要があり、潜在的な露出の問題が発生する可能性があります。 担当者は、個人用保護具 (PPE) を着用する必要がある場合があります。

通常、密閉されたタンクと浮き屋根の下の容積は、立ち入りが許可される前に、指定された酸素濃度レベルに達するまで空気でパージされます。 ただし、毒性濃度レベルが十分であり、変化しないことを確認するために、濃度測定値を継続的に取得する必要があります。

蒸気の排出と排出制御

固定屋根または改造された浮き屋根タンク (CFRT) の場合、大気への通気は多くの場所で受け入れられない場合があります。 圧力-真空 (PV) ベント (図 2 に示すこれらのタンクは取り外され、蒸気は閉じたダクトを通って制御装置に流れ、そこで汚染物質が破壊または回収されます。両方のタンクに対して、不活性パージ (例: 窒素) を使用できます。窒素を注入して、日周の真空効果を排除し、回収装置の正圧を維持します. CFRT タンクでは、窒素が日周の影響を排除し、PV ベントを通じて大気への蒸気を減らします. ただし、蒸気の放出は排除されません. (Moretti and Mukhopadhyay 1993; Carroll and Ruddy 1993; Basta 1994; Pennington 1996; Siegall 1996). 制御システムの選択は、最終的な排出目標の機能です。運用コストと投資コスト。

フローティング ルーフ タンクでは、外部と内部の両方で、シールと補助フィッティング コントロールが蒸気の損失を効果的に最小限に抑えます。

安全上の危険

可燃性はタンク内の主要な懸念事項であり、火災ゾーンの拡大を制御および防止するための消火システムが必要です。 消火システムと設置に関する推奨事項が利用可能です (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990)。 水は、特定の条件下で火に直接噴霧することができ、過熱を防ぐために隣接するタンクや機器を冷却するのに不可欠です. さらに、泡は効果的な消火剤であり、恒久的な泡装置をタンクに取り付けることができます。 移動式消火設備への泡設備の設置については、メーカーと検討する必要があります。 環境に許容され、低毒性の泡が現在入手可能であり、効果的で他の泡に匹敵し、迅速に消火することができます。

処理装置

多数のプロセス、特殊なプロセス要件、および製品のバリエーションの結果として、化学処理では多種多様なプロセス装置が必要になります。 したがって、現在使用されているすべての化学機器をレビューすることはできません。 このセクションでは、処理シーケンスに見られるより広く適用されている機器に集中します。

原子炉

化学産業には多数の反応器タイプがあります。 反応器選択の基準は、反応がバッチ反応であるか連続反応であるかを分類することから始まり、多くの変数の関数です。 多くの場合、バッチ反応は、反応の経験が増え、改善された触媒などのいくつかの変更が利用可能になるにつれて、連続操作に変換されます。 連続反応処理は、一般に、より効率的で、より一貫した製品を生成します。これは、製品の品質目標を満たす上で望ましいことです。 ただし、まだ多数のバッチ操作があります。

反応

すべての反応において、反応を制御するために必要な加熱または冷却の要件を定義するために、発熱または吸熱 (熱を生成するか、または熱を必要とする) としての反応の分類が必要です。 さらに、暴走反応基準を確立して、反応が制御不能になるのを防ぐことができる計器センサーと制御装置を設置する必要があります。 原子炉を本格的に稼働させる前に、暴走反応を安全に封じ込めるための緊急手順を調査および開発する必要があります。 さまざまな潜在的な解決策のいくつかは、自動的に作動する緊急制御装置、反応を停止する化学物質の注入、および反応器の内容物を収容および収容できるベント設備です。 安全弁とベントの操作は非常に重要であり、常に適切にメンテナンスされ、機能する機器が必要です。 その結果、XNUMX つのバルブのメンテナンスによって必要なリリーフ容量が減少しないように、複数のインターロック式安全バルブが頻繁に設置されます。

安全弁または通気口が誤作動により排出された場合、潜在的な安全上および健康上の危険を最小限に抑えるために、実質的にすべての状況で排出流出物を封じ込める必要があります。 その結果、原子炉からの放出物の最終処分とともに、配管を通じて緊急放出物を封じ込める方法を慎重に分析する必要があります。 一般に、液体と蒸気は分離され、蒸気はフレアまたは回収に送られ、可能な場合は液体がリサイクルされます。 固形物の除去には、ある程度の検討が必要な場合があります。

バッチ

発熱反応を伴う反応器では、重要な考慮事項は、温度を維持するために使用される冷却媒体による壁または内部チューブの汚れです。 汚れた材料の除去は大きく異なり、除去方法は汚れた材料の特性によって異なります。 汚れた材料は、溶剤、高圧ジェット ノズル ストリーム、または場合によっては手動で除去できます。 これらすべての手順では、安全性と暴露を慎重に管理する必要があります。 反応器内外への材料の移動によって、可燃性の蒸気混合物が発生する可能性がある空気の侵入が許されないようにする必要があります。 不活性ガス(窒素など)で真空を破る必要があります。 検査または作業のための船舶の立ち入りは、密閉空間への立ち入りに分類される可能性があり、この手順の規則を遵守する必要があります。 蒸気と皮膚の毒性を理解し、技術者は健康被害について熟知していなければなりません。

連続的な

フロースルーリアクターは、液体または蒸気と液体で満たすことができます。 一部の反応では、反応器内でスラリーが生成されます。 また、固体触媒を含む反応器もあります。 反応流体は、液体、蒸気、または蒸気と液体の組み合わせであってもよい。 反応に関与せずに反応を促進する固体触媒は、通常、グリッド内に含まれており、固定床と呼ばれます。 固定床反応器は、単一または複数の床を持つことができ、発熱反応または吸熱反応を起こすことができます。ほとんどの反応では、各床で一定温度 (等温) が必要です。 これには、温度を制御するために、ベッド間のさまざまな場所で供給ストリームまたは希釈剤を注入することが必要になることがよくあります。 これらの反応システムでは、反応の暴走や生成物の収量や品質の変化を防ぐために、ベッド全体の温度表示とセンサーの位置が非常に重要です。

通常、固定ベッドは機能を失い、再生または交換する必要があります。 再生の場合、床上の堆積物を燃焼除去したり、溶媒に溶解したり、場合によっては不活性流体中の化学物質を床に注入して再生したりして、触媒活性を回復させることができます。 触媒に応じて、これらの技術のいずれかを適用することができます。 ベッドを燃焼させる場合、反応器を空にしてすべてのプロセス流体をパージし、不活性ガス (通常は窒素) で満たし、加熱して再循環させ、ベッドを特定の温度レベルに上げます。 この時点で、非常に少量の酸素が不活性ストリームに追加され、床を徐々に移動して温度上昇を制御する炎の前線を開始します。 過剰な酸素量は、触媒に悪影響を及ぼします。

固定床触媒除去

固定床触媒の除去は、慎重に制御する必要があります。 反応器からプロセス流体を排出した後、プロセス流体がすべて除去されるまで、残りの流体をフラッシング流体で置換するか、蒸気でパージします。 容器を開けたり、不活性ブランケットの下で容器から触媒を排出したりする前に、容器を不活性ガスまたは空気でパージする前に、最終的なパージには他の技術が必要になる場合があります。 このプロセスで水が使用される場合、水は閉鎖された配管を通じてプロセス下水道に排出されます。 一部の触媒は、空気や酸素に敏感で、自然発火性または有毒になります。 これらには、容器の充填または排出中に空気を除去する特別な手順が必要です。 潜在的な被ばくを最小限に抑え、人員を保護するために、取り扱い手順とともに個人の保護を慎重に定義する必要があります。

使用済み触媒の廃棄は、リサイクルのために触媒メーカーに送られる前、または環境的に許容される廃棄手順に進む前に、さらに処理する必要がある場合があります。

その他の触媒システム

緩い固体触媒床を通って流れるガスは床を膨張させ、流動床と呼ばれる液体に似た懸濁液を形成します。 このタイプの反応は、さまざまなプロセスで使用されます。 使用済みの触媒は、再生用のガス固体サイド ストリームとして除去され、密閉システムを介してプロセスに戻されます。 他の反応では、触媒活性が非常に高い場合があり、触媒は生成物中に排出されますが、濃度は非常に低く、問題にはなりません。 生成物蒸気中の高濃度の触媒固形物が望ましくない場合、精製前に固形物のキャリーオーバーを除去する必要があります。 ただし、固形物の痕跡は残ります。 これらは、副産物の流れの XNUMX つに廃棄するために取り除かれます。

使用済み触媒が燃焼によって再生される状況では、環境制限を満たすために、流動床システムに大規模な固体回収施設が必要です。 回収は、サイクロン、電気集塵機、バグフィルター) および/またはスクラバーのさまざまな組み合わせで構成されます。 固定床で燃焼が発生する場合、基本的な関心事は温度制御です。

流動床触媒はしばしば呼吸範囲内にあるため、固体の取り扱い中は注意を払い、新鮮な触媒または回収された触媒で作業者を保護する必要があります。

場合によっては、真空を使用して、固定床からさまざまな成分を除去することができます。 このような状況では、蒸気駆動の真空ジェットが真空発生器になることがよくあります。 これにより、ジェット流内の濃度が非常に低いにもかかわらず、有毒物質を頻繁に含む蒸気が放出されます。 ただし、スチーム ジェットの排出は、汚染物質の量、毒性、および大気中に直接排出される場合の潜在的な分散を判断するために、慎重に検討する必要があります。 これが不十分な場合、すべての蒸気が制御され、水が閉鎖下水道システムに送られる排水溜めで、ジェット排出を凝縮する必要がある場合があります。 このサービスでは、ロータリー真空ポンプが機能します。 往復式真空ポンプからの排気は、直接大気に放出することは許可されていませんが、場合によっては、フレア ライン、焼却炉、またはプロセス ヒーターに放出することができます。

安全性

すべての原子炉において、容器の定格圧力を超えてはならないため、圧力の上昇は大きな問題です。 これらの圧力上昇は、不十分なプロセス制御、誤動作、または暴走反応の結果である可能性があります。 その結果、圧力解放システムは、原子炉の過圧を防ぐことによって容器の完全性を維持する必要があります。 リリーフバルブの排出は、リリーフバルブのメンテナンスを含め、あらゆる条件下で適切なリリーフを維持するように慎重に設計する必要があります。 複数のバルブが必要になる場合があります。 安全弁が大気中に放出されるように設計されている場合は、放出ポイントを近くのすべての構造物よりも高くし、分散分析を実施して、作業員と近くのコミュニティを適切に保護する必要があります。

ラプチャーディスクに安全弁が取り付けられている場合は、排出口も密閉し、最終的な排出場所を上記のように指定する必要があります。 ディスクの破裂は再着座しないため、安全弁のないディスクはおそらくリアクターの内容物のほとんどを放出し、解放の最後に空気がリアクターに入る可能性があります。 これには、可燃性の状況が作成されないこと、および非常に望ましくない反応が発生しないことを確認するための慎重な分析が必要です。 さらに、ディスクからの放出によって液体が放出される可能性があり、通気システムは、上述のように放出された蒸気を含むすべての液体を収容するように設計する必要があります。 大気への緊急放出は、設置前に規制当局の承認を受ける必要があります。

反応器に設置されたミキサー攪拌機は密閉されています。 漏れは危険である可能性があり、漏れが発生した場合はシールを修理する必要があり、原子炉のシャットダウンが必要になります。 反応器の内容物は特別な取り扱いや予防措置が必要な場合があり、緊急停止手順には反応の停止と反応器の内容物の処分が含まれる必要があります。 可燃性と暴露制御は、リアクター ミックスの最終処分を含む各ステップで慎重に検討する必要があります。 シャットダウンは費用がかかり、生産の損失を伴う可能性があるため、メンテナンスと反応器のシャットダウンを減らすために、磁気駆動ミキサーと新しいシールシステムが導入されました。

すべての原子炉への立ち入りには、安全な閉鎖空間立ち入り手順の順守が必要です。

分別または蒸留塔

蒸留とは、沸点の違いを利用して化学物質を分離することです。 化学工場や製油所でおなじみの塔が蒸留塔。

さまざまな形での蒸留は、大部分の化学プロセスで見られる処理ステップです。 分別または蒸留は、精製、分離、ストリッピング、共沸および抽出プロセスの各段階で見られます。 これらのアプリケーションには現在、反応が蒸留塔の別のセクションで発生する反応蒸留が含まれます。

蒸留は、塔内の一連のトレイで行うか、充填物を充填した塔で行うことができます。 パッキンは、蒸気と液体の通過を容易にする特別な構成を備えていますが、蒸気と液体の接触と効率的な分画に十分な表面積を提供します。

操作

熱は通常、リボイラーを備えた塔に供給されますが、特定のストリームの熱量はリボイラーを排除するのに十分な場合があります。 リボイラーの熱により、複数段階の気液分離がトレイ上で発生し、軽い物質が塔を通って上昇します。 上部トレイからの蒸気は、オーバーヘッド コンデンサーで完全または部分的に凝縮されます。 凝縮液は留出液回収ドラムに集められ、一部は塔に循環され、残りは回収されて特定の場所に送られます。 凝縮していない蒸気は、他の場所で回収するか、燃焼器または回収システムなどの制御装置に送ることができます。

圧力

タワーは通常、大気圧よりも高い圧力で動作します。 ただし、タワーは、製品の品質に影響を与える可能性のある液体温度を最小限に抑えるため、または達成が困難な温度レベルのためにタワーの材料が機械的および経済的な問題になる状況で、真空下で操作されることがよくあります。 また、高温は流体に影響を与える可能性があります。 重質石油留分では、塔底温度が非常に高いため、コーキングの問題が頻繁に発生します。

真空は通常、エジェクターまたは真空ポンプで得られます。 プロセス ユニットでは、真空負荷は、一部の軽い蒸気物質、塔の供給流に含まれていた可能性のある不活性物質、および漏れからの空気で構成されます。 通常、真空システムは凝縮器の後に設置され、真空システムへの有機負荷を減らします。 真空システムは、推定される蒸気負荷に基づいてサイズが決定され、エジェクターはより大きな蒸気負荷を処理します。 特定のシステムでは、真空機が凝縮器の出口に直接接続されている場合があります。 典型的なエジェクター システムの操作は、エジェクターの蒸気が冷却水と直接接触する、エジェクターと直接気圧凝縮器の組み合わせです。 気圧復水器は非常に大量の水を消費し、蒸気と水の混合物によって水の出口温度が高くなり、大気気圧サンプ内の微量の有機化合物が気化する傾向があり、職場での暴露が増加する可能性があります。 さらに、廃水システムに大量の排水負荷が追加されます。

改良型真空システムでは、蒸気消費量の大幅な削減とともに大幅な水の削減が達成されます。 真空ポンプは大量の蒸気負荷を処理できないため、真空ポンプの負荷を軽減するために、蒸気エジェクタが表面凝縮器と組み合わせて第 XNUMX 段階で使用されます。 さらに、地上操作用にサンプドラムが設置されています。 シンプルなシステムは、廃水の負荷を減らし、潜在的な蒸気暴露を排除する閉鎖システムを維持します。

安全性

すべてのタワーとドラム缶は、故障、火災 (Mowrer 1995)、またはユーティリティの故障に起因する過圧から保護する必要があります。 ハザードレビューが必要であり、一部の国では法律で義務付けられています。 プロセスおよびプラントの運用に適用できる一般的なプロセス安全管理アプローチは、安全性を向上させ、損失を最小限に抑え、労働者の健康を保護します (Auger 1995; Murphy 1994; Sutton 1995)。 保護は、大気または閉鎖システムに排出する圧力リリーフ バルブ (PRV) によって行われます。 PRV は一般にタワーの上部に取り付けられ、大量の蒸気負荷を軽減しますが、PRV をタワーの他の場所に設置する場合もあります。 PRV は、PRV と塔頂部の間にバルブが配置されていない限り、留出物オーバーヘッド回収ドラム上に配置することもできます。 ブロックバルブがコンデンサーへのプロセスラインに設置されている場合、PRV をタワーに設置する必要があります。

蒸留塔の過圧が緩和されると、特定の緊急シナリオの下で、PRV 排出量が非常に大きくなる可能性があります。 クローズドシステムの排出ベントラインでの非常に高い負荷は、システムで最大の負荷になる可能性があります。 PRV の放出は突然であり、全体的な緩和時間は非常に短い (15 分未満) ため、この非常に大きな蒸気負荷を注意深く分析する必要があります (Bewanger and Krecter 1995; Boicourt 1995)。 この短くて大きなピーク負荷は、吸収器、吸着器、炉などの制御装置で処理するのが難しいため、ほとんどの状況で好ましい制御装置は蒸気破壊用のフレアです。 通常、複数の PRV がフレア ライン ヘッダーに接続され、それが 1995 つのフレアに接続されます。 しかし、フレアとシステム全体は、潜在的な不測の事態の大規模なグループをカバーするように注意深く設計する必要があります (Boicourt XNUMX)。

健康被害

大気への直接放出については、安全弁排出蒸気の詳細な分散分析を実施して、作業員が暴露されていないこと、および地域の濃度が許容濃度ガイドライン内に十分収まっていることを確認する必要があります。 拡散を制御する際には、近くの構造物への過度の集中を防ぐために、大気開放バルブの排出ラインを引き上げる必要がある場合があります。 分散を制御するには、非常に高いフレアのようなスタックが必要になる場合があります。

もう XNUMX つの懸念事項は、シャットダウン中にメンテナンスや機械の変更のためにタワーに入る場合です。 これは、限られた空間に入る必要があり、労働者を関連する危険にさらすことになります。 開封前のフラッシングとパージの方法は、毒性濃度を推奨レベル以下に下げることにより、暴露を最小限に抑えるために慎重に実施する必要があります。 フラッシングおよびパージ操作を開始する前に、タワーの圧力を下げ、タワーへのすべての配管接続を塞ぐ必要があります (つまり、タワーのフランジと接続パイプのフランジの間に平らな金属ディスクを配置する必要があります)。 このステップは、最小限の露出を確保するために慎重に管理する必要があります。 さまざまなプロセスで、タワーから有毒な液体を除去する方法は異なります。 多くの場合、塔の液体は毒性が非常に低い液体に置き換えられます。 次に、この置換流体は排出され、選択された場所にポンプで送られます。 残りの液膜と液滴は、ブラインドとタワー フランジの間に開口部がある特別なスタンドオフ ブラインドを備えた上部フランジから大気中に放出できます。 蒸らしの後、タワーが冷えるにつれて、特別なブラインド開口部から空気がタワーに入ります。 タワーの下部と上部にあるマンホールが開いており、タワーに空気を吹き込むことができます。 塔内濃度が所定の濃度に達すると、塔内に入ることができます。

熱交換器

化学プロセス産業には多種多様な熱交換器があります。 熱交換器は、プロセス ストリームへ、またはプロセス ストリームから熱を伝達するための機械装置です。 これらは、プロセス条件と熱交換器の設計に従って選択されます。 一般的な熱交換器のタイプのいくつかを図 2 に示します。プロセス サービスに最適な熱交換器の選択はやや複雑で、詳細な調査が必要です (Woods 1995)。 多くの場合、圧力、温度、固形分濃度、粘度、流量などの要因により、特定のタイプが適していません。 さらに、個々の熱交換器の設計はかなり異なる場合があります。 いくつかのタイプのフローティング ヘッド チューブおよびシート交換器が利用可能です (Green、Maloney、および Perry 1984)。 通常、フローティング ヘッドは、固定チューブ シート熱交換器で完全性を維持できないほどの過度のチューブ膨張が温度によって生じる場合に選択されます。 図 2 の簡略化されたフローティング ヘッド交換器では、フローティング ヘッドは交換器内に完全に含まれており、シェル カバーとは一切接続されていません。 他のフローティング ヘッドの設計では、フローティング チューブシートの周りにパッキングがある場合があります (Green、Maloney、および Perry 1984)。

図 2. 一般的な熱交換器

CMP020F4

漏れ

フローティング チューブシートのパッキンは大気と接触しており、漏れや露出の原因となる可能性があります。 他の交換器にも潜在的な漏れ源がある可能性があるため、慎重に検討する必要があります。 熱伝達特性の結果として、プレートおよびフレーム熱交換器は化学産業に設置されることがよくあります。 プレートには、さまざまな波形と構成があります。 プレートは、流れの混合を防ぎ、外部シールを提供するガスケットによって分離されています。 ただし、シールは適用温度を約 180 ºC に制限しますが、シールの改良によりこの制限は克服される可能性があります。 多数のプレートがあるため、プレートを適切に圧縮して、プレート間の適切なシールを確保する必要があります。 そのため、漏れや潜在的な危険を防ぐために、注意深い機械的設置が必要です。 多数のアザラシが存在するため、アザラシを注意深く監視して、潜在的な曝露を最小限に抑えることが重要です。

空冷熱交換器は経済的に魅力的であり、多数のプロセス アプリケーションやプロセス ユニット内のさまざまな場所に設置されています。 スペースを節約するために、これらの熱交換器は多くの場合、配管上に設置され、頻繁に積み重ねられます。 チューブの材質選択が重要であるため、化学工業ではさまざまな材質が使用されています。 これらのチューブはチューブシートに接続されています。 これには、互換性のある材料を使用する必要があります。 ファンが漏れからの蒸気を循環させ、拡散が潜在的な暴露につながる可能性があるため、チューブの亀裂またはチューブシートでの漏れが懸念されます。 空気希釈により、潜在的な暴露の危険性が大幅に減少する場合があります。 ただし、気象条件によってはファンが停止することが多く、このような状況では漏れの濃度が上昇し、潜在的な曝露が増加する可能性があります。 また、漏れたチューブを修理しないと、クラックが悪化する可能性があります。 容易に気化しない有毒な液体では、滴りが発生し、潜在的な皮膚暴露につながる可能性があります。

シェルとチューブの熱交換器は、さまざまなフランジのいずれかから漏れが発生する可能性があります (Green、Maloney、および Perry 1984)。 シェル アンド チューブ式熱交換器のサイズは表面積が小さいものから非常に大きいものまでさまざまであるため、通常、外側フランジの直径は通常のパイプ フランジよりもはるかに大きくなります。 これらの大きなフランジを使用すると、ガスケットはプロセス条件に耐えるだけでなく、ボルト荷重の変動下でシールを提供する必要があります。 さまざまなガスケット設計が使用されています。 すべてのフランジ ボルトに一定のボルト負荷応力を維持することは困難であり、その結果、多くの熱交換器で漏れが発生します。 フランジの漏れは、フランジ シ​​ール リングで制御できます (Lipton and Lynch 1994)。

チューブの漏れは、プレート交換器とその他のいくつかの特殊な交換器を除いて、利用可能などのタイプの交換器でも発生する可能性があります。 ただし、これらの後者の交換機には、他の潜在的な問題があります。 チューブが冷却水システムに漏れると、冷却水は汚染物質を冷却塔に放出し、作業員と近隣地域の両方の暴露源となる可能性があります。 したがって、冷却水を監視する必要があります。

冷却塔の蒸気の分散は、冷却塔の強制および誘導ドラフト内のファンの結果として広範囲に及ぶ可能性があります。 さらに、自然対流塔は蒸気を大気中に排出し、その後分散させます。 ただし、分散は、気象条件と排出高度の両方に基づいてかなり異なります。 揮発性の低い有毒物質が冷却水と冷却塔のブローダウン ストリームに残り、汚染物質を破壊するのに十分な処理能力を備えている必要があります。 冷却塔と冷却塔の水溜りは定期的に清掃する必要があり、汚染物質は水溜りと塔の充填物に潜在的な危険性を追加します。 この作業の多くには、個人の保護が必要です。

交換器の清掃

冷却水サービスのチューブの問題は、腐食、生物有機体、および固体の沈着に起因するチューブ内の物質の蓄積です。 上述のように、チューブはクラックからも漏れる可能性があり、またはチューブがチューブシートの条痕に丸められる場所で漏れが発生する可能性があります。 これらの状態のいずれかが発生すると、交換器の修理が必要になり、プロセス流体を交換器から除去する必要があります。 これには、環境、安全、および健康への暴露目標を満たすために必要な、完全に封じ込められた操作が必要です。

一般に、プロセス流体はレシーバーに排出され、残りの物質は溶媒または不活性物質で交換器から洗い流されます。 後者の物質はまた、排水または窒素で加圧することにより、汚染された物質の受器に送られる。 有毒物質が交換器内にあった場合、有毒物質の痕跡がないか交換器を監視する必要があります。 テスト結果が不十分な場合は、熱交換器を蒸気で蒸発させ、材料の痕跡をすべて除去することができます。 ただし、蒸気が大気中に漏れるのを防ぐために、蒸気ベントは密閉システムに接続する必要があります。 閉じたベントは絶対に必要というわけではありませんが、交換器内により多くの汚染物質が存在する場合があり、潜在的な危険を制御するために常に閉じた蒸気ベントが必要になります。 蒸らしの後、大気への通気口から空気が入ります。 この一般的な手順は、交換器側または有毒物質を含む側に適用されます。

チューブまたはシェル側の洗浄に使用される化学薬品は、密閉システム内で循環させる必要があります。 通常、洗浄液はタンク ローリー システムから再循環され、システム内の汚染された溶液は処分のためにトラックに排出されます。

パンプス

最も重要なプロセス機能の 7 つは液体の移動です。化学産業では、あらゆる種類の液体材料がさまざまなポンプで移動されます。 キャンドポンプとマグネットポンプは、シールレスの遠心ポンプです。 磁気ポンプ ドライバは、漏れを防ぐために他のポンプ タイプに取り付けることができます。 化学プロセス産業で使用されるポンプの種類を表 XNUMX に示します。


表 7. 化学プロセス産業のポンプ

  • 遠心
  • 往復(プランジャー)
  • 缶詰
  • 磁気
  • タービン
  • ギア
  • ダイアフラム
  • 軸流
  • スクリュードライバーを使用
  • 可動キャビティ
  • 羽根

シーリング

健康と安全の観点から、遠心ポンプのシーリングと修理は大きな懸念事項です。 一般的なシャフト シール システムを構成するメカニカル シールは、漏れる可能性があり、場合によっては破裂することがあります。 しかし、1970 年代以降のシール技術の大幅な進歩により、漏れが大幅に減少し、ポンプの耐用年数が延長されました。 これらの改良点のいくつかは、ベローズ シール、カートリッジ シール、改良されたフェース デザイン、改良されたフェース素材、およびポンプ変数モニタリングの改良です。 さらに、シール技術の継続的な研究は、さらなる技術の向上につながるはずです。

プロセス流体が非常に有毒な場合、漏れのない、またはシールのない缶入りポンプまたは磁気ポンプが頻繁に設置されます。 運用サービス期間または平均保守間隔 (MTBM) は著しく改善され、一般的に XNUMX 年から XNUMX 年の間で変動します。 これらのポンプでは、プロセス流体はローターベアリングの潤滑流体です。 内部流体の気化はベアリングに悪影響を及ぼし、多くの場合、ベアリングの交換が必要になります。 ポンプ内の液体状態は、軸受システムの内圧が動作温度での液体蒸気圧よりも常に高いことを確認することによって維持できます。 シールレス ポンプを修理する場合は、比較的揮発性の低い材料を完全に排出することが重要であり、サプライヤと慎重に検討する必要があります。

一般的な遠心プロセスポンプでは、パッキンは基本的にメカニカルシールに置き換えられています。 これらのシールは一般にシングルまたはデュアル メカニカル シールとして分類され、後者の用語はタンデムまたはダブル メカニカル シールをカバーします。 他にも二重シールの組み合わせがありますが、それほど広くは使用されていません。 一般に、シールの漏れを減らすために、シール間に液体緩衝液を備えたタンデムまたはダブル メカニカル シールが取り付けられます。 シングルおよびデュアル メカニカル シールの仕様と取り付けをカバーする、遠心ポンプとロータリー ポンプの両方のポンプ メカニカル シール規格が、米国石油協会 (API 1994) によって発行されました。 シールタイプの評価に役立つメカニカルシールアプリケーションガイドが現在入手可能です (STLE 1994)。

失敗したシールからの過度の漏れや噴出を防ぐために、シールの後にグランドプレートが取り付けられています。 漏れを閉じたドレンシステムに移動させるためのグランドフラッシュ流体がある場合があります(API 1994)。 グランド システムは完全なシールではないため、スロットル ブッシングなどの補助シール システムが利用可能です。これらはグランドに取り付けられ、大気への過剰な漏れやシールの吹き出しを制御します (Lipton and Lynch 1994)。 これらのシールは、連続運転用に設計されていません。 起動後、故障するまで最大 XNUMX 週間動作するため、ポンプの切り替えやプロセスの調整を行うための時間を確保できます。

本質的にエミッションをゼロレベルまで削減する新しいメカニカルシールシステムが利用可能です。 これは、標準のデュアル メカニカル シール システムの液体バッファーをガス バッファー システムに置き換えたダブル メカニカル シール システムです (Fone 1995; Netzel 1996; Adams, Dingman and Parker 1995)。 液体緩衝システムでは、シール面も冷却する緩衝液の非常に薄い潤滑膜によってシール面が分離されます。 少し離れていますが、ある程度の面接触が存在し、シールの摩耗とシール面の加熱につながります。 ガス シールは非接触シールと呼ばれます。これは、湾曲したくぼみのある XNUMX つのシール面がガスをシール面に送り込み、シール面を完全に分離するガス層またはダムを構築するためです。 この非接触により、シールの寿命が非常に長くなり、シールの摩擦損失も減少するため、消費電力が大幅に減少します。 シールがガスを送り込むため、プロセスおよび大気へのフローは非常にわずかです。

健康被害

ポンプの主な関心事は、メンテナンスまたは修理のためにポンプを準備するための排水とフラッシングです。 排出と除去は、プロセス流体とバッファ流体の両方を対象としています。 手順では、すべての液体を閉じた接続の排水システムに排出する必要があります。 スロート ブッシングがインペラーをスタッフィング ボックスから分離しているポンプ スタッフィング ボックスでは、ブッシングは、スタッフィング ボックス内に液体を保持するための堰として機能します。 ブッシングのウィープ ホールまたはスタッフィング ボックスのドレンにより、ドレンとフラッシングによりプロセス液を完全に除去できます。 緩衝液の場合、二重シール領域からすべての液体を排出する方法が必要です。 メンテナンスにはシールの取り外しが必要であり、シールの量が完全に排出および洗い流されていない場合、修理中にシールが露出する可能性があります。

粉塵

固形物処理装置内の粉塵や粉末の取り扱いは、火災や爆発の可能性があるため懸念事項です。 機器内での爆発は、爆発によって生成された圧力が圧力と火の波を組み合わせて職場エリアに送る結果として、壁または筐体を破裂する可能性があります。 労働者は危険にさらされる可能性があり、隣接する機器は劇的な影響で深刻な影響を受ける可能性があります。 空気中または酸素が存在するガス中に浮遊し、密閉された空間に浮遊する粉塵または粉末は、十分なエネルギーを持つ発火源が存在すると爆発しやすくなります。 いくつかの典型的な爆発装置環境を表 8 に示します。

表 8. 機器内の潜在的な爆発源

運搬装置

Storage

空気ダクト

ビン

機械式コンベア

ホッパーズ

 

ロータリーバルブ

処理装置

フィルター集塵機

グラインダ

流動層乾燥機

ボールミル

トランスファーラインドライヤー

粉体混合

スクリーニング

台風

 

爆発は、熱と急速なガスの膨張 (圧力の増加) を生成し、一般に爆燃を引き起こします。爆燃とは、これらの条件の音速未満ではあるが急速に移動する火炎の前線です。 火炎前面の速度が音速よりも大きいか、または超音速である場合、その状態は爆轟と呼ばれ、爆燃よりも破壊的です。 爆発と火炎面の拡大はミリ秒単位で発生し、標準的なプロセス応答に十分な時間を提供しません。 したがって、粉体の潜在的な火災および爆発の特性を定義して、さまざまな加工段階に存在する可能性のある潜在的な危険性を決定する必要があります (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana および Siwek 1995)。 この情報は、制御装置の設置と爆発防止の基礎となります。

爆発の危険性の定量化

爆発は一般的に密閉された装置で発生するため、特別に設計された実験装置でさまざまなテストが行​​われます。 粉末は似ているように見えるかもしれませんが、粉末のわずかな違いが非常に異なる爆発特性を持つ可能性があるため、公開された結果は使用しないでください。

粉体に対して実施されるさまざまな試験によって、爆発の危険性を定義することができ、一連の試験には以下が含まれる必要があります。

分類テストは、粉塵の雲が火炎を発生させ、伝播できるかどうかを決定します (Ebadat 1994)。 これらの特性を持つ粉末は、クラス A 粉末と見なされます。 発火しない粉末はクラス B と呼ばれます。クラス A の粉末は、爆発と危険の可能性を評価するためにさらに一連のテストが必要です。

最小着火エネルギー試験は、粉末雲の着火に必要な最小火花エネルギーを定義します (Bartknecht 1989)。

爆発の厳しさと分析では、グループ A の粉末は、最小発火エネルギーに基づいてテスト爆発中に圧力が測定される球内のダスト クラウドとしてテストされます。 最大爆発圧力は、単位時間あたりの圧力変化率とともに定義されます。 この情報から、爆発固有の特性値 (Kst) (バー メートル/秒) が決定され、爆発クラスが定義されます (Bartknecht 1989; Garzia and Senecal 1996)。

Kst(bar・m/s) 粉じん爆発等級 相対強度

1-200 St 1 やや弱い

201-300 セント 2 ストロング

300+ St 3 非常に強い

多数の粉体がテストされ、その大部分は St 1 クラスでした (Bartknecht 1989; Garzia and Senecal 1996)。

曇りのない粉末の評価では、安全な操作手順と条件を決定するために粉末がテストされます。

防爆試験

防爆試験は、防爆システムを設置できない場合に役立ちます。 それらは、望ましい動作条件に関する情報を提供します (Ebadat 1994)。

最小酸素テストは、粉塵が発火しない酸素レベルを定義します (Fone 1995)。 ガスが許容できる場合、プロセス中の不活性ガスは発火を防ぎます。

最小ダスト濃度は、それ以下では発火しない動作レベルを確立するために決定されます。

静電気ハザード試験

多くの爆発は静電着火の結果であり、さまざまなテストで潜在的な危険性が示されています。 いくつかのテストは、最小着火エネルギー、粉体電荷特性、および体積抵抗率をカバーしています。 テスト結果から、爆発を防ぐために特定の手順を実行できます。 手順には、湿度の上昇、建設資材の変更、適切な接地、機器設計の特定の側面の制御、および火花防止が含まれます (Bartknecht 1989; Cesana and Siwek 1995)。

防爆

基本的に、爆発または前線がある場所から別の場所に伝播するのを制御する方法、または機器内に爆発を封じ込める方法は 1989 つあります。 これらの 1995 つの方法は、化学抑制剤と隔離弁です (Bartknecht 1996; Cesana と Siwek XNUMX; Garzia と Senecal XNUMX)。 爆発強度試験からの爆発圧力データに基づいて、化学抑制剤をトリガーしたり、隔離バリアバルブを迅速に閉じたりする迅速応答センサーが利用可能です。 抑制剤は市販されていますが、抑制剤インジェクターの設計は非常に重要です。

爆発ベント

爆発の危険性がある機器では、特定の圧力で破裂する爆発ベントが設置されることがよくあります。 これらは慎重に設計する必要があり、機器からの排気経路は、この経路領域に作業員が存在しないように定義する必要があります。 さらに、機器の安全性を確保するために、爆発経路内の機器への衝突を分析する必要があります。 バリアが必要な場合があります。

上げ下ろし

製品、中間体、副産物はタンクローリーや鉄道車両に積み込まれます。 (施設の立地や入渠要件によっては、タンカーやバージを利用する場合もあります。) 荷役施設の位置は重要です。 通常、積み降ろしされる物質は液体と気体ですが、移動する固体の種類、潜在的な爆発の危険性、および移送の難易度に基づいて、適切な場所で固体の積み降ろしも行われます。

ハッチを開く

上部開口部ハッチからタンクローリーまたは鉄道車両に積み込む際、非常に重要な考慮事項は、コンテナが満たされる際の飛散を最小限に抑えることです。 充填パイプが容器の底よりもかなり上にある場合、充填によって水しぶきが発生し、蒸気または液体と蒸気の混合が発生します。 注入パイプの出口を液面より十分下に配置することで、飛沫と蒸気の発生を最小限に抑えることができます。 充填パイプは、通常、コンテナの底から最小距離だけコンテナを貫通します。 液体の充填も蒸気を置換するため、有毒な蒸気は潜在的な健康被害をもたらす可能性があり、安全上の懸念も生じます。 したがって、蒸気を収集する必要があります。 フィルアームは市販されており、深いフィルパイプがあり、ハッチ開口部を閉じる特別なカバーを貫通しています (Lipton and Lynch 1994)。 さらに、ベーパー コレクション パイプは、特別なハッチ カバーの下の短い距離を延長します。 アームの上流端では、蒸気出口が回収装置 (吸収器や凝縮器など) に接続されているか、または蒸気バランス トランスファーとして蒸気を貯蔵タンクに戻すことができます (Lipton and Lynch 1994)。

タンク ローリー オープン ハッチ システムでは、タンク ローリーに排出できるようにアームを上げ、アームを引き抜くときにアーム内の液体の一部を窒素で加圧することができますが、この操作中の充填パイプはハッチ内にとどめておく必要があります。オープニング。 フィル アームがハッチを通過したら、バケツをアウトレットの上に置いて、アームの滴りをキャッチします。

鉄道車両

多くの鉄道車両は、コンテナの底に非常に近い深い充填脚と別の蒸気収集出口を備えた閉鎖ハッチを備えています。 閉じたハッチまで伸びるアームを介して、開いたハッチアームの方法と同様の方法で、液体が装填され、蒸気が収集されます。 鉄道車両の積み込みシステムでは、アームの入口でバルブが遮断された後、窒素がアームのコンテナ側に注入され、アームに残っている液体が鉄道車両の充填バルブを閉じる前に車両に吹き込まれます (Lipton and Lynch 1994)。 .

タンクローリー

多くのタンクローリーは、蒸気の発生を最小限に抑えるために底から充填されます (Lipton and Lynch 1994)。 充填ラインは、特別なホースまたは操作可能なアームにすることができます。 ドライ ブレーク カプラーは、ホースまたはアームの端部とタンク ローリーの底部接続部に配置されます。 タンク ローリーが満杯になり、ラインが自動的にブロックされると、アームまたはホースがドライブレーク カップリングで切り離され、カップリングが分離されると自動的に閉じます。 新しいカップリングは、ほぼゼロの漏れで切断するように設計されています。

ボトムローディングでは、蒸気は上部の蒸気ベントから収集され、蒸気はコンテナの底近くで終了する外部ラインに導かれます (Lipton and Lynch 1994)。 これにより、作業員は蒸気結合接続にアクセスできます。 大気圧よりわずかに高い圧力の収集された蒸気は、収集され、回収装置に送られる必要があります (Lipton and Lynch 1994)。 これらのデバイスは、初期費用、有効性、保守性、および操作性に基づいて選択されます。 一般に、回収システムは、回収された蒸気を破壊するフレアよりも好ましい。

ローディングコントロールl

タンク ローリーでは、レベル センサーがトラック ボディ内に恒久的に取り付けられており、充填レベルに達したことを示し、トラックへの流れを停止するリモート コントロール ブロック バルブに信号を送ります。 (リプトンとリンチ 1994)。 トラックが過充填されないようにするためのバックアップとして、タンクローリーに複数のセンサーがある場合があります。 過剰充填は、深刻な安全上および健康上の問題を引き起こす可能性があります。

専用化学サービスの鉄道車両には、車内にレベルセンサーが取り付けられている場合があります。 非専用車両の場合、フロー トータライザーが鉄道車両に送られる液体の量を制御し、所定の設定でリモート コントロール ブロック バルブを自動的に閉じます (Lipton and Lynch 1994)。 充填前に液体が容器に残っているかどうかを判断するために、両方の容器タイプを調査する必要があります。 多くの鉄道車両には、このサービスに使用できる手動レベル インジケーターがあります。 ただし、レベルが大気への小さなレベル スティック ベントを開くことによって表示される場合、この手順は、ロードされた化学物質の一部の毒性のため、適切に管理および承認された条件下でのみ実行する必要があります。

アンローディング

化学物質の蒸気圧が非常に高く、鉄道車両やタンクローリーの圧力が比較的高い場合、化学物質はそれ自体の蒸気圧で荷降ろしされます。 蒸気圧がアンロード手順を妨げるレベルまで低下した場合は、窒素ガスを注入して十分な圧力を維持することができます。 同じ薬品のタンクからの蒸気を圧縮して注入し、圧力を上げることもできます。

ベンゼンのような蒸気圧が比較的低い有毒化学物質の場合、液体は窒素圧下で排出されるため、ポンプが不要になり、システムが簡素化されます (Lipton and Lynch 1994)。 このサービスのタンクローリーと鉄道車両は、遭遇する圧力と変動に対処できる設計圧力を備えています。 ただし、コンテナを降ろした後の低圧は、タンクローリーまたは鉄道車両が補充されるまで維持されます。 負荷中に圧力が再構築されます。 ローディング中に十分な圧力が得られない場合は、窒素を追加できます。

積み降ろし作業における問題の 1994 つは、積み降ろし施設のラインや設備の排水とパージです。 有毒な化学物質の痕跡をすべて除去するために、窒素パージには閉鎖ドレーンと特に低点ドレーンが必要です。 これらの材料はドラム缶に集められ、受け取り施設または回収施設に戻されます (Lipton and Lynch XNUMX)。

 

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