Bezpečnost chemických výrob N111001

29.11.2011

Bezpečnost chemických výrob N111001 Petr Zámostný místnost: A-72a tel.: 4222 e-mail: [email protected]

Specifická rizika chemických reakcí

 Reaktivita látek  Laboratorní měření reaktivity  Reaktory s exotermní reakcí

1

29.11.2011

Rizika chemických reakcí  http://www.youtube.com/watch?v=C561PC q5E1g  http://www.youtube.com/watch?v=sRuz9b zBrtY

Rizika spojená s chemickými reakcemi  Chemické reakce mají potenciál uvolnit  energii  zvýšení teploty  zvýšení tlaku

 chemickou látku    

zvýšení tlaku (plyn) toxickou hořlavou korozivní

2

29.11.2011

Rizika spojená s chemickými reakcemi  Přičiny havárií způsobených reakcí  uvolnění energie nebo látky je prudké  uvolnění energie nebo látky je neočekávané

 Obtížná charakterizace (kvantifikace) rizika  široké spektrum možných scénářů    

nečistoty katalytické efekty změny koncentrace na vstupu poruchy zařízení

Rizika spojená s chemickými reakcemi  Obtížná charakterizace (kvantifikace) rizika  široké spektrum možných scénářů    

akumulace nezreagované suroviny špatné promíchávání reakce v nežádoucích místech vedlejší reakce

3

29.11.2011

Nebezpečné chemické reakce  Jedna reagující látka  polymereace  rozklad  iniciace teplotou, mechanicky

 izomerace  disproporcionace

Nebezpečné chemické reakce  Více reagujících látek  látky reagující s kyslíkem  látky oxidující  látky reagující s vodou  reakce s nedokonale prozkoumaným chemismem  řetězové reace (radikálové)

4

29.11.2011

Lokace rizik  Skladování  nepromíchávaný zásobník  velká zádrž, možné fázové rozhraní

 Míchání a jiné fyzikální operace  změna koncentrace, specifického povrchu  absorbce energie

 Chemické operace

Data o reaktivních látkách  (MSDS)  Je třeba vycházet ze znalosti konkrétních látek a jejich reakcí +    

jak jejich chování ovlivní teplota, stechiometrie, nečistoty nehomogenita

5

29.11.2011

Testování reaktivních látek  Sledování chování směsí v malých množstvích v laboratoři (závislost na teplotě)  Ohřev v kalorimetru  ARC = accelerated rate calorimetry  klasický kalorimetr = prohledávání intervalu

 Měření tepla uvolněného rekcí

ARC

Ohřev Cela Tlaková schránka

Ohřev

6

29.11.2011

Měření v ARC  Konstantní rychlost ohřevu  Záznam teploty  nereaktivní látka (směs) q  mcp

teplota

dT dt

q [W] ... příkon

čas

Měření v ARC  Záznam teploty  reaktivní látka (směs) dT/dt

teplota

rychlost samovolného ohřívání (dT/dt)max

čas

čas

 Podobně lze sledovat i závislost tlaku

7

29.11.2011

Data změřitelná ARC  Maximální tlak a teplota dosažitelná v uzavřeném systému  Maximální rychlost ohřívání reakčním teplem  Adiabatický teplotní ohřev  Reakční teplo, rychlost vývoje tepla  Kinetické parametry  „Startovací teplota reakce“  Doba do maximální teploty

„Ujetí“ teploty v reaktoru  Chemické reaktory s exotermní reakcí  Možné příčiny

-ΔHr

 porucha chlazení  zvýšená teplota  zvýšená rychlost produkce tepla

 Možné následky chlazení

 zvýšení teploty  následné zvýšení tlaku  tepelný výbuch

8

29.11.2011

Technické příčiny „ujetí“  Porucha v chladícím systému  závada na potrubí  výpadek čerpadla

 Zvýšení teploty  vnější požár  lokální přehřátí při vyřazení míchadla

 Zvýšení produkce tepla  záměna látek, katalyzátor  zvýšený nástřik

Prevence ujetí teploty  Prevence příčin  rezerva v systému chlazení  nouzové chlazení

 Omezení následků  řízené uvolnění obsahu  pojistný ventil  průtržná membrána, kotouč

9

29.11.2011

Pružinové pojistné ventily

Průtržné membrány  Výhody  nulové propouštění  snadná úprava pro antikorozní vlastnosti  odolnost k nečistotám

 Nevýhody  neumožňují zpětné uzavření  citlivost na teplotu, poškození  nutnost periodické výměny

10

29.11.2011

Kontrola úniku  Únik z pojistného ventilu je třeba kontrolovat      

Snížení rychlosti úniku Flash Kondenzátory Vypírky Fléry Záchytné tanky

Cvičení V průtočném míchaném reaktoru (válec d = 1 m, h = 1 m) probíhá exotermní reakce prvního řádu. Reakční teplo reakce je Hr = -180 000 J mol-1. Rychlostní konstanta reakce při 0 °C je 1E-4 s-1, aktivační energie reakce je 40 000 J mol-1. Reakční i chladící směs má hustotu 1000 kg m-3 a specifické teplo cp = 4000 J kg-1 K-1. Reaktor je chlazen po celém povrchu pláště, vstupní teplota chladícího média je 20 °C. Koeficient prostupu tepla je K = 30000 J s-1 m-2 K-1. Průtok reakční směsi je 5 l/s, chladícího média 30 l/s. Koncentrace výchozí látky v reakční směsi je 20 000 mol/m3. Počáteční teplota reakční směsi je shodná s teplotou vstupujícího proudu Ti = 45 °C. Chladící prostor je ideálně míchán a jeho objem je 0,2 m3.  

Vytvořte dynamický model chování reaktoru a chladicího systému v čase Prostudujte vliv parametrů reakce a chlazení na chování systému

11