Bezpečnost chemických výrob N111001

Transkript

1 Bezpečnost chemických výrob N Petr Zámostný místnost: A-72a tel.: Specifická rizika chemických reakcí Reaktivita látek Laboratorní měření reaktivity Reaktory s exotermní reakcí 1

2 Rizika chemických reakcí q5e1g 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

3 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

4 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

5 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

6 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 Tlaková schránka Ohřev Cela Ohřev 6

7 Měření v ARC Konstantní rychlost ohřevu Záznam teploty nereaktivní látka (směs) teplota q mc p dt dt q [W]... příkon čas Měření v ARC Záznam teploty reaktivní látka (směs) teplota dt/dt rychlost samovolného ohřívání (dt/dt) max čas čas Podobně lze sledovat i závislost tlaku 7

8 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 chlazení -ΔH r Možné příčiny porucha chlazení zvýšená teplota zvýšená rychlost produkce tepla Možné následky zvýšení teploty následné zvýšení tlaku tepelný výbuch 8

9 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

10 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

11 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 H r = J mol -1. Rychlostní konstanta reakce při 0 C je 1E-4 s -1, aktivační energie reakce je J mol -1. Reakční i chladící směs má hustotu 1000 kg m -3 a specifické teplo c p = 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 = 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 mol/m 3. Počáteční teplota reakční směsi je shodná s teplotou vstupujícího proudu Ti = 45 C. Chladící prostor je ideálně míchán a jeho objem je 0,2 m 3. Vytvořte dynamický model chování reaktoru a chladicího systému v čase Prostudujte vliv parametrů reakce a chlazení na chování systému 11