Bezpečnostní inženýrství - Chemické procesy -

Transkript

1 Bezpečnostní inženýrství - Chemické procesy - M. Jahoda

2 Nebezpečí a prevence chemických procesů 2 Chemické reakce Tepelné efekty exotermní procesy (teplo se uvolňuje => nutnost chlazení) endotermní procesy (teplo se spotřebovává => nutnost ohřevu) Chemické reakce mají potenciál uvolnit energii zvýšení teploty zvýšení tlaku chemickou látku zvýšení tlaku (plyn) toxickou hořlavou korozivní Při změně základních parametrů chemických procesů dochází k havarijním situacím.

3 Ohřev Zdroje tepla 3 přímé zdroje kouřové plyny tepelné záření ohniště elektrický proud nepřímý ohřev/chlazení teplonosné látky vodní pára, horká voda minerální oleje syntetické organické teplonosné látky o Dowtherm = 26% bifenyl (C 12 H 10 ) a 74% difenyléter (C 12 H 10 O) taveniny kovů (sodík, směs sodíku a draslíku: do 500 C) solanka ( do teplot cca -20 C) NH 3 odpadní plyny a kapaliny

4 Ohřev Nasycená vodní pára 4 = nejrozšířenější způsob ohřevu, má při daném tlaku přesně definovanou teplotu Používá se nízkotlaká pára má přetlak 0,07 MPa (0,7 bar), tj. teplota 115,2 C na mezi sytosti středotlaká pára přetlak 0,07 až 1,6 MPa (0,7 až 16 bar), tj. teplota 115,2 až 204,3 C na mezi sytosti Zařízení přímé vstřikování směšovací ohřívače nepřímo topné hady duplikátor Výroba topné páry

5 Ohřev - nasycená vodní pára Nebezpečí a prevence přímého ohřevu 5 ohřev hořlavých kapalin teplota ohřevu v blízkosti teplotních hranic výbušnosti možnost tvorby výbušné koncentrace snížení tlaku topné páry + tlak v zařízení vyšší než tlak topné páry možnost zpětného toku ohřívaného obsahu do kotle => možnost výbuchu instalace zpětné klapky chybná regulace nebezpečí lokálního přehřátí Zpětná klapka

6 Ohřev - nasycená vodní pára Nebezpečí a prevence nepřímého ohřevu 6 teplotní pnutí v materiálu porušení těsnosti výměníku smísení vodní páry s ohřívanou látkou zvýšení tlaku v zařízení nesprávná regulace přívodu ohřívané látky zátka (produkt tepelného rozkladu, polymerace) přehřátí kapaliny přívodem topné páry se zvýšenou teplotou zvýšeným přívodem topné páry automatická regulace zhoršený prostupu tepla vrstva usazenin (1 mm: 10-15%, 5 mm: 40-50%) inert (vzduch) v topné páře (5% vzduchu: 50%) odvzdušňování parního prostoru

7 Ohřev kouřové plyny a plameny 7 - při ohřevu látek nad teplotu vyšší než 180 C trubkové pece destilace ropy a mazutu tepelné a katalytické krakování dehydrogenace pyrolýza uhlovodíků teplonosné médium Nebezpečí spojené užití teplonosných médií dusičnan-dusitanová tavenina (40% NaNO 2, 7% NaNO 3, 53% KNO 3 ) snadno oxiduje a nitruje organické sloučeniny při nárůstu na C způsobuje oxidaci kovových součástí zařízení minerální oleje rozklad vzniku plynných a tuhých produktů, změny fyzikálních vlastností Dowtherm rozklad při teplotách od 450 C vysoká difúzní schopnost -> únik ze zařízení tuhne při teplotě 12 C (tvorba zátek )

8 Nebezpečí chemických procesů 8 Absorpce vyčištěný plyn EXSORBÉR směs plynu a páry kondenzátor ABSORBÉR kapalina dochlazovač (absorpční činidlo) výměník plyn zásobník (dělička) absorpční činidlo přívod směsi plynů obohacená směs ochuzená směs vařák topná pára kondenzát teplotní režim pod dolní hranicí výbušnosti nárůst teploty v absorbéru při poruše chlazení nebezpečí při oddělování hořlavých par ve směsi se vzduchem regulace výšky hladiny ve spodní části kolony přítomnost korozivních složek

9 Nebezpečí chemických procesů Adsorpce 9 - zachycení plynů, par a rozpuštěných látek na povrchu tuhých porézních látek Absorbenty silikagel aktivní uhlí hořlavý, za určitých podmínek samovznětlivý desorpce: promývání vodní parou Nebezpečí samovznícení exotermními oxidačními reakcemi a teplem vznikajícím při adsorpci teplota samovznícení narůstá s rostoucí velikostí zrn prachové částice se snadněji samovzněcují čím vyšší vrstva uhlí, tím lepší podmínky pro samovznícení doba adsorpce musí být kratší než doba samovznícení instalace záklopek a membránových pojistek

10 Nebezpečí chemických procesů Reaktory 10 - většinou uzavřené aparáty pracující za zvýšeného tlaku a teploty Možné příčiny poruch porušení látkové (hmotnostní) bilance porušení tepelné (energetické) bilance porušení tlakového režimu porušení rychlosti toku nástřiku surovin nebo odtahu produktů koroze a eroze nečistoty katalytické efekty mechanické poruchy zařízení Přičiny havárií způsobených reakcí uvolnění energie nebo látky je prudké uvolnění energie nebo látky je neočekávané

11 Nebezpečí chemických procesů Reaktory procesní problémy 11 Skladování nepromíchávaný zásobník velká zádrž, možné fázové rozhraní Míchání a jiné fyzikální operace změna koncentrace, specifického povrchu akumulace nezreagované suroviny špatné promíchávání reakce v nežádoucích místech Reakce reakce s nedokonale prozkoumaným chemismem vedlejší reakce řetězové reakce (radikálové) polymerace

12 Nebezpečí exotermních chemických procesů 12 Reaktory s exotermní reakcí - problém s ujetím teploty v reaktoru Možné příčiny 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 Možné následky zvýšení teploty následné zvýšení tlaku tepelný výbuch

13 Nebezpečí exotermních chemických procesů Reaktory s exotermní reakcí 13 Q[kW] Q r stabilní ustálený stav nestabilní ustálený stav C vyšší teplota = vyšší rychlost reakce při vysoké teplotě nelze dosáhnout stabilního ustáleného stavu T[K]

14 Nebezpečí exotermních chemických procesů Chlorace a hydrochlorace - zpracování uhlovodíků a organických sloučenin deriváty chlóru monomery pro výrobu polymerů, rozpouštědla,... Chlorace (hydrochlorace) za přítomnosti katalyzátorů nebo iniciátorů (HgCl 2, FeCl, AlCl 3 ) v plynné nebo kapalné fázi trubkové nebo kolonové reaktory Nebezpečí požár nebo výbuch (narušení látkové nebo tepelné bilance, koroze) změny parametrů, které ovlivňují reakční kinetiku poměr výchozích látek, teplota např. chlorace metanu v adiabatických reaktorech: odvod tepla přesným dávkováním metanu obsah chlóru v chlorovodíku např. při hydrochloraci acetylénu max. 0,001% chlóru v chlorovodíku lokální přehřátí na pevném katalyzátoru 14 instalace záklopek a membránových pojistek

15 Nebezpečí exotermních chemických procesů Polymerace 15 používají je hořlavé vstupní suroviny látky kapaliny monomery (styren, chloropren,...) plyny (ethen, propen, vinylchlorid, 1,3 butadien,...) tuhé látky (kaprolaktam, dimetyltereftalát,...) iniciátory organické peroxidy a hydroperoxidy (dibenzoylperoxid, kumylhydroperoxid) oxidační prostředky, nestálé při úderu a tření katalyzátory organokovové sloučeniny (např. triethylhliník výroba polyethylenu) těkavá, bezbarvá kapalina, silně pyroforická, při styku se vzduchem se okamžitě vznítí Požáry jsou většinou doprovázeny výbuchy, únikem hořlavých a toxických látek. instalace pojistných ventilů, záklopek a membránových pojistek Nejčastější příčina porušení teplotního režimu snížení odvodu reakčního tepla nárůst tlaku

16 Nebezpečí exotermních chemických procesů Nitrace nitrace aromatického jádra (barviva, výbušniny) reakce nitračních činidel (HNO 3, NO 2,...) s nenasycenými uhlovodíky nitrace alkanů a cykloalkanů 16 Nebezpečí únik toxických látek, požár nebo výbuch (narušení látkové nebo tepelné bilance, koroze) nedostatečný odvod tepla na d 90 C odpařování HNO 3, koroze co největší teplosměnné plochy mechanická porucha míchadla nebezpečí výbuchu inertizace, vypuštění do nádrže s vodou přítomnost oleje nebezpečí výbuchu nepoužívat olejové ucpávky oxidace organických látek vylučují se hnědé nitrační plyny, nárůst teploty směsi možnost exploze zabránění: složení nitrační směsi, odvod tepla, intenzivní míchání Ochrana instalace pojistných ventilů, záklopek a membránových pojistek