Bezpečnost chemických výrob N111001 Petr Zámostný místnost: A-72a tel.: 4222 e-mail: petr.zamostny@vscht.cz
Specifická rizika chemických reakcí Reaktivita látek Laboratorní měření reaktivity Reaktory s exotermní reakcí
Rizika spojená s chemickými reakcemi Chemické reakce mají potenciál uvolnit energii zvýšení teploty zvýšení tlaku chemickou látku zvýšení tlaku (plyn) toxickou hořlavou korozivní
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
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)
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
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
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
Měření v ARC
Data změřitelná ARC Maximální tlak a teplota dosažitelná v uzavřeném systému Maximální rychlost ohřívání reakčním teplem Adiabatický teplotní ohřev Reakční teplo Startovací teplota reakce
Ujetí teploty v reaktoru Chemické reaktory s exotermní reakcí chlazení - H r Možné příčiny porucha chlazení zvýšená teplota zvýšená rychlost produkce tepla Možné následky zvýšení teploty následné zvýšení tlaku tepelný výbuch
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
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
Použití průtržných membrán
Cvičení Vprůtočném míchaném reaktoru (válec d = 1 m, h = 1 m) probíhá exotermní reakce. Reakční teplo reakce je H r = -180 000 J.mol -1. Rychlost reakce při 0 C je 0,1 mol.m -3.s -1, aktivační energie reakce je 20 000 J.mol -1. Reakční 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 médiem o teplotě 20 C. Koeficient prostupu tepla je K = 500 J.s -1.m -2.K -1. Bilancujte pro zjednodušení pouze prostor reakční směsi v ustáleném stavu. Předpokládejte, že průtok chladiva je dostatečný pro udržení zadané teploty chladiva. Rovněž předpokládejte, že reakční směs je do reaktoru přiváděna při stejné teplotě jako reaktor opouští, takže entalpie vstupujícího a vystupujícího proudu není třeba do bilance zahrnovat. Vypočítejte teplotu stabilního a nestabilního ustáleného stavu reaktoru za uvedených podmínek. Čím a jak se mohou teploty ustálených stavů změnit bez konstrukční úpravy reaktoru?