Perché la sicurezza del processo termico?

La fuoriuscita di isocianato di metile da un impianto di produzione di pesticidi della Union Carbide, avvenuta il 3 dicembre 1984 in India, viene talvolta definita come il "più devastante disastro chimico della storia". [3] Migliaia di persone sono morte a causa di questo incidente.

L'incidente di Seveso, avvenuto il 10 luglio 1976 presso l'impianto chimico Icmesa di Meda, vicino a Milano, ha provocato il rilascio massiccio di diossina TCDD (nome chimico: 2,3,7,8-tetraclorodibenzodiossina) [4]. L'incidente ha dato il nome al regolamento europeo 2012/18/UE "sul controllo del pericolo di incidenti rilevanti connessi con determinate sostanze pericolose", noto come Direttiva Seveso III.

Fortunatamente, questi incidenti gravi sono molto rari, ma di tanto in tanto si verificano incidenti minori. Ad esempio, circa il 25% degli incidenti nell'industria chimica francese tra il 1974 e il 2014 può essere attribuito a reazioni di Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica [5]. In Cina, le reazioni di Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica sono state responsabili di 271 incidenti tra il 1984 e il 2019 [6]. Negli Stati Uniti, 167 incidenti legati a reazioni di Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica si sono verificati tra il 1985 e il 2001 [7].

Recentemente, le reazioni di Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica nelle batterie agli ioni di litio, utilizzate nelle auto elettriche, nelle biciclette e negli scooter elettrici, hanno fatto notizia. Nel luglio 2023, un incendio è scoppiato su un trasportatore di auto con 3000 veicoli vicino alla costa olandese.

Cos'è la sicurezza dei processi termici?

L'obiettivo della sicurezza dei processi termici è consentire che le reazioni chimiche avvengano in modo controllato e prevenire la Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica.

L'analisi del rischio come questione importante

Per raggiungere il suddetto obiettivo, i rischi di una reazione chimica o delle sostanze chimiche utilizzate devono essere sistematicamente determinati e valutati e devono essere adottate misure appropriate per ridurre al minimo i pericoli. Ciò avviene in un'analisi dettagliata dei rischi che viene effettuata in casi quali:

• Quando si introduce un nuovo processo di sintesi (scale-up)
• Quando si modifica/ottimizza un processo esistente in relazione a
  • quantità e tipo di reagenti
  • Quantità e tipo di solventi
  • Sequenza di aggiunta
  • Condizioni di processo
• Quando si trasferisce il sito di produzione
  • da un reattore a un altro
  • da un impianto a un altro o
  • da un paese a un altro

Dallo sviluppo alla produzione, le quantità di materiale aumentano da mg a kg o addirittura a tonnellate. Allo stesso modo, aumentano anche i pericoli legati alla manipolazione di solventi infiammabili e di sostanze/reazioni energetiche.

Cosa può succedere se una reazione sfugge al controllo, ad esempio a causa di un guasto al sistema di raffreddamento:

Per identificare, quantificare e comprendere i potenziali pericoli, rischi e pericoli per l'ambiente di lavoro, si possono utilizzare varie tecniche e modelli.

La sicurezza prima di tutto! - Determinazione dei parametri chiave

La Federazione Europea di Ingegneria Chimica (EFCE) definisce il termine "rischio" come una misura del potenziale di danno all'ambiente o alle persone in termini di probabilità e gravità. Questa relazione è spesso espressa nella forma della seguente equazione:

Rischio = Gravità x Probabilità[8]

Per determinare le debolezze intrinseche di un processo, vengono descritti e analizzati gli scenari di incidente in relazione alla gravità e alla probabilità di accadimento previste. Il risultato può essere una matrice di rischio.
Esempio dei criteri per la valutazione del rischio (secondo [9]):

Gravità: Più alta è la temperatura, più alta è la pressione, più alto è il danno previsto
Probabilità: Più breve è il tempo rimanente per ripristinare una situazione di sicurezza, maggiore è la probabilità di una reazione di Fuga termicaUna fuga termica è la situazione in cui un reattore chimico è fuori controllo rispetto alla produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione chimica stessa. La simulazione di una fuga termica viene solitamente effettuata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo la calorimetria accelerata (ARC).fuga termica.

_ΔTad indica l'aumento di temperatura in condizioni adiabatiche ed è una misura delle conseguenze di una reazione di fuga; _TMRad indica il tempo di raggiungimento della velocità massima in condizioni adiabatiche.

Cosa sono le condizioni adiabatiche?
AdiabaticoL'adiabatico descrive un sistema o una modalità di misurazione senza alcuno scambio di calore con l'ambiente circostante. Questa modalità può essere realizzata utilizzando un dispositivo calorimetrico secondo il metodo della calorimetria a velocità accelerata (ARC). Lo scopo principale di tale dispositivo è quello di studiare scenari e reazioni di fuga termica. Una breve descrizione della modalità adiabatica è "nessun calore in entrata - nessun calore in uscita".Adiabatico significa: Nessun scambio di calore tra un sistema e il suo ambiente. Se il calore non può essere scaricato durante una reazione esotermica, questo è Lo scenario peggioreIn relazione a un reattore chimico, lo scenario peggiore è la situazione in cui la produzione di temperatura e/o pressione causata dalla reazione va fuori controllo.lo scenario peggiore. Tutta l'energia rilasciata dalla reazione aumenta la temperatura del sistema.

Che cos'è il TMR?

Il tempo di raggiungimento della velocità massima è il tempo che intercorre tra l'inizio di una reazione esotermica e il punto di massima velocità di reazione. In altre parole, il tempo necessario perché si sviluppi un'esplosione termica.
Secondo la regola di Van't Hoff, la velocità di reazione raddoppia con un aumento di temperatura di 10 K [8].

tMR è una specifica temporale, mentre _TMR24h (o _TD24, D = Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione) è una temperatura: la temperatura alla quale TMR è di 24 ore. A volte, tuttavia, vengono utilizzati anche altri tempi come base di calcolo, ad esempio 8 ore come misura per uno strato.

Esempio di diagramma di flusso per la valutazione dei rischi chimici (secondo [10]):

I metodi di analisi termica (calorimetria differenziale dinamica, analisi termogravimetrica, calorimetria adiabatica) servono per valutare la Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica.

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NETZSCH Analyzing & Testing è il vostro fornitore completo di soluzioni nel campo della sicurezza termica. Offriamo strumenti di analisi insieme al software appropriato per la previsione e la simulazione:

Per gli studi di valutazione del rischio termico, la calorimetria differenziale a scansione(DSC) è il metodo più comunemente utilizzato. Sono inclusi anche la calorimetria a velocità accelerata (ARC^® ) (vedi diagramma di flusso). Il calorimetro a moduli multipli Calorimetro a moduli multipli (MMC)Un dispositivo calorimetrico a modalità multipla costituito da un'unità di base e da moduli intercambiabili. Un modulo è predisposto per la calorimetria a velocità accelerata (ARC), il modulo ARC. Un secondo modulo è utilizzato per i test di scansione (Scanning Module) e un terzo e quarto modulo sono relativi a batterie e polimeri, test farmaceutici per celle a moneta (Coin Cell Module).MMC occupa una posizione speciale, poiché può essere utilizzato sia per le procedure di screening (modulo a scansione) sia per i test ARC^® (moduloARC ).

Il protocollo di prova standard per le misurazioni ARC^® è chiamato Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search è una modalità di misurazione utilizzata nei dispositivi calorimetrici secondo la calorimetria a velocità accelerata (ARC).Heat-Wait-Search [11]. Il campione viene riscaldato in fasi successive e controllato per l'autoriscaldamento in una corrispondente fase di attesa (vedi diagramma). Se viene superato un certo valore soglia di autoriscaldamento (di solito 0,02 K/min), il sistema di misura passa alla modalità di inseguimento e misura l'aumento di temperatura che si verifica.

Schema di un esperimento su Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search è una modalità di misurazione utilizzata nei dispositivi calorimetrici secondo la calorimetria a velocità accelerata (ARC).heat-wait-search [12]

Secondo la norma ASTM E1981 [11], la quantità di calore rilasciata può essere determinata dall'aumento di temperatura osservato, _ΔTobs, moltiplicandolo per l'Inerzia termicaL'inerzia termica è equivalente al fattore PHI. Entrambi descrivono il rapporto tra la massa e la capacità termica specifica di un campione o di una miscela di campioni rispetto a quella del recipiente o del contenitore del campione.inerzia termica (o fattore Phi), _ΔTad, e moltiplicando il prodotto, a sua volta, per la capacità termica del contenitore del campione.

Il_TMR24h o_TD24 può essere calcolato sulla base di vari modelli cinetici.

Grazie al nuovo software Termica Neo, è possibile simulare il comportamento termico dei prodotti chimici in large volumi (reattori, silos, ecc.).

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