Bezpečnost chemických výrob N111001

Prezentace na téma: "Bezpečnost chemických výrob N111001"— Transkript prezentace:

1 Bezpečnost chemických výrob N111001
Petr Zámostný místnost: A-72a tel.:

2 Rizika spojená s hořlavými látkami
Povaha procesů hoření a výbuchu Požární charakteristiky látek Prostředky snížení nebezpečí požáru nebo exploze

3 Fakta o požárech a explozích
Nejčastější typ havárie v chem. průmyslu požár výbuch uvolnění toxické látky Nejčastější zdroj výbuchu páry organického rozpouštědla Spálení (výbuch) 1 kg toluenu uvolní se energie ~ 40 MJ dokáže zničit chemickou laboratoř může způsobit ztráty na životech

4 Hoření Exploze „Rychlá, exotermní oxidace za vzniku plamene”
„Hoření s rychlým uvolňováním energie za vzniku tlakové vlny”

5 Hoření × Exploze Hoření uvolňuje energii relativně pomalu, exploze velmi rychle Hoření může přejít v explozi a naopak Exploze – prudké rozpínání plynů = tlaková vlna mechanická exploze exploze způsobená chemickou reakcí

6 Hoření uhlovodíku Kouř, plameny

7 Hoření sirouhlíku Žádný kouř, plameny téměř nejsou vidět

8 Hoření methanu Typicky hoří v zásobníku

9 Hoření prachových částic
Typicky probíhá vně zásobníku

10 Požární trojúhelník Vzduch (oxidovadlo) Palivo Hoří Iniciační energie

11 Dostatečné množství/energie
Složky trojúhelníku Palivo Plyn - acetylen, metan, vodík, LPG Kapalina – benzín, aceton, ether, hexan Pevná látka – plasty, hořlavé prachy Oxidovadlo Plyn – O2, F2, Cl2 Kapalina – H2O2, HClO3, HNO3 Pevná látka – peroxidy, KClO3 Iniciátory Teplo, plamen, jiskry, statická elektřina Dostatečné množství/energie

12 Aplikace trojúhelníku
Vzduch (oxidovadlo) Palivo Vzduch (oxidovadlo) Palivo Iniciační energie Iniciační energie Zabránění iniciaci = nemůže dojít k hoření Problém: Iniciační zdroje jsou všudypřítomné Robustní prevence hoření = zabránění vzniku hořlavé směsi

13 Požární charakteristiky látek
Charakteristické teploty Bod vzplanutí Bod hoření Teplota samovznícení Koncentrační rozmezí Meze výbušnosti Limitní koncentrace kyslíku

14 Bod vzplanutí (Flash Point)
„Teplota, při níž hořlavá látka vytvoří dostatek par k tomu, aby se vzduchem tvořily hořlavou směs” Hoření potřebuje dodatečnou iniciaci Vzplanutí je pouze dočasné Závisí na tlaku Při teplotách pod teplotou vzplanutí není možné zapálení, protože tlak par látky je příliš malý k tomu, aby se vytvořily zápalné směsi par se vzduchem. To však neznamená, že při teplotách pod teplotou vzplanutí neexistují nebezpečí požáru. Zdrojem zapálení může být látka velmi rychle zahřátá na svou teplotu vzplanutí.

15 Měření bodu vzplanutí

16 Měření bodu vzplanutí „uzavřený kelímek“ „otevřený kelímek“

17 Určení bodu vzplanutí směsí
Experimentálně Z bodů vzplanutí složek v bodu vzplanutí směsi je parciální tlak hořlavé složky roven tenzi par čisté složky při jejím bodu vzplanutí je součet poměrů parciálních tlaků hořlavých složek jejich tenzím při jejich bodech vzplanutí roven 1 přesnost Raoultův zákon Tenze par nebo

18 Bod hoření (zápalnosti) (Fire Point)
Hoření potřebuje dodatečnou iniciaci Hoření je trvalé = produkuje teplo pro dostatečnou tvorbu dalších par Vyšší než bod vzplanutí „Teplota, při které páry nad hořlavou látkou po zapálení vytrvale hoří” Bod hoření leží výše než bod vzplanutí. Rozdíl mezi oběmi teplotami je u nízkovroucích kapalin velmi nepatrný, avšak vzrůstá se snižující se těkavostí kapaliny.

19 Teplota samovznícení (Autoignition temperature)
Hoření nepotřebuje dodatečnou iniciaci Vyšší než bod zápalnosti Vznícení se vyvolá poze působením tepla, bez dalšího iniciačního zdroje „Teplota, při které hořlavá látka samovolně vznítí”

20 Měření teploty samovznícení
Baňka je umístěna v pícce s regulovanou teplotou Hořlavá látka je vpravena dovnitř Vizuální identifikace vznícení odkaz

21 Příklady hodnot TFP, °C Methanol 12 Benzen -11 Benzin -40 TAIT, °C
538 Methanol 464 Toluen 536

22 Meze výbušnosti NEHOŘÍ VYBUCHUJE NEHOŘÍ Dolní mez Výbušnosti
xhořlaviny 100 % vzduchu 100 % par hořlaviny NEHOŘÍ VYBUCHUJE HOŘÍ NEHOŘÍ Oblast výbušnosti Dolní mez Výbušnosti (LEL, LFL) Horní mez Výbušnosti (UEL, UFL)

23 Příklady hodnot acetylen 1,2 - 80,0 % svítiplyn 5,8 - 63,0 %
amoniak 15,5 - 31,0 % zemní plyn 4,3 - 15,0 % oxid uhelnatý 12,5 - 75,0 % sirovodík 4,3 - 45,5 % methan 5,0 - 15,0 % vodík 4,0 - 74,2 % benzín 1,1 - 6,0 % aceton 1,6 - 15,3 % butan 1,6 - 8,5 % sirouhlík 1,3 - 50,0 % propan 1,9 - 9,5 % gener. plyn 21,0 - 74,0 % Jako koncentraci, která není nebezpečná výbuchem, je možné označit koncentraci, která nepřekročí 50 % dolní meze výbušnosti.

24 Měření mezí výbušnosti

25 Měření mezí výbušnosti

26 Měření mezí výbušnosti
Testování směsí různého složení Hledání mezních hodnot

27 Chování mezí výbušnosti
Závislost na teplotě měření empirické rovnice % obj. t Hc … spalné teplo kcal.mol-1 EMPIRICKÝ VZTAH

28 Výpočty mezí výbušnosti
Vliv tlaku malý vliv na LFL značný vliv na UFL UFL P [Mpa] P [Mpa] EMPIRICKÝ VZTAH

29 Charakteristiky ve fázovém diagramu

30 Výpočty mezí výbušnosti
Směsi par – Le Chatelierova rovnice Předpoklady konstantní tepelná kapacita produktů podobný adiabatický teplotní ohřev podobná kinetika spalování

31 Odhad mezí výbušnosti Empirický odhad ze složení látky
platí dobře pro uhlovodíkové směsi stechiometrická koncentrace Cst z rovnice hoření obsah O2 ve vzduchu

32 Minimální koncentrace kyslíku
Minimální koncentrace kyslíku potřebná k propagaci hoření Směs nevybuchuje ač je v rozmezí výbušnosti, není-li obsah kyslíku alespoň roven MOC Snížení obsahu kyslíku pod MOC je možné přidáním inertu = INERTIZACE MOC (obj. % O2) Methan 12 Ethan 11 Vodík 5

33 Diagram hořlavosti

34 Diagram hořlavosti K čemu slouží Komplikace Posouzení hořlavosti směsi
Řízení procesů s nebezpečím vzniku hořlavé směsi Komplikace Vyžaduje experimentální data Závisí na typu chemické látky Závisí na teplotě a tlaku

35 Odečítání z diagramu 100 20 % O2 Hořlavá látka 15 % 100 N2 65 % 100
100 20 % O2 Hořlavá látka 15 % 100 N2 65 % 100 ! Každý bod odpovídá složení celé směsi, jednotlivé složky dávají součet = 100

36 Diagram: přímka vzduchu
100 přímka vzduchu (všechny možné směsi hořlavé látky se vzduchem) O2 Hořlavá látka Horní mez výbušnosti oblast hořlavosti Spodní mez výbušnosti 100 N2 79 % N2, 21 % O2 100

37 Diagram: přímka stechiometrie
100 hořlavá látka + m O2  produkty O2 Hořlavá látka m / (1 + m) oblast hořlavosti přímka stechiometrie (všechny možné stechiometrické směsi hořlavé látky s kyslíkem) 100 N2 100

38 Diagram: MOC 100 přímka minimální koncentrace kyslíku O2 Hořlavá látka
100 přímka minimální koncentrace kyslíku O2 Hořlavá látka oblast hořlavosti 100 N2 100

39 Přibližný diagram přímka vzduchu 100 meze výbušnosti
100 meze výbušnosti hořlavá látka + m O2  produkty MOC meze výbušnosti v O2 O2 oblast hořlavosti Hořlavá látka 100 N2 100

40 Experimentální diagram

41 Diagram: míchání směsí
Směs vzniklá mícháním směsí leží na jejich spojnici x/y = n(A)/n(B) 100 O2 Hořlavá látka A M B 100 x y N2 100 ! Každý bod odpovídá složení celé směsi, jednotlivé složky dávají součet = 100

42 Diagram: míchání směsí
postupné ředění směsi B směsí A 100 O2 Hořlavá látka A M B 100 N2 100 ! Každý bod odpovídá složení celé směsi, jednotlivé složky dávají součet = 100

43 Aplikace: odstavení tlakového zásobníku
START 1. Odstavení tlaku 100 2. Vhánění vzduchu O2 Hořlavá látka oblast hořlavosti 100 CÍL N2 100

44 Aplikace: odstavení tlakového zásobníku
START 1. Odstavení tlaku 100 2. Vhánění dusíku 3. Vhánění vzduchu O2 Hořlavá látka oblast hořlavosti 100 CÍL N2 100

45 Hořlavé kapaliny podle ČSN
Třídy nebezpečnosti: I. třída nebezpečnosti teplota vzplanutí do 21°C, II. třída nebezpečnosti nad 21°C do 55°C, III. třída nebezpečnosti nad 55° C do 100°C, IV. třída nebezpečnosti nad 100°C do 250°C. Teplotní třídy: T1 - teplota vznícení nad 450 °C, T2 - teplota vznícení 300 až 450 °C, T3 - teplota vznícení 200 až 300 °C, T4 - teplota vznícení 135 až 200 °C, T5 - teplota vznícení 100 až 135 °C, T6 - teplota vznícení 85 až 100 °C

46 Hořlavé kapaliny podle S-vět
extrémně hořlavé kapaliny s bodem vzplanutí do 0 °C nebo látky vznětlivé při styku se vzduchem za normálních podmínek vysoce hořlavé kapaliny s bodem vzplanutí do 21 °C; látky u kterých může za normálních podmínek dojít k zahřívání a samovznícení; pevné látky které se mohou vznítit a dále hořet po krátkém styku se zápalným zdrojem; látky uvolňující ve styku s vlhkostí vysoce hořlavé plyny Hořlavé s bodem vzplanutí mezi °C

47 Úkoly na cvičení