Bezpečnost chemických výrob N111001

1. Bezpečnost chemických výrobN111001 Petr Zámostnýmístnost: A-72atel.: 4222e-mail: petr.zamostny@vscht.cz

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 „Rychlá, exotermní oxidace za vzniku plamene” Exploze „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. Vzduch (oxidovadlo) Palivo Iniciační energie Požární trojúhelník Hoří

11. 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. Vzduch (oxidovadlo) Vzduch (oxidovadlo) Palivo Palivo Iniciační energie Iniciační energie Aplikace trojúhelníku 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. „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 Bod vzplanutí (Flash Point) 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. Tenze par nebo 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

18. „Teplota, při které páry nad hořlavou látkou po zapálení vytrvale hoří” Hoření potřebuje dodatečnou iniciaci Hoření je trvalé = produkuje teplo pro dostatečnou tvorbu dalších par Vyšší než bod vzplanutí Bod hoření (zápalnosti) (Fire Point) 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, při které hořlavá látka samovolně vznítí” Hoření nepotřebuje dodatečnou iniciaci Vyšší než bod zápalnosti Vznícení se vyvolá poze působením tepla, bez dalšího iniciačního zdroje Teplota samovznícení(Autoignition temperature)

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

21. Příklady hodnot

22. Meze 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. Závislost na teplotě měření empirické rovnice Chování mezí výbušnosti % 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. Směsi par – Le Chatelierova rovnice Předpoklady konstantní tepelná kapacita produktů podobný adiabatický teplotní ohřev podobná kinetika spalování Výpočty mezí výbušnosti

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

33. Diagram hořlavosti

34. Diagram hořlavosti • K čemu slouží • 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 0 100 20 % O2 Hořlavá látka 15 % 100 0 0 N2 65 % 100 ! Každý bod odpovídá složení celé směsi, jednotlivé složky dávají součet = 100

36. Diagram: přímka vzduchu 0 100 přímka vzduchu (všechny možné směsi hořlavé látky se vzduchem) O2 Hořlavá látka Horní mez výbušnosti oblast hořlavosti Spodní mez výbušnosti 100 0 0 N2 79 % N2, 21 % O2 100

37. Diagram: přímka stechiometrie 0 100 hořlavá látka + m O2produkty O2 Hořlavá látka m / (1 + m) oblast hořlavosti přímka stechiometrie (všechny možné stechiometrické směsi hořlavé látky s kyslíkem) 100 0 0 N2 100

38. Diagram: MOC 0 100 přímka minimální koncentrace kyslíku O2 Hořlavá látka oblast hořlavosti 100 0 0 N2 100

39. oblast hořlavosti Přibližný diagram přímka vzduchu 0 100 meze výbušnosti hořlavá látka + m O2produkty MOC meze výbušnosti v O2 O2 Hořlavá látka 100 0 0 N2 100

40. Experimentální diagram

41. Diagram: míchání směsí • Směs vzniklá mícháním směsí leží na jejich spojnici • x/y = n(A)/n(B) 0 100 O2 Hořlavá látka A M B 100 0 0 x N2 y 100 ! Každý bod odpovídá složení celé směsi, jednotlivé složky dávají součet = 100

42. Diagram: míchání směsí • postupné ředění směsi B směsí A 0 100 O2 Hořlavá látka A M B 100 0 0 N2 100 ! Každý bod odpovídá složení celé směsi, jednotlivé složky dávají součet = 100

43. START CÍL Aplikace: odstavení tlakového zásobníku 0 1. Odstavení tlaku 100 2. Vhánění vzduchu O2 Hořlavá látka oblast hořlavosti 100 0 0 N2 100

44. START CÍL Aplikace: odstavení tlakového zásobníku 0 1. Odstavení tlaku 100 2. Vhánění dusíku 3. Vhánění vzduchu O2 Hořlavá látka oblast hořlavosti 100 0 0 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 21-55 °C

47. Úkoly na cvičení