Corso di formazione: Studio e valutazione delle reazioni fuggitive

Studio e valutazione delle reazioni fuggitive

15 - 16 ottobre 2024 | ore 9:30 - 17:30
San Donato Milanese (MI) 

In ogni processo chimico esiste sempre la possibilità che la velocità di generazione del calore (per effetto dell’esotermicità della reazione) sia superiore alla velocità di smaltimento, per cui la massa di reazione subisce un aumento di temperatura indesiderato: una reazione fuggitiva è la conseguenza della perdita di controllo della temperatura della reazione. Questo fenomeno, definito anche esplosione termica, comporta un aumento della velocità di reazione, con il possibile raggiungimento di una temperatura alla quale iniziano reazioni secondarie di decomposizione con aumento di pressione.

Gli incidenti provocati da reazioni fuggitive sono alquanto numerosi e le cause principali risultano equamente suddivise tra:

• assenza di conoscenze della chimica/termochimica del processo;

• inadeguata capacità di smaltimento del calore;

• errori operativi;

• errori nella progettazione.

Per evitare le condizioni che possono portare ad una esplosione termica è quindi necessario avere una completa conoscenza della chimica e della termochimica (dati cinetici e termodinamici) della reazione desiderata e delle possibili reazioni secondarie, oltre che delle caratteristiche di stabilità termica e delle proprietà fisiche dei reagenti, degli intermedi e dei prodotti.

Non è sufficiente che i vari stadi del processo siano stati realizzati senza incidenti su scala di laboratorio, poiché le condizioni dell'impianto sono molto diverse. In altre parole, il fattore decisivo per la riduzione dei pericoli di natura termica è la conoscenza.

L’obiettivo di questo corso è quello di addestrare i partecipanti a identificare e a valutare i pericoli connessi con le reazioni fuggitive e di illustrare le moderne tecniche calorimetriche e termoanalitiche disponibili per misurare e quantificare tali pericoli. I partecipanti al corso impareranno a interpretare i dati di laboratorio e a scegliere le varie opzioni ingegneristiche per eliminare o ridurre i pericoli.

Destinatari: Il corso è rivolto ai responsabili delle ricerche, ai responsabili della progettazione, gestione, manutenzione, modifica di impianti, ai responsabili della sicurezza, ai funzionari tecnici della Pubblica Amministrazione che per le loro funzioni sono interessati alla sicurezza di processo. È rivolto anche ai neolaureati interessati a conseguire una specializzazione nel settore.

Contenuti del corso 

1. Aspetti di sicurezza nello sviluppo di processi chimici

Le combustioni esplosive e le reazioni fuggitive
Le reazioni fuggitive e differenze dalle combustioni esplosive. Teoria dell’esplosione termica. Condizioni adiabatiche.

Sostanze instabili e reattive
Definizione di reattività. DH di polimerizzazione e di decomposizione. Sviluppo di gas e aumento di pressione. Identificazione di strutture instabili. Sostanze che reagiscono con l’acqua. Sostanze perossidabili. Incompatibilità. Effetto dei sostituenti sulla stabilità termica. Grado di pericolosità delle reazioni chimiche.

2. Criteri di previsione dell’instabilità termica

Ruolo della termodinamica. Il concetto di Massimo Calore di Decomposizione. Il bilancio di ossigeno. Il programma CHETAH dell’ASTM. Confronto con i dati sperimentali. Valutazione dell’incompatibilità.

3. I pericoli di natura termica e la loro individuazione

Strumenti e procedimenti per lo studio della reazione desiderata
Procedure sperimentali per la valutazione dei pericoli di natura termica. La calorimetria di reazione. L’accoppiamento con sonde particolari. Esempi di applicazione della calorimetria di reazione (reazioni di metilazione, di ciclizzazione, di nitrazione, di esterificazione, di epossidazione, di riduzione, ecc.).

Strumenti e procedimenti per lo studio delle reazioni di decomposizione
La temperatura di decomposizione. Le tecniche termoanalitiche: Termogravimetria, Termogravimetria derivativa, Analisi termica differenziale e Calorimetria differenziale a scansione.  Le prove ASTM: valutazione della stabilità termica, valutazione della stabilità termica a temperatura costante, valutazione delle costanti cinetiche di Arrhenius. La calorimetria adiabatica: Vasi Dewar, PHI-Tec, Accelerating Rate Calorimeter (ARC). Le prove di laboratorio e l’interpretazione dei dati. La regola dei 100°C.

4. L’identificazione dei prodotti di decomposizione

Rilascio accidentale di sostanze chimiche. Analisi TG-FTIR: individuazione di sostanze pericolose.

5. Incidenti da reazioni fuggitive: discussione di alcuni casi studiati dalla Stazione sperimentale per i Combustibili

Statistiche. Reazioni e operazioni particolarmente pericolose. Mancanza di conoscenze sulla chimica/termochimica della reazione. Accumulo di reagenti. Presenza di impurezze. Inadeguato smaltimento del calore di reazione. Guasti e/o fermata dell’agitatore. Inadeguato controllo della temperatura. Errori operativi e nella progettazione.

Referente per il corso: luca.arosio@mi.camcom.it