שיקולים התרמודינמיקה במחסן ובשיתוף של חומרים כימיים

עקרונות הליבה של התרמודינמיקה הכימית באחסון ו Handling

תרמודינמיקה כימית מספקת את המסגרת הכמותית הנדרשת כדי לחזות שינויים באנרגיה, תגובה spontaneity, ויציבות בשלב בתנאים שונים של טמפרטורה ולחץ.עבור אנשי מקצוע שהופעלו עם אחסון וטיפול בחומרים כימיים, עקרונות אלה ישירות מודיעים על עיצוב של מערכות המכילות, אסטרטגיות בקרת טמפרטורה ותוכניות תגובה חירום.

החוק הראשון ואנרגיה פנימית

החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע כי אנרגיה אינה יכולה להיווצר או להיהרס, רק מומרת מצורה אחת לאחרת.באחסון כימי, זה מתורגם להבנה שכל תגובה חיצונית בתוך חומר מאוחסן משחרר חום שיש לנהל.האנרגיה הפנימית (U) של מערכת היא סכום של כל המתקנים הקינטיים והפוטנציאליים של מולקולותיה.

Enthalpy ו-Reaction Heats

אנתפיר (H) מוגדר כ- H=U + PV. בלחץ קבוע, השינוי ב-enthalpy ( ΔH) שווה את מתקני אחסון חום נספגים או משוחררים.אחסון חייב לדעת את enthalpy של היווצרות, combustion, ו decomposition עבור כל חומר כימי על ידי CX (H&x#20; 2x & RX) 2x / 2x#2x / 2x / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 * / 2 * / 2 * 2 / 2 / 2 / 2 / 2x & CX / 2 / 2 / 2 / 2 * * * * 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2x & CEX / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 / 2x / 2x / 2 / 2 / 2 / 2 / 2 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

נתיבי אנטרופיה ודה-דרגציה

(Autor) מודד את ההפרעה של מערכת אחסון כימי, שינוי האנטרופי של תגובה מספק תובנה אם מוצר צפוי להיפטר באופן ספונטני לאורך זמן. A חיובי Δ לעתים קרובות מלווה תגובות decomposition כי לייצר גזים.לדוגמה, ammoniumtrate (H NOx20;) מ- NVolx2 הוא תוצאה של תגובה ספונטנית של 0x2, אפילו אם הם באופן מיידי, כלומר, אם הם נמצאים תחת לחץ דם נמוך יותר מ-HV2FD2, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם הם נמצאים בטמפרטורה של 0FD2X2, אם הם באופן מיידי (HV2FD2FD) באופן מיידי (H) נמוך יותר מ-H) נמוך יותר מ-H & RVD2FD2FD2x2x2x2x2, אם הם באופן מיידי (H) נמוך יותר מ-H) באופן מיידי, אם הם מ-HÊx2x2x2x2x2, אם הם מ-H) נמוך יותר מ-HÊx2, אם הם מ-H) נמוך יותר מ-H) נמוך יותר מ-HV2

גיבס אנרגיה חופשית ו ספונטניות

גיבס חינם אנרגיה (G = H TS) קובע אם תהליך הוא יחסית גמיש בטמפרטורה קבועה ולחץ: ΔG= ΔH - TΔS. A שלילי ΔG מציין תגובה ספונטנית של אחסון, חומר עשוי להיות שלילי ו-#394; G עבור decom בטמפרטורה יציבה (אך היא לעתים קרובות לחץ אנרגיה יציב) אם זה הוא לחץ דם נמוך.

Thermoדינמית Phenomena קריטי לאחסון בטיחות

תגובות על Thermal Runaway

(החלל התרמי מתרחש כאשר שיעור של דור החום עולה על שיעור הניתוק החום, מה שגורם לעלייה בטמפרטורה אקספוננציאלית של ה-Smenov ו- Frank-Kamenetskii המתאר את התופעות הללו.עבור אחסון רב של כימיקלים תגובתיים, הטמפרטורה הביקורתית (Treaph:0critFLT:1) היא הטמפרטורה המקסימלית שבה עדיין נשלטת על ידי אחסון עצמי.

שינויים שלב וחום לא עקבי

כימיקלים מאחסן לעתים קרובות עוברים מעברי שלב (קיצור, רתיחה, נשגב) הכוללים חום סמוי.לדוגמה, אחסון chlorine (Cl₂) כנוזל תחת לחץ פירושו שכל אובדן של קירור או over-repressurization יכול לגרום לפירוק מהיר (Laporation) משוואה קלאוס-Clapron מתייחס ללחץ חום לטמפרטורה, המאפשרת למהנדסים טיפול מאוחר (LX) דורש הקלה לא נאותה של חום.

חום של ערבוב ודילול

ערבוב חומצות מרוכזות (למשל חומצה sulfuric) עם מים משחרר כמויות גדולות של חום.הנטל של ערבוב H₂SO & #x2084; עם מים הוא בערך −96 kJ / mol. אחסון ופרוטוקולים טיפול חייב להכתיב את הסדר של ערבוב (במים למים, לא מים) ולהשתמש בחילופי חום או איטיים לטמפרטורה של 1Fluic:

מערכות אחסון באמצעות נתונים של התרמודינמיקה

בקרת טמפרטורה

אחסון מכווץ הוא חובה עבור כימיקלים עם יציבות תרמית נמוכה.טמפרטורת האחסון יש לשמור לפחות 10 & #xB0; C מתחת תחילת פעילות חוץמית על פי & #x201C; 10 & #xB0; C Rule & #x201D; בשימוש בתחבורה של סחורות מסוכנות. לדוגמה, תחמוצת אורגני מסווגת על ידי דרישות של תקן עצמי-Accerating 40 (CDC) תקן ISO 0x201x2D; יש צורך נמוך יותר; שימוש בטמפרטורה (C סטנדרטית) ו-ix201x201) תקן סטנדרטיתיקים סטנדרטית (C) 4.

תקנות לחץ

סיכונים בלחץ מתעוררים מגידול בלחץ חום או מדור גז על ידי decomposition. משוואות התרמודינמיקה של המדינה (למשל, Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong) משמשים לחיזוי הלחץ בספינת אחסון כתפקוד של הקלה מלאה וטמפרטורה.

תאימות חומרית ו Enthalpy של תגובה

מיכלים חייבים להיות תואמים עם הכימיה.לדוגמה, אחסון חומצה הידרופלואורטית (HF) בזכוכית אינו מתאים כי התגובה SiO & #x2082; + 4 HF & #x2192; SiF & גיב 2x2084; + 2 H 82 יש לו תגובה שלילית מאוד & #394G; והוא מהיר, במקום זאת, לעבור מסוכן 220 / NPTX2 / 2 / 2 / N2 / N2 / NX2 / DV / DV / DV2 / DVIC / DV / DV / DV / DVIC / DV / DV / DV / DV / DV / DV / DVIC / DV / DX2 / DVIC / DV / DV / DX2 / DV / DX2 / DX2 / DX2 / DX2 / DX2 / DV / DV / DV / DX2 / DX2 / DX20 / DV / DV / DV / DV / DX2 / DX2 / DX2 / DX20 / DX20 / DX2 / D

ניהול סיכונים: Thermodynamic Risk Management

העברה

העברת כימיקלים מאחסון לכלי תהליך כוללת חיכוך מושרה זרימה, פריקה סטטית, חום של ערבוב. במהלך העברה, העבודה המכנית מוסיפה חום.ניתוח החוק הראשון עבור מערכת זרימה קבועה: ΔH= Q + WIRFLT:0sFLT 1 (אם המשאבה היא אנטרופית, עלייה בטמפרטורה יכולה להיות מחושבת מ- Joule-Thomson coefficients) למנוע העברות חמצן או קירור (Firdowed) באמצעות קו חום.

תגובות על Batch ו- Process Safety

גם כאשר כימיקלים אינם מגיבים לאחסון, טיפול בהם בתהליכי אצווה דורש פיקוח תרמודינמי (המונח & #x201C; תגובה מהירה & #x201D; הוא מוכר ביותר כורים ומערכות הקלה חירום עיצוב משתמש במתודולוגיה DIERS (עיצוב עבור מערכות חירום), אשר מסתמכת על קצב הדור החום נמדד על ידי caloric calor (למשל, VSP) לחץ דם מדויק, לדוגמה, לחץ דם CD.

פסולת ויציבות הירושה

כימיקלים לעתים קרובות מכילים שאריות שלא ניתן לאפיין באופן מלא את ההקרנה של התרמודינמיקה באמצעות DSC או TGA מסייע לקבוע טמפרטורות אחסון בטוחות לתוףי פסולת. EPA & #x2019; חוק השימור והשיקום (RCRA) מחייב כי מיכלי פסולת יהיו תואמים וכי פסולת תגובתית תיוג לפני סילוק הקרקע.

המונחים: regulatory and Standards Frameworks

ניהול בטיחות תהליכים של מערכת ההפעלה (PSM)

תקן OSHA PSM (29 CFR 1910.119) דורש כי מתקנים מטפלים בכימיקלים מסוכנים מאוד (כולל אלה המפורטים עם סכנות תרמודינמיות) לשמור על מידע כתוב על נתוני יציבות תרמיים.זה כולל את החום של התגובה, פוטנציאל לריצה, ומגבלות טמפרטורה גבוהות ובטוחות.ניתוח התהליכים חייבים לטפל תרחישים תרמודינמיקה: למשל, אובדן קירור, אש חיצונית, או זיהום.

NFPA תקנים לכימיקלים תגובתיים

NFPA 704 מתייחס לסכנת תגובתיות של כימיקלים באמצעות “ אי-אפשרות ” דירוג (0-4.4) זה נגזר מנכסים תרמודינמיים כגון חום של decomposition וקצב שחרור חום. NFPA 430 (Liquid Oxidizers) ו- NFPA 432 (אורגניקס) כוללים אחסון תרמיים ספציפיים מפני חומרים סטנדרטיים אלה יש מגבלות סטנדרטיות להורדת חומרים סטנדרטיים נמוכה יותר.

הנחיות אירופיות ו-Sveso

באיחוד האירופי, ה-Sveso III הוראה (2012/18/EU) דורשת מפעילים להעריך את הסיכונים התרמודינמיקה של חומרים מסוכנים.עבור חומרים עם תכונות תגובתיות עצמית, הממסד חייב להיות דו"ח בטיחות הכולל את הדוגמנות התרמודינמיקה של תרחישים הגרועים ביותר.ההנחיות של ATEX (2014/34/EU) שולטים בציוד המשמש באזורים שבהם אטמוספירה נפץ עשויה להיווצר, כולל אזורים שבהם ניתן ליצור, כולל אזורים שבהם מתחמיים עמידים בלתי יציבים של תפקודים של טמפרטורה הוא חיוני של לחץ דם לא יציבים של תאים חיוניים של טמפרטורה מוגבלת.

מחקרים: הכישלונות והשיעורים של התרמו

1984 אסון

מיכל ה- methyl Isocyanate (MIC) ב- Bhopal חווה תגובה חיצונית יוצאת דופן כאשר מים (המוגדר עם זרז מתכת) הפעיל תגובה פולימריזציה משחרר חום עצום.החום גרם לנוזל MIC לרתח, ומייצר לחץ שפרץ את שסתום ההקלה.ניתוח התרמודינמיקה העולמית הראה מאוחר יותר כי החום של הידרוליטיזה של MIC הוא בערך -120J / mc.

1999 Concept Sciences Inc. Explosion

מתקן ריכוז הידרוקסלאמין (NH & #x2082;OH) חווה פיצוץ אלים של פירוק אוויר כי הפתרון הציג טמפרטורת הפחתת הפוזיציה עצמית (SADT) מתחת לטמפרטורה. hydroxylamine יש enthalpy גבוה של decomposition (- −200 kJ/mol) וקצב הפירוק שלו גדל באופן משמעותי מעל 70 ו- #Bxxirdx, כי לא היה סיכון Dipxic של Dipi-D.

2015 טיאנג'ין Explosions

הפיצוץ העצום של ammonium nitrate ב טיאנג'ין, סין, הביא מאש שחממה את הטמפרטורה של ANcomposition שלה.הנתונים הירודינמיקה מראה כי מעברים יציבים לא יציבים בסביבות 200 & #xB0;C, שחרור N₂ O & #x2082; O עם חום של decoma סביב −1.5 / Jgn / â ¢ â â ¢ ¢ â â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ â â ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢

כלים מעשיים עבור הערכת ה-Thermodynamic Hazard

שיטות Calorimetric

• (FLT:0) סורק קלורימנטריטרי (Dig)FLT:1: מספק טמפרטורה ראשונה חום של הדבקה עבור דגימות קטנות (מדיום מ"ג).
• (ה-ARCIRLT:0) שיפור רמת קלוריות (ARCIRLT:1: מדד טמפרטורה ולחץ בתנאים דיכאטיים לדגימות גדולות יותר (גיל בינוני) דרביס עלייה בטמפרטורות diabatic, קצב חום עצמי וזמן לבריחה.
• (FLT:0)Reactive Systems Screening Tool (RSST)IRLT:1: calorimeter diabatic calorimeter אשר קובע במהירות את הופעתם של חניכיים ולחץ מקסימלי לסיווג סיכונים.
• (ב) ⁇ :0) חבילת Sizing 2 (VSP2)03IRLT:1: calorimeter בעל גוף נמוך, המדמה את התנהגות הכור התעשייתי או כלי האחסון במהלך בריחה.

מסדי נתונים של התרמודינמיקה וסימציה

מהנדסים כימיים מקצועיים מסתמכים על מסדי נתונים כגון:0PubChemmenterph 1DR.R.DIPPR נתונים עבור קבועי רכוש פיזיים, ואת מסד הנתונים APT עבור זיהומים תרמיים. מעבד סימולטורים כמו אספן פלוס, CHEMCAD, ו gPROMS משלבים מודלים של משוואה-of-state ונבנה חום של היווצרות לחיזוי תנאים קיבולת קירור של קיבולת.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

גנטיקה דיגיטלית ו-Time Thermodynamic Monitoring

מתקנים תעשייתיים הם יותר ויותר יישום תאומים דיגיטליים של מיכלי אחסון המשלבים מודלים תרמודינמיקה בזמן אמת. תאום דיגיטלי משתמש טמפרטורה, לחץ ונתוני רמה כדי לחדד את מצב האנרגיה הפנימי הנוכחי ולצפות את המגמה לעבר תנאים לא בטוחים. אלגוריתמי למידת מכונה המוכשרים על נתונים calorimetric היסטורי יכולים לצפות את הזמן כדי לעלות על טמפרטורה קריטית, המאפשרת venttive או dilution מערכות כאלה הם בעלי ערך במיוחד עבור תרופות ממושכות.

כימיה ירוקה ועיצוב בטוח יותר

הרעיון של עיצוב בטוח יותר מטבעו (ISD) מעודד את השימוש בכימיקלים עם סיכון תרמודינמי נמוך.לדוגמה, החלפת מימן מרוכז חד תחמוצת חמצן מופעלת (תגובה של Fenton) או באמצעות נוזלי Ionic עם תנודתיות נמוכה ויציבות תרמית גבוהה מפחיתה את הצורך בקרדי אחסון מורכבים.העיקרון התרמודינמי מאחורי ISD הוא מיניזציה של אנרגיה מאוחסן; תהליכים כימיים הפועלים קרוב יותר לטמפרטורה מתוחכמות וטמפרטורות תרמיות כי הם נמנעים מלחץ עצביות וממנעים וטמפרטורות חד-מדומים.

מסקנה

השיקולים הירודינמיקה מדגישים כל היבט של אחסון וניהול חומרים כימיים בבטחה.מהחוקים היסודיים השולטים בנטל וגיבס אנרגיה חופשית לתכנון המעשי של מערכות הקלה ובקרה טמפרטורה, המשמעת מספקת את הבסיס הכמותי להערכת סיכונים והפחתה. בדיקות קלורימטריות, מסדי נתונים תרמודינמיקה קריטיים ומעבדים סימולציות אנשי מקצוע ובטיחות לחיזוי ומניעת אירועים תרמיים.