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Riassunto di Ambiente e sicurezza nei processi chimici Appunti scolastici Premium

Questo è un riassunto in formato doc di Formule e nozioni più importanti basato su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Copelli, dell’università degli Studi Insubria Como Varese - Uninsubria, facoltà di Scienze matematiche fisiche e naturali - Varese. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Ambiente e sicurezza nei processi chimici docente Prof. S. Copelli

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AMBIENTE E SICUREZZA NEI PROCESSI CHIMICI

1 – Definizione di rischio e struttura impianti chimici

Concetti di pericolo e rischio

Il pericolo è una proprietà intrinseca di un determinato fattore avente il potenziale di causare danni.

Il rischio è la probabilità di raggiungimento del livello potenziale di danno nelle condizioni di

impiego o di esposizione ad un determinato fattore o agente o alla loro combinazione.

Per avere rischio nullo è necessario eliminare il relativo fattore di rischio.

EFFETTI ACUTI: conseguenze immediate sul soggetto; Rischio = Probabilità x

- Magnitudo.

EFFETTI CRONICI: conseguenze che si manifestano sul soggetto in tempi successivi

- all’esposizione.  Rischio legato a concetti di probabilità e dose.

Classificazione dei rischi:

- Per la sicurezza

- Per la salute

Prevenzione: definizione di interventi (o misure) finalizzati alla riduzione della

probabilità di accadimento (o della frequenza) di un evento.  interventi di riduzione attiva del

rischio.

Protezione: definizione di interventi finalizzati alla riduzione delle conseguenze di un evento 

interventi di riduzione passiva del rischio.

2 – Rischio chimico, tossicologia, campionamenti

Campionamenti.

Esempio – produzione tessuti in poliuretano

Campionamento di sostanze pericolose entro un ambiente di lavoro.

Al fine di poter individuare il luogo più adatto dove sistemare i campionatori e, successivamente,

dimensionarli è necessario:

1) Analizzare qualitativamente il processo  descrizione processo (cosa viene prodotto, materie

prime, fasi del ciclo produttivo)

2) Individuare i fattori di rischio chimici ad esso connessi ed i luoghi in cui essi possono venire a

contatto con i lavoratori (Individuazione dei fattori di rischio nella linea di spalmatura in DMF,

agenti fisici ed agenti chimici. Luoghi di contatto: Sezione di manipolazione della mescola e

Sezione di spalmatura)

3) Reperire ed analizzare le schede di sicurezza di tutte le sostanze pericolose individuate

(poliuretano e DMF)

4) Quantificare teoricamente le emissioni di tutte le sostanze pericolose individuate (Nel

dimensionamento i dispositivi di campionamento si terrà conto solo della presenza di DMF come

sostanza da campionare in quanto poliuretano non pericoloso.)

5) Dimensionare i dispositivi di campionamento (assorbitore per determinare la concentrazione di

DMF in ambiente; un adsorbitore a carbone attivo per determinare la concentrazione di DMF nel

condotto di aspirazione del forno).

6) Valutare gli errori nel campionamento

Definizione di assorbimento

È un’operazione che consiste nel trasferimento di uno o più componenti presenti in una miscela

gassosa (soluto/soluti) entro una fase liquida (liquido assorbente).

Per la depurazione ed il campionamento di correnti gassose (aria) vengono impiegati:

• Assorbimento fisico: il soluto è chimicamente inerte nei confronti del liquido assorbente (il

processo è favorito da elevate pressioni e basse temperature).

• Assorbimento chimico: il soluto reagisce chimicamente con il liquido assorbente od un composto

in esso disciolto.

Gli assorbitori sono apparecchiature che lavorano, generalmente, a temperatura e pressione costanti.

In entrambe le tipologie di assorbimento la velocità di trasferimento del soluto (gasliquido) è

proporzionale ad una forza motrice (gradiente di attività) che misura lo scostamento dalle

condizioni di equilibrio termodinamico (cui è sempre necessario fare riferimento).

Equilibrio fisico tra le fasi in contatto

Il liquido assorbente in un processo di purificazione/campionamento di correnti gassose viene scelto

considerando i seguenti parametri:

1. Solubilità del gas/vapore: più elevata risulta la solubilità del gas nel liquido assorbente, minore

quantità di ne dovrà essere impiegata;

2. Volatilità: è necessario che il liquido assorbente abbia bassa tensione di vapore per evitarne

cospicue perdite;

3. Viscosità: è necessario che il liquido assorbente sia poco viscoso per diminuire le perdite di

carico;

4. Costo e disponibilità nel reperimento;

5. Tossicità, corrosività, infiammabilità e punto di congelamento;

6. Facilità di rigenerazione.

Tempo di campionamento

Dato un errore relativo di campionamento ∆ sufficientemente piccolo, per tempi di campionamento

molto superiori a quello corrispondente a ∆ il liquido è praticamente saturo di inquinante e non sarà

più in grado di assorbirlo.

Quindi se campioniamo per tempi troppo lunghi la misura della concentrazione di inquinante in aria

calcolata dalle misure di concentrazione dell’inquinante nel liquido assorbente sarà errata.

Aumentare troppo il tempo di campionamento significa aumentare troppo il volume di

aria campionata rispetto alla massa di inquinante che effettivamente è stata assorbita dal

liquido assorbente.

Definizione di adsorbimento

interazione chimico - fisica superficiale tra una fase FLUIDA ed una SOLIDA, aderenza di uno o

più componenti della fase fluida alla superficie del solido.

Adsorbimento in fiala: l’aria contenente l’inquinante da campionare viene introdotta in fiale

riempite di fase adsorbente L-Lb: lunghezza disponibile

tb: tempo di sfondamento

[min] Breakthrough)

(

Noti: massa massima a saturazione m e la concentrazione approssimativa di inquinante

i,max.ì,ads

presente in aria da campionare, è possibile calcolare il volume di aria da campionare (Vcamp) per

arrivare a saturazione: fissata una opportuna portata di

campionamento (Qcamp) è possibile

calcolare il tempo di campionamento

Ai fini della determinazione di un tempo di campionamento il più vicino possibile a quello relativo

alle condizioni di sfondamento del letto si dimezza solitamente il valore di m fornito dal

i,max.ì,ads

costruttore.

Dimensionamento campionatori

Assorbitore ad acqua

Scelta della portata di aria di campionamento: la portata dell’aria di campionamento non può essere

troppo elevata né troppo bassa (tempi di campionamento eccessivamente lunghi). Una scelta

ragionevole della portata dell’aria di campionamento è nell’intervallo: 0.5 – 4 [l/min].

Calcolo del tempo di contatto: Il tempo impiegato dalla DMF per spostarsi dal bulk della bolla alla

superficie della bolla stessa e poi migrare in fase liquida è dato dalla legge di Fick:

è necessario garantire un tempo di contatto pari a 5 volte il t di diffusione. Introducendo un ulteriore

fattore di sicurezza (f=3) è possibile calcolare un tempo di contatto bolla / acqua:

t = 3 * 5 * t

contatto diffusione

Noto tempo di contatto bolla / acqua e portata di aria di campionamento è possibile calcolare il

volume di acqua entro l’assorbitore:

Nel campionamento di inquinanti aerodispersi esistono concentrazioni minime e massime

dell’inquinante stesso determinabili mediante assorbimento.

Al fine di determinare il tempo di campionamento tale per cui non si abbia saturazione del liquido

assorbente si utilizza la formula dell’errore relativo di campionamento:

Adsorbitore a carbone attivo

Scelta della portata di aria di campionamento: la portata dell’aria di campionamento non può essere

troppo elevata né troppo bassa (tempi di campionamento eccessivamente lunghi). Una scelta

ragionevole della portata dell’aria di campionamento è nell’intervallo: 0.1 – 2 [l/min].

Supponiamo di avere a disposizione un adsorbitore la cui massima efficienza di adsorbimento in

massa di inquinante è del 30% w /w .

inquinante adsorbente

Per evitare di lavorare vicini al punto di saturazione del letto assumiamo che la

massima quantità di inquinante adsorbibile dal letto sia pari al 15% del peso del

letto stesso. E’ quindi possibile calcolare:

Stimata la concentrazione di DMF Nel condotto di aspirazione del forno

[mg/m3], è possibile determinare il volume di aria da campionare:

Nota anche la portata di

campionamento,

Qcamp, è possibile stimare il

tempo di campionamento:

3 – Camere di calma e cicloni

Camere di calma

Moto di una particella in un flusso di gas

Con τ = tempo caratteristico di sedimentazione

Camera di calma: modelli di sedimentazione.

LAMINARE

Ipotesi:

1) Particelle aventi stesso diametro e densità sedimentano con la stessa

velocità, V s ;

2) Non esiste un meccanismo di ridistribuzione delle particelle nella

camera. 

Concentrazione media decrescente linearmente nel tempo t (equivalente lunghezza x):

L’efficienza di abbattimento aumenta linearmente nel tempo:

PERFETTAMENTE MISCELATO

Ipotesi:

1) Particelle aventi stesso diametro e densità sedimentano con la stessa

velocità, ;

2) Esiste un meccanismo di ridistribuzione delle particelle nel generico

volumetto. 

Concentrazione media decrescente esponenzialmente nel tempo t (equivalente lunghezza x):

L’efficienza di abbattimento aumenta esponenzialmente nel tempo:

Cicloni

Moto di una particella in un flusso di gas

Ipotesi:

- Particella perfettamente sferica in moto con velocità ;

- Aria in moto con velocità ;

- Forze di galleggiamento NON trascurabili;

- Moto piano (r,θ)

Equazione del moto

In direzione radiale:

Si ottiene: Sapendo che la generica particella più sfavorita segue la seguente

traiettoria:

La particella più sfavorita verrà “catturata” dal ciclone quando:

ovvero il tempo impiegato dalla particella più

sfavorita per percorrere la distanza r1 – r2 è

inferiore (o al limite uguale) al tempo impiegato

dal vortice primario discendente per invertirsi e

trasformarsi in vortice secondario ascendente.

Da studi sperimentali è stato calcolato che

il vortice primario inverte il suo senso in

corrispondenza di una lunghezza

caratteristica del ciclone nota come:

LUNGHEZZA NATURALE Z.

La lunghezza del vortice primario può essere calcolata come:

Dove:

Numero di avvolgimenti che Raggio medio del

subisce il nastro solido prima vortice discendente

di invertirsi

Il tempo di residenza nel vortice primario corrisponde al tempo massimo utile per l’intercettazione:

Nella pratica spesso si utilizza direttamente il Dp,min come Dp,cut ai

fini della determinazione dell’efficienza totale di abbattimento:

Dp,cut=diametro minimo delle particelle intercettabili con rendimento

0.5

Dp,min= diametro minimo delle particelle intercettabili con rendimento unitario

Nota la distribuzione granulometrica delle particelle presenti nella corrente gassosa è sempre

possibile determinare l’efficienza di abbattimento globale attraverso la formula:

Stima delle perdite di carico

Le perdite di carico in un elemento unitario di separazione sono dovute a:

1) Geometria dell’elemento (condotti di imbocco/sbocco, raccordi…); ∆P 1

2) Caratteristiche dell’aeriforme che attraversa l’elemento. ∆P 2

La perdita di carico totale dell’elemento risulterà:

Perciò sarà necessario fornire al fluido da depurare una potenza pari a:

4 – Colonne di assorbimento e adsorbimento

Colonne di assorbimento

Colonne di assorbimento a piatti

Ipotesi

• Colonna isobara ed isoterma;

• Flusso delle correnti: controcorrente;

• Un solo componente assorbito (1 soluto);

• Su ogni piatto vengono raggiunte le condizioni di equilibrio tra le fasi che

lasciano il piatto stesso.

Consideriamo un problema di progetto

In questo caso sarebbero noti:

• T, P operative;

• portata e composizione della corrente gassosa in

ingresso alla colonna (GM e Y0);

• composizione del liquido assorbente in ingresso

alla colonna (XN+1);

• 1 specifica di recupero o di purezza per il soluto

da assorbire (YN).

Deve essere determinata:

la portata di liquido circolante in colonna

Dall’equazione di Bilancio Materiale per il tronco di colonna compreso tra il generico piatto n+1 e

la testa della colonna (N) si ricava l’equazione della RETTA DI LAVORO (espressione della

conservazione di materia (soluto) in colonna.)

Accettando l’ipotesi di SOLUZIONI DILUITE (caso che spesso si incontra nella pratica industriale)

i rapporti e le frazioni molari tendono a coincidere perciò è possibile scrivere l’equazione di

equilibrio come: lineare nei rapporti molari (CASCATE LINEARI).

Determinazione della portata minima di liquido in colonna

Maggiorando oppurtunamente (generalmente +30%) il rapporto (L/G)min trovato è

possibile ottenere la portata effettiva di liquido circolante in colonna.

Colonne di assorbimento a corpi di riempimento

Consideriamo un problema di progetto

In questo caso sarebbero noti:

• T, P operative;

• portata e composizione della corrente gassosa in ingresso

alla colonna;

• composizione del liquido assorbente in ingresso alla

colonna;

• 1 specifica di recupero o di purezza per il soluto da

assorbire.


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria per la sicurezza del lavoro e dell'ambiente
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Sweetcandies03 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Ambiente e sicurezza nei processi chimici e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Insubria Como Varese - Uninsubria o del prof Copelli Sabrina.

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