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STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES

STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES. Cette version « en-ligne » a bénéficié du soutien de l'Union Européenne - Léonardo da Vinci Pilot Project : "Multimedia training paths in the field of safety and health", n° ref. #I/96/2/1229/T/2.1.1c - M. Lesbats - IUT Bordeaux 1 par A. Galbois et C. Palmier

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STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES

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Presentation Transcript

  1. STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES Cette version « en-ligne » a bénéficié du soutien de l'Union Européenne - Léonardo da Vinci Pilot Project : "Multimedia training paths in the field of safety and health", n° ref. #I/96/2/1229/T/2.1.1c - M. Lesbats - IUT Bordeaux 1 par A. Galbois et C. Palmier sous la direction du professeur J. Dos Santos STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES

  2. DIAGRAMME DU CORPS PUR STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES Le stockage de produits chimiques est omnis présent dans les pays industrialisés, tant au niveau domestique (Bouteilles de gaz, Cuves à fuel, etc.) qu’industriel. Ces stockages génèrent des risques qui dans le cas de l ’industrie (selon la nature et la quantité de produits stockés) peuvent avoir des conséquences très néfastes sur les populations, l ’environnement, et les installations, en cas d ’incendie et surtout d ’explosion. On parle alors de Risques Majeurs. Ce document a pour objectif de présenter une typologie des différents stockages de produits chimiques, en s ’appuyant sur les notions fondamentales de la thermodynamique. Il s ’adresse aux personnes qui sont quotidiennement confrontées à analyser et gérer les risques « incendies et explosions » liés au stockage (voire même au transport) de produits chimiques, c ’est à dire Sapeurs Pompiers, industriels et concepteurs.

  3. ABREVIATIONS p : Pression du système T : Température du système V : Volume du système TR : Température de référence (25°C) Tt : température triple du produit Tc : Température critique du produit Teb : température d ’ébullition du produit Tf : température de fusion du produit Ts : Température de sublimation du produit PVS : Pression de Vapeur Saturante du produit pa : Pression atmosphérique normale (1,013 105 Pa) pi : Pression initiale du système pt : Pression triple du produit pc : Pression critique du produit

  4. ACCUEIL Rappels théoriques Changements d ’états du corps pur États physiques du corps pur Diagramme du corps pur Typologie des stockages Univers de référence Critères de stockages Exemples de stockages Photos de stockages QUITTER

  5. RAPPELS THEORIQUES . Une phase est un système homogène au niveau macroscopique . Au dessus d ’une phase liquide (voir même solide), il y a présence d ’une phase gazeuse issue de la phase liquide (ou solide) et qui atteint une valeur limite, appelée Pression de Vapeur Saturante (PVS), qui n’est fonction que de la nature de la substance et de la température (cf. relation d ’Antoine). . Le diagramme du corps pur est constitué par trois courbes qui convergent en un point (le point triple). Chacune de ces courbes représente un état d ’équilibre biphasique. . Le point triple (Tt ; pt) caractérise l ’état d ’équilibre triphasique du corps pur considéré. . Le point critique (Tc ; pc) est caractérisé pour chaque corps par une valeur de température est de pression. C ’est un point au-delà duquel on ne peut plus observer le passage de la phase liquide à la phase gazeuse de manière macroscopique (à l ’œil nu). Au niveau du point critique, on observe un flash appelé opalescence. ACCUEIL

  6. RAPPELS THEORIQUES NOTION DE SYSTEME Pour toute étude thermodynamique, il est nécessaire de construire un système de représentation, appelé univers de référence. Cet univers est défini par des interactions (aussi appelées flux)de matière et/oud’énergieentre le système et son environnement. De plus, le système est caractérisé par des variables d ’état : . La température (T) est une variable d ’état intensive qui caractérise un système. Elle correspond à l ’énergie cinétique moyenne des molécules. . La pression (p)est une variable d ’état intensive qui caractérise un système. . Le volume (V) est une variable d ’état extensive qui caractérise un système. ACCUEIL

  7. CHANGEMENTS D ’ETATS DU CORPS PUR Soit un système fermé … . Contenant une mole d ’un corps pur, occupant un volume V, dans un récipient ou l ’on fait préalablement le vide. . Limité par une enceinte diathermique et déformable . En relation avec un environnement réservoir de chaleur et de travail mécanique Ce système et l ’environnement forment l ’univers de référence - 1 …Et son état d ’équilibre thermodynamique. . Cet état d ’équilibre est fonction de la valeur des variables d ’état intensives pression ( p ), et température ( T ), que l ’expérimentateur peut modifier à volonté à partir de l ’environnement. Suivant les valeurs des variables d ’état intensives p et T, l ’expérience montre et la théorie confirme que le corps pur peut présenter : . une seule phase : solide ou liquide ou gaz (état monophasique) . deux phases en équilibre : ex: solide - liquide (état biphasique) . trois phases en équilibre : solide - liquide - gaz (état triphasique) ACCUEIL

  8. Etat monophasique Etat biphasique Etat triphasique Solide + Liquide SOLIDE Fusion Solidification LIQUIDE OU OU Liquide + Gaz LIQUIDE Vaporisation Condensation OU OU GAZ SOLIDE Gaz + Solide GAZ Condensation Solide Sublimation Etats physiques du corps pur ACCUEIL

  9. p Eau pc GAZ (Fluide hypercritique) SOLIDE LIQUIDE LIQUIDE pt GAZ (Vapeur) Tt Tc T Etat monophasique Etat biphasique Etat triphasique DIAGRAMME DU CORPS PUR POINTCRITIQUE POINTTRIPLE ACCUEIL

  10. UNIVERS DEREFERENCE-1 ENVIRONNEMENT Réservoir de travail Réservoir de chaleur CORPS PUR (1 mole) SYSTEME V p T Système fermé - Enceinte déformable - Parois diathermiques PHOTOS STOCKAGES ACCUEIL TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4

  11. Corps Pur UNIVERS DEREFERENCE-2 ENVIRONNEMENT Réservoir de chaleur SYSTEME V p T Système ouvert -Enceinte indéformable -Parois diathermiques Système sous vide à l ’état initial PHOTOS STOCKAGES TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4

  12. Corps Pur UNIVERS DEREFERENCE-3 ENVIRONNEMENT Réservoir de chaleur SYSTEME V p T - Système ouvert - Enceinte indéformable - Parois diathermiques Gaz inerte, à la pression p, dans l ’état initiale PHOTOS STOCKAGES TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4

  13. UNIVERS DEREFERENCE-4 ENVIRONNEMENT Réservoir de travail Réservoir de chaleur SYSTEME V p T Système ouvert sur l ’environnement PHOTOS STOCKAGES ACCUEIL TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4

  14. pc 1 atm pa 1 atm pa TYPOLOGIE DES STOCKAGES - Critères Critère 1 : position de l ’isobare de référence (1 atm) dans le diagramme du corps pur p Critère 1.a : pt pa  pc Critère 1.b : pa pt pt T ACCUEIL

  15. 1 atm 1 atm 1 atm 1 atm TR TR TR TR Ts Tf Teb Teb Tc Tc TYPOLOGIE DES STOCKAGES - Critères Critère 2 : position de l ’isotherme de référence (25 °C) par rapport à l ’isobare de référence (1 atm) dans le diagramme du corps pur p Critère 2.a :TR Tc Critère 2.b :Teb TR Tc Critère 2.c :Tf TR Teb Critère 2.d :TR Ts T ACCUEIL

  16. Typologie Exemples Dénominations usuelles pt<pa<pc Tt<TR « Gaz permanents » TYPE 1 pt<pa<pc Teb<TR<Tc C3H8, C4H6, C4H10, NH3, . . . TYPE 2 « Gaz de pétrole liquéfiés (GPL) Gaz inflammables liquéfiés (GIL) » H2, CH4 , O2 , N2 , CO , AIR, . . . TYPE 3 Solvants pt<pa<pc Tf<TR<Te C6H6, C6H12, C2H6O, C3H6O, H2O, . . . TYPE 4 « Composés à point de Sublimation » C2H2, CO2, . . . pt>pa Ts<TR TYPOLOGIE DES STOCKAGES - Exemples ACCUEIL

  17. « SOLVANTS » « GAZ LIQUEFIES » « COMPOSES A POINT DE SUBLIMATION » DIFFERENTS COMPOSES p « GAZ PERMANENTS » T ACCUEIL

  18. EXEMPLES DE STOCKAGES TYPE 1: « gaz permanents » TYPE 2: « gaz liquéfiés » TYPE 3: « solvants » TYPE 4: « composés à point de sublimation » ACCUEIL

  19. pc 1 atm pa pt Tt Teb Tc TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) TYPE 1 pt <pa< pc Tc<TR METHANE p Point triple Tt = 90,7 K (-182,5°C) pt = 0,117 bar Point critique Tc = 190,5 K (-82,6°C) pc = 46 bars Point d’ébullition (pa) Teb = 111,6 K (-161,5°C) T ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  20. p Point triple Tt=90,7 K (-182,5°C) pt=0,117 bar Point critique Tc=190,5 K (-82,6°C) pc=46 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=111,6 K (-161,5°C) Sous pression Cas particulier Cryogénique TR T TYPE 1 pt <pa< pc Tc<TR METHANE p TYPE DE STOCKAGE T Univers 1 Univers 2 Univers 4 Univers 3 ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  21. p Point triple Tt= 54,3 K (-218,8°C) pt= 0,00152 bar Point critique Tc=154,57 K (-118,57°C) pc= 50,43 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=90,18 K (-182,97°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 1 pt <pa< pc Tc<TR OXYGENE p T ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  22. p Point triple Tt =63,15 K (-210°C) pt=0,1253 bar Point critique Tc=126,20 K (-146,95 °C) pc= 34 bars Point d’ébullition (pa) Teb=77,35 K (-195,80°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 1 pt <pa< pc Tc<TR AZOTE ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  23. p Point triple Tt =13,95 K (-259,20°C) pt= 0,072 bar Point critique Tc=33,24 K (-239,91°C) pc= 12,98 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=20,38 K (-252,77°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 1 pt <pa< pc Tc<TR HYDROGENE ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  24. p Point triple Tt =68,14 K (-205,01°C) pt= 0,1535 bar Point critique Tc=132,91 K (-140,24°C) pc= 34,99 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=81,62 K (-191,53°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 1 pt <pa< pc Tc<TR MONOXYDE DE CARBONE ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  25. p pc PVS 1 atm pa pa pt Teb Tt Tc TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 2 pt <pa< pc Teb<TR< Tc BUTANE Point triple Tt=134,86 K (-138,29°C) pt=4.10-6 bars Point critique Tc=425,18 K (152°C) pc=38 bars Point d’ébullition (pa) Teb=272,65 K (-0,5°C) P.V.S (25°C) PVS = 2,3 bars ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  26. p Point triple Tt=134,86 K (-138,29°C) pt=4.10-6 bars Point critique Tc=425,18 K (152°C) pc=38 bars Point d’ébullition (pa) Pa Teb=272,65 K (-0,5°C) P.V.S (25°C) PVS = 2,3 bars Teb TR T TYPE 2 pt <pa< pc Teb<TR< Tc BUTANE TYPE DE STOCKAGE Cryogénique Biphasique (GIL) Cas particulier Univers 1 Univers 2 Univers 4 Univers 3 ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  27. p Point triple Tt=85,47K (-187,68°C) pt=3,3.10 -9 bars Point critique Tc=369,82K (96,67°C) pc= 42,50 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=231,10K (-42,05°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 2 pt <pa< pc Teb<TR< Tc PROPANE P.V.S (25°C) PVS =8 bars ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  28. p Point triple Tt =164,23 K (-108,92°C) pt=6,9.10 -4 bars Point critique Tc=425,15K (152°C) pc= 43,22 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=268,65K (-4,5°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 2 pt <pa< pc Teb<TR< Tc BUTADIENE P.V.S (25°C) PVS = 4,18 bars ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  29. p Point triple Tt=195,41K (-77,74°C) pt=0,0607 bars Point critique Tc=405,55K (132,4°C) pc= 114,80 bars Point d’ébullition (pa) pa Teb=239,75K (-33,40°C) TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 2 pt <pa< pc Teb<TR< Tc AMMONIAC P.V.S (25°C) PVS = 9,8 bars ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  30. p pc 1 atm PVS Tc TR Teb Tf T TYPE 3 pt <pa< pc Tf<TR< Teb BENZENE Point critique Tc=562,1 K (288,9°C) pc=49,2 bars Température de fusion Tf=278,65 K (5,6°C) pa Point d’ébullition (pa) Teb=353,25 K (83,8°C) P.V.S (25°C) PVS = 95,25 mm Hg TYPE DE STOCKAGE Liquide Univers 1 Univers 2 Univers 4 Univers 3 ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  31. p Point critique Tc=516,15K (243°C) pc=61,74 bars Température de fusion Tf=159 K (-114,1°C) Point d ’ébullition (pa) Teb=351,4 K (78,3°C) PVS pa P.V.S (25°C) PVS = 58,8 mm Hg Teb TR Tf Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 3 pt <pa< pc Tf<TR< Teb ETHANOL ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  32. p Point critique Tc=509,15K (236°C) pc=58,8 bars Température de fusion Tf=178,2 K (-95°C) Point d ’ébullition (pa) Teb=329,2 K (56,2°C) PVS pa P.V.S (25°C) PVS = 230,06 mm Hg Teb Tf TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 3 pt <pa< pc Tf<TR< Teb ACETONE ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  33. Point critique Tc=647,2K (374,1°C) pc=221,3 bars Température de fusion Tf= 273,15 K (0°C) Point d ’ébullition (pa) Teb=373,15 K (100°C) PVS pa P.V.S (25°C) PVS = 23,7 mm Hg Teb Tf TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) TYPE 3 pt <pa< pc Tf<TR< Teb EAU p T ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  34. p Point critique Tc=507,95K (234,8°C) pc=29,2 bars Température de fusion Tf= 177,85K (-95,3°C) Point d ’ébullition (pa) Teb=341,9K (68,7°C) PVS pa P.V.S (25°C) PVS = 97,7 mm Hg Teb Tf TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 3 pt <pa< pc Tf<TR< Teb n-HEXANE ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  35. p pc PVS pa pt 1 atm Tt Ts Tc TR Pression normale (1,013 105 Pa) ; État de référence : Température de référence (25 °C) T TYPE 4 pa< pt Ts<TRACETYLENE Point triple Tt=192,6 K (-80,55°C) pt=1,28 bars Point critique Tc=308,33 K (35,18°C) pc=61,9 bars Temp de sublimation Ts=189,35 K (-83,8°C) P.V.S (25°C) PVS = 51,6 bars ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  36. p Point triple Tt=192,6 K (-80,55°C) pt=1,28 bars Point critique Tc=308,33 K (35,18°C) pc=61,9 bars Temp de sublimation Ts=189,35 K (-83,8°C) P.V.S (25°C) PVS = 51,6 bars pa TR T TYPE 4 pa< pt Ts<TRACETYLENE TYPE DE STOCKAGE En solution Univers 1 Univers 2 Univers 4 Univers 3 ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  37. p Point triple Tt=216,58 K (-56,57°C) pt=5,185 bars Point critique Tc=304,21 K (31,06°C) pc=73,82 bars PVS Temp de sublimation pa Ts=194,65K (-78,5°C) P.V.S (25°C) PVS = 52,94 bars Ts TR T TYPE 4 pa< pt Ts<TRDIOXYDE DE CARBONE TYPE DE STOCKAGE Biphasique Univers 1 Univers 2 Univers 4 Univers 3 ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

  38. Photos de stockages Stockages biphasiques Stockage cryogénique Stockages en phase liquide ACCUEIL UNIVERS 1 UNIVERS 2 UNIVERS 3 UNIVERS 4

  39. Stockage biphasique Sphère biphasique SOMMAIRE

  40. Stockage biphasique Coupe schématique d ’unstockage « sous talus » tubes intérieurs escalier cage et passerelle tuyauterie sortie liquide talus en « TEXSOL » échelle intérieure dalle en béton armé sur pieux remblai de sable remblai sable élastomère appui polaire RN béton

  41. Stockage biphasique Stockage « sous Talus »

  42. Stockage biphasique Cylindre vertical

  43. Stockage biphasique Cylindre horizontal SOMMAIRE

  44. Stockage cryogénique pompe compresseur SOMMAIRE

  45. Stockage en phase liquide stockages à toit fixe SOMMAIRE

  46. Stockage en phase liquide stockage à toit fixe

  47. Stockage en phase liquide stockage à toit flottant

  48. Stockage en phase liquide stockage à toit flottant

  49. Stockage en phase liquide stockage à toit flottant avec bac à écran interne SOMMAIRE

  50. UNIVERS DE RÉFÉRENCE - 2 Vaporisation d ’un corps pur sous vide initial - Système ouvert - Enceinte indéformable - Parois diathermiques - Système sous vide à l ’état initial Caractéristiques : .vaporisation instantanée .vaporisation limitée .critère de limitation p système = PVS Univers 2

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