STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES Cette version « en-ligne » a bénéficié du soutien de l'Union Européenne - Léonardo da Vinci Pilot Project : "Multimedia

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

sous la direction du professeur J. Dos Santos

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.

DIAGRAMME DU CORPS PUR STOCKAGES DES PRODUITS CHIMIQUES

ABREVIATIONS

TR : Température de référence (25°C)Tt : température triple du produitTc : Température critique du produitTeb : température d ’ébullition du produitTf : température de fusion du produitTs : Température de sublimation du produitPVS : Pression de Vapeur Saturante du produit

p : Pression du systèmeT : Température du systèmeV : Volume du système

pa : Pression atmosphérique normale (1,013 105 Pa) pi : Pression initiale du systèmept : Pression triple du produitpc : Pression critique du produit

Diagramme du corps pur

Rappels théoriques

Changements d ’états du corps pur

États physiques du corps pur

ACCUEIL

Typologie des stockages

Univers de référence

Critères de stockages

Exemples de stockages

Photos de stockages

QUITTER

. 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.

RAPPELS THEORIQUES

ACCUEIL

Pour toute étude thermodynamique, il est nécessaire de construire unsystème de représentation, appelé univers de référence.

Cet univers est défini par des interactions (aussi appelées flux) de matière et/ou d ’énergie entre 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.

NOTION DE SYSTEME

ACCUEIL

RAPPELS THEORIQUES

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

CHANGEMENTS D ’ETATS DU CORPS PUR

Etat monophasique

SOLIDE

OU

LIQUIDE

OU

GAZ

Etat biphasiqueSolide + Liquide

Fusion

SolidificationOU

Liquide + GazVaporisation

CondensationOU

Gaz + SolideCondensation Solide

Sublimation

Etats physiques du corps pur

Etat triphasique

SOLIDE

LIQUIDE

GAZ

ACCUEIL

LIQUIDESOLIDEGAZ

(Fluide hypercritique)

GAZ (Vapeur)

Etat biphasique Etat triphasiqueEtat monophasique

p

T

DIAGRAMME DU CORPS PUR

LIQUIDE

Eau

POINTTRIPLE

pt

Tt

POINTCRITIQUE

pc

Tc

ACCUEIL

Réservoirde

travail

Réservoirde

chaleur

ENVIRONNEMENT

UNIVERS DE REFERENCE - 1

p T V

CORPS PUR

(1 mole)

Système fermé - Enceinte déformable - Parois diathermiques

SYSTEME

ACCUEIL TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4

PHOTOS STOCKAGES

Réservoirde

chaleur

p T V

SYSTEME

Système ouvert - Enceinte indéformable - Parois diathermiques

Système sous vide à l ’état initial

Corps Pur

UNIVERS DE REFERENCE - 2ENVIRONNEMENT

TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4

PHOTOS STOCKAGES

Réservoirde

chaleur

Corps Pur

- Système ouvert - Enceinte indéformable - Parois diathermiques

Gaz inerte, à la pression p, dans l ’état initiale


p T V

SYSTEME

ENVIRONNEMENT


PHOTOS STOCKAGES

Réservoirde

travail

Réservoirde

chaleur

Système ouvert sur l ’environnement

ENVIRONNEMENT

ACCUEIL


p T V

SYSTEME


PHOTOS STOCKAGES

p

T

pt

TYPOLOGIE DES STOCKAGES - CritèresCritère 1 : position de l ’isobare de référence (1 atm) dans

le diagramme du corps pur

Critère 1.a : pt pa pc

1 atmpa

pc

1 atmpa

Critère 1.b : pa pt

ACCUEIL

p

T

TYPOLOGIE DES STOCKAGES - CritèresCritère 2 : position de l ’isotherme de référence (25 °C) par rapport à

l ’isobare de référence (1 atm) dans le diagramme du corps pur

Critère 2.a :TR Tc

Critère 2.b :Teb TR Tc

Critère 2.c :Tf TR Teb

Critère 2.d :TR Ts

TcTeb

1 atm 1 atm 1 atm

1 atm

TfTs TRTRTR TR TcTebACCUEIL

C6H6, C6H12, C2H6O, C3H6O, H2O, . . .

pt<pa<pc

Tf<TR<Te

TYPE 3 Solvants

C2H2, CO2, . . .

pt>pa

Ts<TR

TYPE 4« Composés à point de

Sublimation »

TYPOLOGIE DES STOCKAGES - Exemples

C3H8, C4H6, C4H10, NH3, . . .

pt<pa<pc

Teb<TR<Tc

TYPE 2

« Gaz de pétrole liquéfiés (GPL)

Gaz inflammables liquéfiés(GIL) »

« Gaz permanents »

ExemplesTypologie

pt<pa<pc

Tt<TR

TYPE 1 H2, CH4 , O2 , N2 , CO , AIR, . . .

Dénominations usuelles

ACCUEIL

p

T

« SOLVANTS »

« GAZ PERMANENTS »« GAZ

LIQUEFIES »

« COMPOSES A POINT DE SUBLIMATION »

DIFFERENTS COMPOSES

ACCUEIL

EXEMPLES DE STOCKAGES

TYPE 1: « gaz permanents »

TYPE 2: « gaz liquéfiés »

TYPE 3: « solvants »

TYPE 4: « composés à point de sublimation »

ACCUEIL

p

T

pt

Tt

pc

Tc TR

pa

pt < pa< pc Tc< TR METHANE

Tt = 90,7 K (-182,5°C)

pt = 0,117 bar

Teb = 111,6 K (-161,5°C)

Tc = 190,5 K (-82,6°C)

pc = 46 bars

Point triple

Point d’ébullition (pa)

Point critique

Teb

1 atm

TYPE 1

État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)

ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES

p

T

pa

TR

p

T

Sous pression

TYPE DE STOCKAGE

Tt=90,7 K (-182,5°C)

pt=0,117 bar

Teb=111,6 K (-161,5°C)

Tc=190,5 K (-82,6°C)

pc=46 bars

Point triple


Point critique

CryogéniqueCas particulier

pt < pa< pc Tc< TR METHANETYPE 1

ACCUEIL

Univers 4Univers 1 Univers 2 Univers 3


T

pp

TTR

pa

Tt= 54,3 K (-218,8°C)

pt= 0,00152 bar

Point triple

Teb=90,18 K (-182,97°C)


Tc=154,57 K (-118,57°C)

pc= 50,43 bars

Point critique

pt < pa< pc Tc< TR OXYGENETYPE 1



p

TTR

Tt =63,15 K (-210°C)

pt=0,1253 bar

Point triple

Teb=77,35 K (-195,80°C)


Tc=126,20 K (-146,95 °C)

pc= 34 bars

Point critique

pt < pa< pc Tc< TR AZOTETYPE 1



p

TTR

pa

Tt =13,95 K (-259,20°C)

pt= 0,072 bar

Point triple

Teb=20,38 K (-252,77°C)


Tc=33,24 K (-239,91°C)

pc= 12,98 bars

Point critique


ACCUEIL

pt < pa< pc Tc< TR HYDROGENETYPE 1


p

TTR

pa

Tt =68,14 K (-205,01°C)

pt= 0,1535 bar

Point triple

Teb=81,62 K (-191,53°C)


Tc=132,91 K (-140,24°C)

pc= 34,99 bars

Point critique

pt < pa< pc Tc< TR MONOXYDE DE CARBONETYPE 1



p

T

pc

Tc

pt

Tt

Tt=134,86 K (-138,29°C)

pt=4.10-6 bars

Tc=425,18 K (152°C)

pc=38 bars

Point triple


Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 2,3 bars

Teb=272,65 K (-0,5°C)

PVS

TR

1 atmpa

Teb

pa

pt < pa< pc Teb< TR< Tc BUTANETYPE 2



p

T

Tt=134,86 K (-138,29°C)

pt=4.10-6 bars

Teb=272,65 K (-0,5°C)

Tc=425,18 K (152°C)

pc=38 bars

Point triple


Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 2,3 bars

TYPE DE STOCKAGE

TR

Pa

TebBiphasique (GIL)CryogéniqueCas particulier

pt < pa< pc Teb< TR< Tc BUTANETYPE 2

ACCUEIL



p

T

Tt=85,47K (-187,68°C)

pt=3,3.10 -9 bars

Point triple

Teb=231,10K (-42,05°C)


Tc=369,82K (96,67°C)

pc= 42,50 bars

Point critique

P.V.S (25°C)

PVS =8 bars

TR

pa

pt < pa< pc Teb< TR< Tc PROPANETYPE 2



p

T

Tt =164,23 K (-108,92°C)

pt=6,9.10 -4 bars

Point triple

Teb=268,65K (-4,5°C)


Tc=425,15K (152°C)

pc= 43,22 bars

Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 4,18 bars

TR

pa

pt < pa< pc Teb< TR< Tc BUTADIENETYPE 2



p

T

Tt=195,41K (-77,74°C)

pt=0,0607 bars

Point triple

Teb=239,75K (-33,40°C)


Tc=405,55K (132,4°C)

pc= 114,80 bars

Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 9,8 bars

TR

pa

pt < pa< pc Teb< TR< Tc AMMONIACTYPE 2



p

T

pc

Tc

Tc=562,1 K (288,9°C)

pc=49,2 bars

Point critique

PVS

Tf

1 atm

TR Teb

Teb=353,25 K (83,8°C)

Tf=278,65 K (5,6°C)

Température de fusion

P.V.S (25°C)

PVS = 95,25 mm Hg

Liquide

TYPE DE STOCKAGE

Point d’ébullition (pa)pa

pt < pa< pc Tf< TR< Teb BENZENETYPE 3

Univers 4Univers 1 Univers 2

ACCUEIL

Univers 3


p

T

Tc=516,15K (243°C)pc=61,74 bars

Point critique

Tf=159 K (-114,1°C)


Teb=351,4 K (78,3°C)

Point d ’ébullition (pa)

P.V.S (25°C)

PVS = 58,8 mm Hg

TR

pa

PVS

Tf Teb

pt < pa< pc Tf< TR< Teb ETHANOLTYPE 3



p

TTR

pa

Tc=509,15K (236°C)pc=58,8 bars

Point critique

Tf=178,2 K (-95°C)


Teb=329,2 K (56,2°C)


P.V.S (25°C)

PVS = 230,06 mm Hg

PVS

Tf Teb

pt < pa< pc Tf< TR< Teb ACETONETYPE 3



p

TTR

pa

Tf Teb

PVS

Tc=647,2K (374,1°C)pc=221,3 bars

Point critique

Tf= 273,15 K (0°C)


Teb=373,15 K (100°C)


P.V.S (25°C)

PVS = 23,7 mm Hg

pt < pa< pc Tf< TR< Teb EAUTYPE 3



p

TTR

pa

Tc=507,95K (234,8°C)pc=29,2 bars

Point critique

Tf= 177,85K (-95,3°C)


Teb=341,9K (68,7°C)


P.V.S (25°C)

PVS = 97,7 mm Hg

Tf Teb

PVS

pt < pa< pc Tf< TR< Teb n-HEXANETYPE 3



p

T

pt

Tt

pc

Tc

Tt=192,6 K (-80,55°C)

pt=1,28 bars

Ts=189,35 K (-83,8°C)

Tc=308,33 K (35,18°C)

pc=61,9 bars

Point triple

Temp de sublimation

Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 51,6 bars

PVS

Ts

1 atm

TR

pa

pa< pt Ts< TR ACETYLENETYPE 4



p

T En solution

TYPE DE STOCKAGE

TR

pa

Tt=192,6 K (-80,55°C)

pt=1,28 bars

Ts=189,35 K (-83,8°C)

Tc=308,33 K (35,18°C)

pc=61,9 bars

Point triple

Temp de sublimation

Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 51,6 bars

pa< pt Ts< TR ACETYLENETYPE 4

ACCUEIL



p

T

Tt=216,58 K (-56,57°C)

pt=5,185 bars

Point triple

Ts=194,65K (-78,5°C)

Temp de sublimation

Tc=304,21 K (31,06°C)

pc=73,82 bars

Point critique

P.V.S (25°C)

PVS = 52,94 bars

Biphasique

TYPE DE STOCKAGE

TR

pa

Ts

PVS

pa< pt Ts< TR DIOXYDE DE CARBONETYPE 4

ACCUEIL



Photos de stockages

Stockages biphasiques

Stockage cryogénique

Stockages en phase liquide

ACCUEIL UNIVERS 1 UNIVERS 2 UNIVERS 3 UNIVERS 4

Sphère biphasique

Stockage biphasique

SOMMAIRE

escalier cage et passerelletalus en « TEXSOL »dalle en béton armé sur pieuxremblai de sable

appui polaire RN béton

tubes intérieurs

tuyauterie sortie liquide échelle intérieure

remblai sable élastomère

Coupe schématique d ’un stockage « sous talus »

Stockage biphasique

Stockage « sous Talus »

Stockage biphasique

Cylindre vertical

Stockage biphasique

Cylindre horizontal

Stockage biphasique

SOMMAIRE

Stockage cryogénique

pompe

compresseur

SOMMAIRE

stockages à toit fixe

Stockage en phase liquide

SOMMAIRE

stockage à toit fixe


stockage à toit flottant


stockage à toit flottant


stockage à toit flottant avec bac à écran interne


SOMMAIRE

- 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 DE RÉFÉRENCE - 2Vaporisation d ’un corps pur sous vide initial

Univers 2

p

Nombre de mole

PVSPalier de liquéfaction

UNIVERS DE RÉFÉRENCE - 2Vaporisation d ’un corps pur sous vide initial

Univers 2

UNIVERS DE REFERENCE - 3Vaporisation d ’un corps pur dans un gaz inerte

Caractéristiques :

.La vaporisation est lente.

.La vaporisation est limitée.

.Critère de limitation:

psyst = pair + PVS

- Système ouvert

- Enceinte indéformable

- Parois diathermiques

- Gaz inerte à la pression atmosphérique ( pa ) dans l ’état

initiale

Univers 3

UNIVERS DE REFERENCE - 3Vaporisation d ’un corps pus dans un gaz inerte

p

Nombre de mole

pa

Palier de liquéfactionpa + PVS

Univers 3

UNIVERS DE REFERENCE - 4Vaporisation dans un environnement à volume infini

-Système ouvert à l ’extérieur (exemple: verre dans une pièce).

Caractéristiques : .Évaporation très lente.

.Illimitée.

psyst< pair + PVS

psyst = pa + pi et pi<PVS

Pour les calculs relatifs à la sécurité, on admettra qu ’au cour d ’une évaporation, la pression partielle du produit chimique pi peut atteindre la

PVS.

Univers 4

DIAGRAMME DU CORPS PUR, p=f(T)

Dans un plan orthonormé, où l’on porte la température en abscisses et la pression en ordonnées, les états physiques de la plupart des corps purs sont représentés sur le diagramme d ’état du corps pur.

On distingue dans le diagramme 3 domaines…

Ces trois domaines sont représentatifs des états physiques monophasés.

…séparés par 3 courbes…

Ces trois courbes sont représentatives des états physiques d’équilibre diphasés; elles constituent le lieu géométrique des seuls points où deux phases ont la possibilité de coexister en équilibre.

- La courbe d ’équilibre solide-liquide est appelée courbe de fusion.

- La courbe d ’équilibre solide-gaz est appelée courbe de sublimation.

- La courbe d ’équilibre liquide-gaz est appelée courbe de vaporisation ou courbe de pression de vapeur saturante ( PVS) .

RETOUR AU DIAGRAMME

APPROCHE QUANTITATIVE

…3 courbes qui convergent en 1 point.

Ce point appelé point triple, est représentatif de l ’état physique triphasé, solide-liquide-gaz. Pour un corps pur donné, les trois phases ne peuvent coexister en équilibre, que pour une certaine valeur de la pression, appelée pression triple et une certaine valeur de la température appelée température triple.

RETOUR AU DIAGRAMME

Diagramme du corps pur - Palier de fusion

palier de fusion

Solide Solide Solide

liquide liquide liquide

T

Tf

Temps

Durant la phase solide (monophasique), la température augmente jusqu ’à la température de fusion.

Pendant la phase solide-liquide (biphasique), la température reste constante ( Tf ).

De retour en phase liquide (monophasique), la température recommence à augmenter.

Diagramme du corps pur - Palier de fusion

Phénomène à PRESSION CONSTANTE

p T V

Tf

Documents

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