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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
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
UNIVERS DE REFERENCE - 3
p T V
SYSTEME
ENVIRONNEMENT
TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4
PHOTOS STOCKAGES
Réservoirde
travail
Réservoirde
chaleur
Système ouvert sur l ’environnement
ENVIRONNEMENT
ACCUEIL
UNIVERS DE REFERENCE - 4
p T V
SYSTEME
TYPE 1 TYPE 2 TYPE 3 TYPE 4
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 d’ébullition (pa)
Point critique
CryogéniqueCas particulier
pt < pa< pc Tc< TR METHANETYPE 1
ACCUEIL
Univers 4Univers 1 Univers 2 Univers 3
EXEMPLES DE STOCKAGES
T
pp
TTR
pa
Tt= 54,3 K (-218,8°C)
pt= 0,00152 bar
Point triple
Teb=90,18 K (-182,97°C)
Point d’ébullition (pa)
Tc=154,57 K (-118,57°C)
pc= 50,43 bars
Point critique
pt < pa< pc Tc< TR OXYGENETYPE 1
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
TTR
Tt =63,15 K (-210°C)
pt=0,1253 bar
Point triple
Teb=77,35 K (-195,80°C)
Point d’ébullition (pa)
Tc=126,20 K (-146,95 °C)
pc= 34 bars
Point critique
pt < pa< pc Tc< TR AZOTETYPE 1
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
TTR
pa
Tt =13,95 K (-259,20°C)
pt= 0,072 bar
Point triple
Teb=20,38 K (-252,77°C)
Point d’ébullition (pa)
Tc=33,24 K (-239,91°C)
pc= 12,98 bars
Point critique
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL
pt < pa< pc Tc< TR HYDROGENETYPE 1
EXEMPLES DE STOCKAGES
p
TTR
pa
Tt =68,14 K (-205,01°C)
pt= 0,1535 bar
Point triple
Teb=81,62 K (-191,53°C)
Point d’ébullition (pa)
Tc=132,91 K (-140,24°C)
pc= 34,99 bars
Point critique
pt < pa< pc Tc< TR MONOXYDE DE CARBONETYPE 1
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
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 d’ébullition (pa)
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
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
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 d’ébullition (pa)
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
Univers 4Univers 1 Univers 2 Univers 3
EXEMPLES DE STOCKAGES
p
T
Tt=85,47K (-187,68°C)
pt=3,3.10 -9 bars
Point triple
Teb=231,10K (-42,05°C)
Point d’ébullition (pa)
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
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
T
Tt =164,23 K (-108,92°C)
pt=6,9.10 -4 bars
Point triple
Teb=268,65K (-4,5°C)
Point d’ébullition (pa)
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
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
T
Tt=195,41K (-77,74°C)
pt=0,0607 bars
Point triple
Teb=239,75K (-33,40°C)
Point d’ébullition (pa)
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
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
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
EXEMPLES DE STOCKAGES
p
T
Tc=516,15K (243°C)pc=61,74 bars
Point critique
Tf=159 K (-114,1°C)
Température de fusion
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
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
TTR
pa
Tc=509,15K (236°C)pc=58,8 bars
Point critique
Tf=178,2 K (-95°C)
Température de fusion
Teb=329,2 K (56,2°C)
Point d ’ébullition (pa)
P.V.S (25°C)
PVS = 230,06 mm Hg
PVS
Tf Teb
pt < pa< pc Tf< TR< Teb ACETONETYPE 3
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
TTR
pa
Tf Teb
PVS
Tc=647,2K (374,1°C)pc=221,3 bars
Point critique
Tf= 273,15 K (0°C)
Température de fusion
Teb=373,15 K (100°C)
Point d ’ébullition (pa)
P.V.S (25°C)
PVS = 23,7 mm Hg
pt < pa< pc Tf< TR< Teb EAUTYPE 3
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
p
TTR
pa
Tc=507,95K (234,8°C)pc=29,2 bars
Point critique
Tf= 177,85K (-95,3°C)
Température de fusion
Teb=341,9K (68,7°C)
Point d ’ébullition (pa)
P.V.S (25°C)
PVS = 97,7 mm Hg
Tf Teb
PVS
pt < pa< pc Tf< TR< Teb n-HEXANETYPE 3
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
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
État de référence : Pression normale (1,013 105 Pa) ; Température de référence (25 °C)
ACCUEIL EXEMPLES DE STOCKAGES
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
Univers 4Univers 1 Univers 2 Univers 3
EXEMPLES DE STOCKAGES
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
Univers 4Univers 1 Univers 2 Univers 3
EXEMPLES DE STOCKAGES
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 en phase liquide
stockage à toit flottant
Stockage en phase liquide
stockage à toit flottant
Stockage en phase liquide
stockage à toit flottant avec bac à écran interne
Stockage en phase liquide
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