Calcul d’évents : méthodes du DIERS - Gassy Reactions

Dans un premier dossier , nous avons présenté les méthodes développées par le DIERS de dimensionnement des évents, pour le contrôle des emballements de réactions dans des réacteurs ou appareils de l’industrie chimique. Dans ce même texte, nous avons présenté de manière détaillée les méthodes applicables aux systèmes réactionnels à forte pression de vapeur (« High Vapor Systems »).

Ce second dossier concerne les « Gassy Reactions ». Dans la méthodologie du DIERS , les « Gassy Reactions » sont des réactions en phase condensée qui produisent des gaz incondensables comme CO, CO₂, N₂, NO, N₂O, O₂, H₂, HCl… Il s’agit souvent de réactions de décomposition. Lors de l’emballement d’une de ces réactions dans une enceinte, la pression dans l’enceinte est uniquement ou essentiellement liée à l’accumulation de gaz incondensables ; il n’y a pas de pression de vapeur ou cette contribution est négligeable ou encore n’est pas essentielle.

De ce fait, la température du système n’est pas contrôlable. Même si l’on parvient à limiter la pression dans l’enceinte par le fonctionnement d’un évent, il n’y a pas de puits thermique de vaporisation, l’augmentation de la température n’est pas modifiée et les réactions chimiques s’accélèrent avec l’augmentation de la température. On dit que ces systèmes réactionnels ne sont pas tempérés, ce qui signifie que la température du mélange réactionnel n’est pas liée à la pression par la relation P = f(T) qui serait imposée par un équilibre liquide – vapeur.

Pour ces réactions, la pression dans l’enceinte dépend du taux de remplissage. Plus celui-ci est élevé, plus l’augmentation de la pression est importante et la vitesse d’augmentation de la pression élevée. Dans les essais de laboratoire visant à reproduire les conditions industrielles, comme par exemple des essais en « Vent Sizing Package », utilisant des cellules de mesure fermées, le taux de remplissage doit fréquemment être limité pour éviter l’éclatement de la cellule de mesure. De ce fait, les conditions expérimentales peuvent se trouver éloignées des conditions adiabatiques ou des conditions industrielles et il peut être préférable dans ce cas de recourir à des essais en cellule ouverte pour éviter cet inconvénient. Le dimensionnement d’évents pour le contrôle des emballements de réactions produisant des gaz incondensables est basé sur la vitesse maximale de production de gaz mesurée dans des conditions adiabatiques ou dans des conditions représentatives de la situation industrielle. Il est en effet conservatif de considérer que cette vitesse maximale sera atteinte même si l’évent est activé et de dimensionner l’évent sur la base de cette hypothèse.