Simulación directa de un fallo con VSP2 (Vent Sizing Package 2)

El VSP fue introducido en 1985 por DIERS para la caracterización de las llamadas reacciones «runaway». Las ventajas del VSP consisten en la célula ligera de ensayos y el factor Phi pequeño resultante (baja inercia térmica), el seguimiento adiabático de la presión y el heat-wait-search. La operación adiabática permite aplicar los datos de temperatura y presión directamente en recipientes grandes.

En el calorímetro adiabático de reacción VSP2 es posible simular los experimentos para escenarios «worst case», como por ejemplo una falla del sistema de refrigeración. En este caso se admite un «runaway» de una reacción exotérmica bajo condiciones adiabáticas a fin de determinar el aumento máximo de temperatura y presión así como las tasas pertinentes de temperatura, aumento de presión y producción de gas.

• Son casos conocidos de reacciones «runaway»:
• sobrecalentamiento
• dosificaciones erróneas
• exotermias o reacciones de descomposición desconocidas
• contaminaciones
• mezcla indebida
• temperaturas batch o control de presión erróneos

Los conocimientos relativos a las tasas de temperatura y de producción de gas ante tal escenario de fallos pueden emplearse para proteger un proceso, para desarrollar medidas para urgencias o bien para concebir el alivio de presión.

Otros campos de aplicación más allá del diseño de dispositivos de alivio de presión:

• Determinación de una temperatura adecuada o de una presión adecuada para una desconexión de seguridad.
• La determinación de medios de control adecuados para reacciones catalíticas o radicales.
• Optimización de un proceso mediante la variación de las cantidades empleadas.

El aparato de medición consiste en un recipiente a presión con un volumen de 4 litros aproximadamente. En este se emplea como célula de medición un recipiente de acero especial con un espesor de pared de 0,2 mm y un volumen interior libre determinado mediante medición volumétrica (para tener en cuenta elementos incorporados y agitadores) de 110 ml. Este recipiente de acero especial está aislado térmicamente frente al entorno. El sistema es llevado a la temperatura de almacenamiento por medio de un calentador eléctrico en el fondo de la célula de medición. Luego se adapta el entorno directo del sistema con otro calentador eléctrico que envuelve el recipiente con respecto a la temperatura interior de la célula de medición. En caso de una reacción de descomposición exotérmica, la calefacción de la camisa adapta la temperatura de la célula de medición continuamente a la temperatura de la muestra. Gracias al aislamiento así como a la baja diferencia de temperatura entre la célula de medición y el entorno se consiguen condiciones casi adiabáticas. El sistema de medición puede operarse tanto en forma abierta como también cerrada frente al entorno. En caso de un proceso cerrado, la presión en el recipiente a presión es adaptada mediante adición y purga de nitrógeno a la presión interior de la célula de medición. Mediante el mantenimiento de una baja diferencia de presión entre la célula de medición y el recipiente a presión, se protege la célula de pared fina contra deformaciones. Se registran y gravan las curvas de temperatura y presión en la célula de medición y el recipiente a presión durante la reacción.

Fuentes bibliográficas:

1. Process Safety News Fall 2011.

2. Askonas, Burelbach, Leung, Fauske and Associates, 2000, THE VERSATILE VSP2: A TOOL FOR  ADIABATIC THERMAL ANALYSIS AND VENT SIZING APPLICATIONS, North American Thermal Analysis Society, 28th Annual Conference.

3. Fauske.com.