Simulation directe d’un dysfonctionnement au moyen du vsp2 (vent sizing package 2)
Le VSP a été introduit par DIERS en 1985 pour la caractérisation des réactions d’emballement thermique, dites „runaway“. Les avantages du VSP sont la légèreté de sa cellule de test et la faible valeur du facteur phi qui en résulte (faible inertie thermique), le suivi adiabatique de la pression et son mode heat-wait-search (HWS). Le mode adiabatique permet d’utiliser les données de température et de pression directement sur des grands réservoirs.
Dans le calorimètre réactionnel adiabatique VSP2, il est possible de simuler des essais pour des scénarios worst case, comme par exemple une panne de refroidissement. L’emballement d’une réaction exothermique est toléré dans des conditions adiabatiques afin de déterminer l’augmentation maximale de température et de pression, ainsi que les taux d’augmentation de température, de pression et de production de gaz.
- Les cas connus de réactions d’emballement thermique „runaway“ sont les suivants :
- Surchauffe
- Dosages erronés
- Réactions inconnues d’exothermie ou de décomposition
- Pollutions
- Mélanges incorrects
- Erreurs de températures de lots ou de contrôle de pression
La connaissance des taux de température et de production de gaz dans un tel scénario de défaillance peut être mise à profit pour sécuriser un procédé, pour élaborer des mesures d’urgence ou pour le dimensionnement d’une décompression.
Autres cas d’utilisation, en dehors du dimensionnement des dispositifs de décompression :
- La détermination d’une température spécifique ou d’une pression adaptée permettant une coupure de sécurité.
- La détermination de solutions permettant de stopper les réactions catalytiques ou radicalaires
- L’optimisation d’un procédé par variation des quantités mises en œuvre.
L’appareillage de mesure se compose d’un réservoir sous pression présentant un volume d’environ 4 litres. Comme cellule de mesure, on place dans ce réservoir un récipient en acier inoxydable comportant des parois d’une épaisseur de 0,2 mm et un volume intérieur libre (pour tenir compte des éléments intégrés et de l’agitateur) de 110 ml, le jaugeage étant défini par vérification en litres. Ce récipient en acier inoxydable est thermiquement isolé de son environnement. Le système est amené à la température de stockage au moyen d’un élément chauffant électrique situé au fond de la cellule de mesure. À l’aide d’un autre élément de chauffage électrique qui enveloppe le récipient, l’environnement direct du système est ensuite chauffé pour être en équilibre avec la température interne de la cellule de mesure. En cas de réaction de décomposition exothermique, la température de la cellule de mesure sera ajustée en continu à la température de l’échantillon grâce au chauffage des parois. Du fait de l’isolation ainsi que de la faible différence de température entre la cellule de mesure et la température ambiante, on obtient pratiquement des conditions adiabatiques.
Le système de mesure peut fonctionner aussi bien en mode ouvert qu’en mode fermé par rapport à l’environnement. Lorsque l’on fonctionne en mode fermé, on ajuste la pression dans le réservoir à celle qui s’exerce à l’intérieur de la cellule de mesure, soit en complétant par de l’azote, soit en laissant de l’azote s’échapper. En maintenant une faible différence de pression entre la cellule de mesure et le réservoir sous pression, on protège les parois minces de la cellule de mesure contre d’éventuelles déformations. On effectue la saisie et l’enregistrement des variations de température et de pression dans la cellule d’essai et dans le réservoir sous pression pendant la réaction.
Bibliographie
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.