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

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2 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

3 Le stockage de produits chimiques est omnis présent dans les pays industrialisés, tant au niveau domestique (Bouteilles de gaz, Cuves à fuel, etc.) quindustriel. 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

4 ABREVIATIONS T R : Température de référence (25°C) T t : température triple du produit T c : Température critique du produit T eb : température d ébullition du produit T f : température de fusion du produit T s : Température de sublimation du produit PVS : Pression de Vapeur Saturante du produit p : Pression du système T : Température du système V : Volume du système p a : Pression atmosphérique normale (1, Pa) p i : Pression initiale du système p t : Pression triple du produit p c : Pression critique du produit

5 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

6 . 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 nest 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 (T t ; p t ) caractérise l état d équilibre triphasique du corps pur considéré.. Le point critique (T c ; p c ) 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

7 Pour toute étude thermodynamique, il est nécessaire de construire un système 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

8 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

9 Etat monophasique SOLIDE OU LIQUIDE OU GAZ Etat biphasique Solide + Liquide Fusion Solidification OU Liquide + Gaz Vaporisation Condensation OU Gaz + Solide Condensation Solide Sublimation Etats physiques du corps pur Etat triphasique SOLIDE LIQUIDE GAZ ACCUEIL

10 LIQUIDE SOLIDE GAZ (Fluide hypercritique) GAZ (Vapeur) Etat biphasiqueEtat triphasiqueEtat monophasique p T DIAGRAMME DU CORPS PUR LIQUIDE Eau POINT TRIPLE ptpt TtTt POINT CRITIQUE pcpc TcTc ACCUEIL

11 Réservoir de travail Réservoir de chaleur ENVIRONNEMENT UNIVERS DE REFERENCE - 1 p T V CORPS PUR (1 mole) Système fermé - Enceinte déformable - Parois diathermiques SYSTEME ACCUEIL TYPE 1TYPE 2TYPE 3TYPE 4 PHOTOS STOCKAGES

12 Réservoir de chaleur p T V SYSTEME Système ouvert - Enceinte indéformable - Parois diathermiques Système sous vide à l état initial Corps Pur UNIVERS DE REFERENCE - 2 ENVIRONNEMENT TYPE 1TYPE 2TYPE 3TYPE 4 PHOTOS STOCKAGES

13 Réservoir de 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 1TYPE 2TYPE 3TYPE 4 PHOTOS STOCKAGES

14 Réservoir de travail Réservoir de chaleur Système ouvert sur l environnement ENVIRONNEMENT ACCUEIL UNIVERS DE REFERENCE - 4 p T V SYSTEME TYPE 1TYPE 2TYPE 3TYPE 4 PHOTOS STOCKAGES

15 p T ptpt TYPOLOGIE DES STOCKAGES - Critères Critère 1 : position de l isobare de référence (1 atm) dans le diagramme du corps pur Critère 1.a : p t p a p c 1 atm papa pcpc papa Critère 1.b : p a p t ACCUEIL

16 p T TYPOLOGIE DES STOCKAGES - Critères Critère 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 :T R T c Critère 2.b :T eb T R T c Critère 2.c :T f T R T eb Critère 2.d :T R T s TcTc T eb 1 atm TfTf TsTs TRTR TRTR TRTR TRTR TcTc T eb ACCUEIL

17 C 6 H 6, C 6 H 12, C 2 H 6 O, C 3 H 6 O, H 2 O,... p t

paTspaTs

18 p T « SOLVANTS » « GAZ PERMANENTS » « GAZ LIQUEFIES » « COMPOSES A POINT DE SUBLIMATION » DIFFERENTS COMPOSES ACCUEIL

19 EXEMPLES DE STOCKAGES TYPE 1: « gaz permanents » TYPE 2: « gaz liquéfiés » TYPE 3: « solvants » TYPE 4: « composés à point de sublimation » ACCUEIL

20 p T ptpt TtTt pcpc TcTc TRTR papa p t < p a < p c T c < T R METHANE T t = 90,7 K (-182,5°C) p t = 0,117 bar T eb = 111,6 K (-161,5°C) T c = 190,5 K (-82,6°C) p c = 46 bars Point triple Point débullition (p a ) Point critique T eb 1 atm TYPE 1 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

21 p T papa TRTR p T Sous pression TYPE DE STOCKAGE T t =90,7 K (-182,5°C) p t =0,117 bar T eb =111,6 K (-161,5°C) T c =190,5 K (-82,6°C) p c =46 bars Point triple Point débullition (p a ) Point critique Cryogénique Cas particulier p t < p a < p c T c < T R METHANE TYPE 1 ACCUEIL Univers 4Univers 1Univers 2 Univers 3 EXEMPLES DE STOCKAGES

22 T pp T TRTR papa T t = 54,3 K (-218,8°C) p t = 0,00152 bar Point triple T eb =90,18 K (-182,97°C) Point débullition (p a ) T c =154,57 K (-118,57°C) p c = 50,43 bars Point critique p t < p a < p c T c < T R OXYGENE TYPE 1 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

23 p T TRTR T t =63,15 K (-210°C) p t =0,1253 bar Point triple T eb =77,35 K (-195,80°C) Point débullition (p a ) T c =126,20 K (-146,95 °C) p c = 34 bars Point critique p t < p a < p c T c < T R AZOTE TYPE 1 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

24 p T TRTR papa T t =13,95 K (-259,20°C) p t = 0,072 bar Point triple T eb =20,38 K (-252,77°C) Point débullition (p a ) T c =33,24 K (-239,91°C) p c = 12,98 bars Point critique État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEIL p t < p a < p c T c < T R HYDROGENE TYPE 1 EXEMPLES DE STOCKAGES

25 p T TRTR papa T t =68,14 K (-205,01°C) p t = 0,1535 bar Point triple T eb =81,62 K (-191,53°C) Point débullition (p a ) T c =132,91 K (-140,24°C) p c = 34,99 bars Point critique p t < p a < p c T c < T R MONOXYDE DE CARBONE TYPE 1 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

26 p T pcpc TcTc ptpt TtTt T t =134,86 K (-138,29°C) p t = bars T c =425,18 K (152°C) p c =38 bars Point triple Point débullition (p a ) Point critique P.V.S (25°C) PVS = 2,3 bars T eb =272,65 K (-0,5°C) PVS TRTR 1 atm papa T eb papa p t < p a < p c T eb < T R < T c BUTANE TYPE 2 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

27 p T T t =134,86 K (-138,29°C) p t = bars T eb =272,65 K (-0,5°C) T c =425,18 K (152°C) p c =38 bars Point triple Point débullition (p a ) Point critique P.V.S (25°C) PVS = 2,3 bars TYPE DE STOCKAGE TRTR PaPa T eb Biphasique (GIL)CryogéniqueCas particulier p t < p a < p c T eb < T R < T c BUTANE TYPE 2 ACCUEIL Univers 4Univers 1Univers 2 Univers 3 EXEMPLES DE STOCKAGES

28 p T T t =85,47K (-187,68°C) p t =3, bars Point triple T eb =231,10K (-42,05°C) Point débullition (p a ) T c =369,82K (96,67°C) p c = 42,50 bars Point critique P.V.S (25°C) PVS =8 bars TRTR papa p t < p a < p c T eb < T R < T c PROPANE TYPE 2 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

29 p T T t =164,23 K (-108,92°C) p t =6, bars Point triple T eb =268,65K (-4,5°C) Point débullition (p a ) T c =425,15K (152°C) p c = 43,22 bars Point critique P.V.S (25°C) PVS = 4,18 bars TRTR papa p t < p a < p c T eb < T R < T c BUTADIENE TYPE 2 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

30 p T T t =195,41K (-77,74°C) p t =0,0607 bars Point triple T eb =239,75K (-33,40°C) Point débullition (p a ) T c =405,55K (132,4°C) p c = 114,80 bars Point critique P.V.S (25°C) PVS = 9,8 bars TRTR papa p t < p a < p c T eb < T R < T c AMMONIAC TYPE 2 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

31 p T pcpc TcTc T c =562,1 K (288,9°C) p c =49,2 bars Point critique PVS TfTf 1 atm TRTR T eb T eb =353,25 K (83,8°C) T f =278,65 K (5,6°C) Température de fusion P.V.S (25°C) PVS = 95,25 mm Hg Liquide TYPE DE STOCKAGE Point débullition (p a ) papa p t < p a < p c T f < T R < T eb BENZENE TYPE 3 Univers 4Univers 1Univers 2 ACCUEIL Univers 3 EXEMPLES DE STOCKAGES

32 p T T c =516,15K (243°C) p c =61,74 bars Point critique T f =159 K (-114,1°C) Température de fusion T eb =351,4 K (78,3°C) Point d ébullition (p a )P.V.S (25°C) PVS = 58,8 mm Hg TRTR papa PVS TfTf T eb p t < p a < p c T f < T R < T eb ETHANOL TYPE 3 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

33 p T TRTR papa T c =509,15K (236°C) p c =58,8 bars Point critique T f =178,2 K (-95°C) Température de fusion T eb =329,2 K (56,2°C) Point d ébullition (p a )P.V.S (25°C) PVS = 230,06 mm Hg PVS TfTf T eb p t < p a < p c T f < T R < T eb ACETONE TYPE 3 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

34 p T TRTR papa TfTf T eb PVS T c =647,2K (374,1°C) p c =221,3 bars Point critique T f = 273,15 K (0 °C) Température de fusion T eb =373,15 K (100°C) Point d ébullition (p a )P.V.S (25°C) PVS = 23,7 mm Hg p t < p a < p c T f < T R < T eb EAU TYPE 3 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

35 p T TRTR papa T c =507,95K (234,8°C) p c =29,2 bars Point critique T f = 177,85K (-95,3 °C) Température de fusion T eb =341,9K (68,7°C) Point d ébullition (p a )P.V.S (25°C) PVS = 97,7 mm Hg TfTf T eb PVS p t < p a < p c T f < T R < T eb n-HEXANE TYPE 3 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

36 p T ptpt TtTt pcpc TcTc T t =192,6 K (-80,55°C) p t =1,28 bars T s =189,35 K (-83,8°C) T c =308,33 K (35,18°C) p c =61,9 bars Point triple Temp de sublimation Point critique P.V.S (25°C) PVS = 51,6 bars PVS TsTs 1 atm TRTR papa p a < p t T s < T R ACETYLENE TYPE 4 État de référence : Pression normale (1, Pa ) ; Température de référence (25 °C) ACCUEILEXEMPLES DE STOCKAGES

37 p T En solution TYPE DE STOCKAGE TRTR papa T t =192,6 K (-80,55°C) p t =1,28 bars T s =189,35 K (-83,8°C) T c =308,33 K (35,18°C) p c =61,9 bars Point triple Temp de sublimation Point critique P.V.S (25°C) PVS = 51,6 bars p a < p t T s < T R ACETYLENE TYPE 4 ACCUEIL Univers 4Univers 1Univers 2 Univers 3 EXEMPLES DE STOCKAGES

38 p T T t =216,58 K (-56,57°C) p t =5,185 bars Point triple T s =194,65K (-78,5°C) Temp de sublimation T c =304,21 K (31,06°C) p c =73,82 bars Point critiqueP.V.S (25°C) PVS = 52,94 bars Biphasique TYPE DE STOCKAGE TRTR papa TsTs PVS p a < p t T s < T R DIOXYDE DE CARBONE TYPE 4 ACCUEIL Univers 4Univers 1Univers 2 Univers 3 EXEMPLES DE STOCKAGES

39 Photos de stockages Stockages biphasiques Stockage cryogénique Stockages en phase liquide ACCUEIL UNIVERS 1UNIVERS 2UNIVERS 3UNIVERS 4

40 Sphère biphasique Stockage biphasique SOMMAIRE

41 escalier cage et passerelle talus en « TEXSOL » dalle en béton armé sur pieux remblai 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

42 Stockage « sous Talus » Stockage biphasique

43 Cylindre vertical Stockage biphasique

44 Cylindre horizontal Stockage biphasique SOMMAIRE

45 Stockage cryogénique pompe compresseur SOMMAIRE

46 stockages à toit fixe Stockage en phase liquide SOMMAIRE

47 stockage à toit fixe Stockage en phase liquide

48 stockage à toit flottant Stockage en phase liquide

49 stockage à toit flottant Stockage en phase liquide

50 stockage à toit flottant avec bac à écran interne Stockage en phase liquide SOMMAIRE

51 - 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 - 2 Vaporisation d un corps pur sous vide initial Univers 2

52 p Nombre de mole PVS Palier de liquéfaction UNIVERS DE RÉFÉRENCE - 2 Vaporisation d un corps pur sous vide initial Univers 2

53 UNIVERS DE REFERENCE - 3 Vaporisation d un corps pur dans un gaz inerte Caractéristiques :.La vaporisation est lente..La vaporisation est limitée..Critère de limitation: p syst = p air + PVS - Système ouvert - Enceinte indéformable - Parois diathermiques - Gaz inerte à la pression atmosphérique ( p a ) dans l état initiale Univers 3

54 UNIVERS DE REFERENCE - 3 Vaporisation d un corps pus dans un gaz inerte p Nombre de mole papa Palier de liquéfaction p a + PVS Univers 3

55 UNIVERS DE REFERENCE - 4 Vaporisation dans un environnement à volume infini -Système ouvert à l extérieur (exemple: verre dans une pièce). Caractéristiques :.Évaporation très lente..Illimitée. p syst < p air + PVS p syst = p a + p i et p i

56 DIAGRAMME DU CORPS PUR, p=f(T) Dans un plan orthonormé, où lon 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 déquilibre 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

57 …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

58 Diagramme du corps pur - Palier de fusion palier de fusion Solide liquide T TfTf Temps

59 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 pT V Tf


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