Proprietà chimiche e compatibilità tra materiali nei processi industriali e chimici

Nel settore industriale, in quello farmaceutico e in quello chimico, è di fondamentale importanza prestare attenzione alla compatibilità dei materiali che vengono accostati e utilizzati insieme; può accadere, infatti, che si inneschino delle reazioni pericolose a cause di materiali che non avrebbero dovuto entrare in contatto gli uni con gli altri.

Tali processi sono condizionati da vari fattori: per esempio l’ambiente di utilizzo, la temperatura e il tipo di fluido. Ogni sostanza si caratterizza per un’energia latente che, in alcuni casi, non può essere assorbita in modo adeguato dall’ambiente circostante perché viene rilasciata a una velocità eccessiva o in quantità troppo elevate. Nella maggior parte dei casi, in una reazione chimica l’energia viene liberata sotto forma di calore. Può succedere che si inneschi una composizione indesiderata o che una reazione voluta non sia può controllabile.

La tossicità dei fluidi

Vi sono fluidi le cui caratteristiche di pericolosità sono in grado di provocare danni non solo agli ambienti circostanti, ma anche all’uomo e, più in generale, agli organismi viventi che dovessero entrarvi a contatto. Si parla, a tal proposito, di tossicità ed ecotossicità: due aspetti che è fondamentale conoscere, non solo in caso di accidentali fuoriuscite di sostanze, ma anche per le miscele di reazione.

I fattori che incidono sulla tossicità per un organismo di una sostanza sono correlati alla dose che viene assorbita e alle sue caratteristiche strutturali. Il cosiddetto test di letalità permette di stimare la tossicità acuta di una sostanza. Si parla di ecotossicità, invece, nel momento in cui a essere colpito non è l’uomo, ma qualunque organismo vivente, sia esso animale o vegetale. Gli effetti biologici che derivano dalle sostanze ecotossiche possono variare a seconda del mezzo nel quale esse vengono disperse.

L’instabilità delle sostanze

L’instabilità e la reattività di una sostanza sono proprietà che spesso vengono quantificate e identificate con grande difficoltà, soprattutto calate nei diversi contesti: proprio questo fattore, che si traduce in una parziale assenza di consapevolezza, può rendere ancora più pesanti le conseguenze di eventuali incidenti industriali.

Gli idroperossidi e i perossidi, per esempio, sono sostanze instabili che esplodendo producono un rilascio di energia molto rapido; lo stesso vale per peracidi e nitroalcani. Ci sono, poi, sostanze basiche che nel momento in cui si neutralizzano con acidi danno vita, in un arco di tempo ridotto, a un livello di calore molto elevato, fungendo da catalizzatori in diverse reazioni.

Il fosforo bianco e gli idruri, invece, sono sostanze piroforiche che si incendiano se entrano in contatto a temperatura ambiente con l’ossigeno atmosferico. Gli idruri, i nitruri e i metalli alcalini vengono definiti sostanze riducenti, e cedono elettroni da altre sostanze favorendo reazioni esotermiche molto forti. Gli stessi metalli alcalini, entrando in contatto con l’acqua, possono produrre gas tossici o infiammabili.

La gestione dei fluidi

L’innesco di reazioni esotermiche impreviste e pericolose può essere causato dalla presenza di impurezze all’interno delle materie prime che vengono impiegate. Un caso particolare, poi, può essere individuato nella contaminazione della miscela di reazione con il liquido che viene adoperato all’interno del circuito di raffreddamento per lo scambio termico.

Si potrebbe verificare un incidente, per esempio, se la corrosione di uno scambiatore di calore favorisse l’ingresso dell’acqua nelle correnti di processo, o se dopo le operazioni di lavaggio un po’ d’acqua rimanesse negli spazi morti di serbatoi e reattori. Una delle potenziali ragioni della perdita di controllo di un processo può essere costituita anche dalla presenza di sostanze instabili dal punto di vista termico, dal momento che l’energia che viene liberata nel corso della decomposizione può favorire la spirale termica dell’evoluzione di una runaway.

I liquidi infiammabili

I liquidi infiammabili o pericolosi richiedono, come si può facilmente immaginare, delle precauzioni particolari per il loro trasporto. Per esempio, le pompe non possono presentare premistoppa e guarnizioni in fibre, al di là del fatto che esse siano artificiali o di origine naturale, per effetto del gocciolamento fisiologico che occorre per evitare il surriscaldamento dovuto all’attrito con l’albero rotante. In base alla compatibilità che i liquidi richiedono, è possibile accoppiare materiali differenti.

Le pompe per la movimentazione dei fluidi

Anche le aziende che si occupano delle pompe per la movimentazione dei fluidi, come Debem, devono tenere conto di tutte queste caratteristiche. Tali dispositivi convertono l’energia meccanica in energia di pressione. Le pompe centrifughe, in particolare, possono avere un asse verticale o orizzontale e la direzione dei flussi assiale o radiale: dipende dalla portata e dalla prevalenza richieste.

Quasi sempre c’è bisogno di una portata minima che consente di evitare il cosiddetto shutoff, vale a dire l’aumento di temperatura del liquido presente nel corpo pompa; se questo evaporasse, si verificherebbe un danneggiamento del dispositivo. Nel caso in cui vengano trasferiti dei fluidi pericolosi, vengono impiegate delle pompe con girante a trascinamento magnetico, che non hanno problemi di tenuta.