Les GAZ COMPRIMÉS - Principes de gestion des risques chimiques

Les GAZ COMPRIMÉS
 Les composés gazeux à la température ambiante sont stockés sous un volume réduit :
 Par refroidissement :
 Liquide cryogénique (N2, Ar …)
 Par compression :
 Un liquide (propane, butane …)
 Un gaz très dense (O2, N2, H2 sous 200 bar)
 Par dissolution dans un solvant :
 Acétone pour l’acétylène (sous 15 bar)
 On distingue :
 Gaz combustibles toxiques (CO …)
 Gaz combustibles (H2, C2H2, CH4, C2H6 …)
 Gaz neutres (Ar, He, N2, CO2 …)
 Gaz carburants (O2, N2O, Cl2 …)
 Gaz toxiques non combustibles (NO, HCl …)
Annexe DD2bis en lien
 Risques associés :
 Inflammation/explosion (gaz combustibles)
 Explosion (forte pression)
 Intoxication
Les gaz sont livrés liquéfiés sous leurs propres pressions de vapeur saturante ou sous forme
gazeuse, dilués dans d’autres gaz. Ils sont, soit achetés directement au poids, soit achetés en
volumes dans les conditions ordinaires de 15°C et 760 mm Hg. Les concentrations commerciales sont
volumiques (% ou ppm).
Tables de l’Encyclopédie des Gaz de l’Air Liquide/Elsevier
 Gaz purs ou mélanges
Information vendeur : la détente d’1 L de liquide à 1 bar et 15°c (conditions initiales du
liquide à sa température d’ébullition sous 1 atm).
 Connaissant ce volume à 15°C et 1 bar
 Calcule du volume de liquide qui pourrait être obtenu à partir du volume de gaz
acheté (abstraction faite de l’erreur sur les écarts de pression entre 1 bar et
1
atm ~1,01325 bar), connaissant la masse volumique du liquide à son point
d’ébullition.
% volumique (substance) x volume gaz acheté 15°C, 1 atm x p (liquide) point d’ébullition sous 1 atm
msubstance =
volume gaz libéré par 1 L de liquide détendu de sa T° C d’ébullition sous 1 atm aux conditions de 15°C et 1 bar
(Note : 106 ppm
100% vol)
 Liquide purs ou mélanges
Pour les calculs de masse, il suffit de se reporter aux informations présentes sur les étiquettes
des emballages ou FDS (volume, masse volumique, masse molaire et composition molaire ou
massique).
•
•
Liquides purs : mclasse substance = volume du contenu x P liquide
Mélanges :
msubstance = % massique (substance) x volume du contenu x P liquide
ou msubstance = volume du contenu x C molaire x M substance
Les produits extrêmement inflammables, les liquides inflammables réchauffés dans leur
masse à une température supérieure à leur point d’éclair sont assimilés à des liquides inflammables
de 1ère catégorie.
Exemples :
Calcul des quantités de substance ou classe de substances contenues dans un emballage.
Liquides :
Masse (substance)=Volume acheté x Masse volumique (substance)
n-hexane (C6H14) :
Masse volumique à 20°C : 0,6603 kg/L
R 11-38-48/20-62-65-67*
S (2)-9-16-29-33-36/37-61-62*
L’hexane provient de la distillation du pétrole ou du gaz naturel. Il a plusieurs utilisations :
-
Milieu réactionnel et solvant
-
Formulation de colles, peintures, etc
-
Agent dénaturant pour l’alcool
-
Constituant de certains carburants
Calcul de la masse de n-hexane dans une bouteille achetée de 1L :
m(C6H14) = 1 x 0,6603 = 0,6603 kg
Acétonitrile (C2H3N):
Masse volumique à 20°C : 0,786 kg/L
R 11-20/21/22-36*
S (1/2), 16, 36/37*
Il est utilisé dans l’industrie pharmaceutique en tant que matière première pour la synthèse de
substances chimiques, mais aussi comme solvant dans divers procédés.
Calcul de la masse d’acétonitrile dans une bouteille achetée de 1L :
m(C2H3N) = 1 x 0,786 = 0,786 kg
Gaz:
Pour une mole d’une substance donnée,
Calcul du volume d’une mole de liquide V (liq) :
V (liq) =
M
ρ
Calcul du volume de gaz libéré pour 1 L de liquide V (gaz libéré) :
V (gaz libéré) =
V ( gaz )
V (liq )
Calcul de la quantité de substance m contenue dans un emballage :
m=
% × V (gazacheté) × ρ
V (gazlibéré)
D’où la quantité de substance m est donnée par la combinaison de ces 3 équations tel que :
m=
% × M × V ( gazachété )
V ( gaz )
Avec :
m : la quantité de substance contenue dans l’emballage (en g)
M : la masse molaire de la substance (en g/mol)
V (gaz) : le volume d’une mole de gaz (en L/mol)
V (liq) : le volume d’une mole de liquide (en L/mol)
% : le pourcentage de la substance dans le mélange (sans unité), ici nous prendrons 100%
soit une substance pure
V (gaz achété) : le volume de gaz acheté, ici nous prendrons 1 L de gaz
V (gaz libéré) : le volume de gaz libéré par 1L de liquide détendu
À T=15°C et P=1 atm
Dioxygène (O2):
Le dioxygène est indispensable à la vie humaine et compose l’atmosphère terrestre à environ 21% en
masse. Il participe à des réactions d’oxydation comme la combustion ou la corrosion.
Masse volumique de la phase liquide (1,013 bar au point d'ébullition) : 1141 kg/m3
Masse molaire : 31.9988 g/mol
Volume d’une mole de gaz à 15°C et 1,013 bar : 24 L
R 8*
S2, S17*
m=
1 × 31,9988 × 1
= 1,3g
24
Dioxyde de soufre (SO2) :
Le dioxyde de soufre a de nombreuses applications industrielles :
-
Agent de blanchiment (pâte à papier)
-
Agent réfrigérant (froid)
-
Extracteur (raffinage des pétroles)
-
Agent antiseptique (alimentaire)
Masse volumique de la phase liquide (1,013 bar au point d'ébullition) : 1458 kg/m3
Masse molaire : 64,06 g/mol
Volume d’une mole de gaz à 15°C et 1,013 bar : 24 L
R 23-34*
S 1/2-9-26-36/37/39, 45*
m=
1 × 64,06 × 1
= 2,7g
24
* : http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/securite/phrases.htm
Principe de SÉCURITÉ
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Fixer les bouteilles verticalement, à l’aide d’une chaîne,
les manipuler avec précaution (lors du transport, sangler la bouteille sur le chariot),
ne pas accompagner la bouteille dans le monte-charge,
les stocker de préférence à l’extérieur en séparant les gaz comburants (oxydants) des gaz
combustibles (réducteurs)
stockage possible à l’intérieur mais avec ventilation haute et basse,
éviter toute source d’ignition à proximité,
placer des détecteurs d’atmosphère explosive dans les locaux d’hydrogénation
(explosimètre)
connaître les principales couleurs conventionnelles des ogives :
2 H2 : rouge; O2 : rose; CO : vert clair + tête de mort …
Prendre en compte les incompatibilités :
Ni et CO →Ni(CO)
(
4 explosif et 100 fois plus toxique que CO), C2H2 et Cu, Ag (acétylures
explosibles)
RISQUES ASSOCIÉS AUX GAZ CRYOGÉNISÉS
 Pour tous les gaz cryogénés :
 Les très basses températures : (N2 Eb = -195°C, O2 Eb = -183°C …) provoquant :
 Brûlures (yeux, peau),
 Fragilisation des aciers,
 Durcissement des plastiques.
 Le fort taux d’expansion liquide → gaz de (7 à 800), pouvant créer une explosion du
matériel à TA (cas du piégeage de N2 liq dans un système clos).
 Danger inhérent à N2 liq :
 L’enrichissement en O2 de l’air des Dewars contenant une faible quantité de N2 liq
(raison : ∆ Eb entre O 2 et N2) : le milieu devient oxydant → risque d’inflammation de
toute matière inflammable.
 Au phénomène d’anoxie
% de O2 dans l’air < 17% → sensation de malaise
% de O2 dans l’air < 8 % → asphyxie
 Danger inhérent à O2 liq :
 Au milieu très oxydant capable d’enflammer toute matière organique
 Ce risque existe avec l’air liq (21 % O2).
TAUX D’OXYGÈNE (%)
CONSÉQUENCES
21
Atmosphère respirable
18/19
Minimum autorisé pour pénétrer dans une capacité :
dangereux
seuil
16
Altération des capacités intellectuelles et physiques (difficulté
pour exécuter gestes précis et accélération de la fréquence
cardiaque)
14
Fatigue / bâillements / vision trouble
12
Manifestations cliniques notables parfois irréversibles
(respiration difficile, pouls rapide, vertiges,
faiblesse
musculaire)
10
Malaise, nausées incapacité de bouger ou d’appeler, perte de
connaissance rapide avec coma et convulsions
8
Arrêts respiratoire et circulatoire quasi-instantanés par
Hypoxie / Anoxie
EXPLOSION D’UN RÉSERVOIR D’AZOTE LIQUIDE
Un réservoir d’azote liquide a explosé dans un laboratoire causant des dégâts importants. Les
conséquences auraient pu être très graves si des personnes avaient été présentes dans la pièce au
moment de l’explosion. Ce type d’événement est très rare. Les causes et les mesures de prévention
sont connues.
Les causes : L’explosion est due à la rupture de l’enceinte soumise à une surpression de vapeur.
L’azote liquide absorbe la chaleur de la pièce et se vaporise (1 litre de liquide donne 650 litres de
vapeur). Si le réservoir est étanche, la pression monte dans le réservoir.
Dangers présentés par l’azote liquide:
 Explosion de cryotube stocké dans l’azote liquide→ stocker dans la phase vape ur ou si
nécessaire, enfermer le cryotube dans une enveloppe étanche.
 Explosion de mélange combustible suite à la transformation de l’azote liquide en un gaz
oxydant du fait de la condensation de l’oxygène de l’air sur une surface libre d’azote liquide
→ éviter le contact.
 Gelure → éviter le contact (gants, visière).
 Asphyxie → stocker et manipuler dans un endroit ventilé, contrôler la teneur en oxygène.