77. Elaborazione chimica
Redattori del capitolo: Jeanne Mager Stellman e Michael McCann
Chemical Industry
L. De Boero
Sviluppo di un programma di gestione della sicurezza dei processi
Richard S. Kraus
Principali operazioni e processi delle unità: una panoramica
Sidney Lipton
Produzione di cloro e sostanze caustiche
L'istituto del cloro, Inc.
Produzione di vernici e rivestimenti
Michael McCann
Industria della plastica
PK Law e TJ Britton
Industria delle biotecnologie
Susan B. Lee e Linda B. Wolfe
Industria pirotecnica
J.Kroeger
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1. Impiego nell'industria chimica in paesi selezionati
2. Alcuni fattori generali di selezione del sito
3. Considerazioni sulla sicurezza dell'ubicazione dell'impianto
4. Strutture generalmente separate in schemi generali di impianto
5. Considerazioni generali in un layout di unità di processo
6. Passaggi per limitare l'inventario
7. Separazione dei serbatoi e considerazioni sull'ubicazione
8. Pompe nell'industria chimica di processo
9. Potenziali fonti di esplosione nelle apparecchiature
10 Prodotti volatili della decomposizione delle materie plastiche
11 Microrganismi di importanza industriale
12 Materie prime utilizzate nella fabbricazione di articoli pirotecnici
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78. Petrolio e gas naturale
Editor del capitolo: Richard S. Kraus
Processo di raffinazione del petrolio
Richard S. Kraus
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1. Sintesi della storia dei processi di raffinazione
2. Principali prodotti della raffinazione del greggio
3. Panoramica dei processi di raffinazione del petrolio
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79. Industria farmaceutica
Editor del capitolo: Keith D. Tait
Industria farmaceutica
Keith D.Tait
Caso di studio: effetti degli estrogeni sintetici sui lavoratori farmaceutici: un esempio degli Stati Uniti
Dennis D. Zaebst
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1. Principali categorie di agenti farmaceutici
2. Solventi utilizzati nell'industria farmaceutica
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80. Industria della gomma
Redattori del capitolo: Louis S. Beliczky e John Fajen
Profilo generale
Louis S. Beliczky e John Fajen
Coltivazione dell'albero della gomma
Alan Echt
Produzione di pneumatici
Giacomo S. Federico
Prodotti industriali non pneumatici
Ray C. Beccaccia
Caso di studio: vulcanizzazione del bagno di sale
Beth Donovan Reh
1,3-butadiene
Ronald L. Melnick
Controlli di ingegneria
Ray C. Beccaccia
Sicurezza
James R.Townhill
Studi epidemiologici
Robert Harris
Dermatite da contatto in gomma e allergia al lattice
James S. Taylor e Yung Hian Leow
Ergonomia
Guglielmo S.Marras
Problemi ambientali e di salute pubblica
Tommaso Rhodarmer
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1. Alcuni importanti polimeri della gomma
2. Consumo mondiale di gomma per il 1993
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Adattato dalla 3a edizione, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
L'attività dell'industria chimica è modificare la struttura chimica dei materiali naturali per ricavare prodotti di valore per altre industrie o nella vita quotidiana. I prodotti chimici sono prodotti da queste materie prime, principalmente minerali, metalli e idrocarburi, in una serie di fasi di lavorazione. Spesso è necessario un ulteriore trattamento, come la miscelazione e la miscelazione, per convertirli in prodotti finali (ad es. vernici, adesivi, medicinali e cosmetici). L'industria chimica copre quindi un campo molto più ampio di quello che solitamente viene chiamato “chimico” in quanto comprende anche prodotti come fibre artificiali, resine, saponi, vernici, pellicole fotografiche e altro ancora.
I prodotti chimici si dividono in due classi principali: biologico ed inorganico. I prodotti chimici organici hanno una struttura di base di atomi di carbonio, combinati con idrogeno e altri elementi. Petrolio e gas sono oggi la fonte del 90% della produzione chimica organica mondiale, avendo largamente sostituito il carbone e la materia vegetale e animale, le prime materie prime. I prodotti chimici inorganici derivano principalmente da fonti minerali. Esempi sono lo zolfo, che viene estratto come tale o estratto dai minerali, e il cloro, che viene ricavato dal sale comune.
I prodotti dell'industria chimica possono essere suddivisi a grandi linee in tre gruppi, che corrispondono alle fasi principali della fabbricazione: prodotti chimici di base (organici e inorganici) sono normalmente prodotti su larga scala e sono normalmente convertiti in altri prodotti chimici; intermedi derivano da prodotti chimici di base. La maggior parte degli intermedi richiede un'ulteriore lavorazione nell'industria chimica, ma alcuni, come i solventi, vengono utilizzati così come sono; prodotti chimici finiti sono prodotti da un'ulteriore lavorazione chimica. Alcuni di questi (farmaci, cosmetici, saponi) vengono consumati tal quali; altri, come fibre, plastica, coloranti e pigmenti, vengono ulteriormente lavorati.
I principali settori dell'industria chimica sono i seguenti:
Nel sistema ISIC (International Standard Industrial Classification of All Economic Activities), utilizzato dalle Nazioni Unite per classificare l'attività economica in dieci divisioni principali, l'industria chimica è classificata come Divisione 35, una delle nove suddivisioni della Divisione principale 3: Produzione. La divisione 35 è ulteriormente suddivisa in prodotti chimici industriali (351), altri prodotti chimici (352), raffinerie di petrolio (353), carbone e prodotti petroliferi vari, ad esempio asfalto (354), prodotti in gomma compresi pneumatici (355) e lavorazione della plastica (356) .
Nel riportare le statistiche dell'industria chimica ogni paese utilizza normalmente il proprio sistema di classificazione, e questo può essere fuorviante. Pertanto, il confronto tra paesi della performance totale dell'industria chimica non può essere basato su fonti nazionali. Tuttavia, organismi internazionali come l'Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE) e le Nazioni Unite forniscono normalmente dati su base ISIC, anche se con un ritardo di circa due anni.
Le statistiche commerciali sono pubblicate a livello internazionale secondo la classificazione standard del commercio internazionale (SITC), che differisce dal sistema ISIC. Le statistiche commerciali dei singoli paesi fanno quasi sempre riferimento alla sezione 5 del SITC, che copre circa il 90% del totale delle sostanze chimiche riportate nel sistema ISIC.
L'industria chimica è cresciuta molto più rapidamente in mezzo secolo rispetto all'industria nel suo complesso. Sebbene all'inizio degli anni '1990 ci sia stata una depressione economica nell'industria chimica mondiale, la produzione chimica è aumentata a metà degli anni '1990. La più grande area di crescita della produzione chimica è stata nel sud-est asiatico. La figura 1 mostra la variazione percentuale della produzione chimica per il 1992-95 per i paesi selezionati.
Figura 1. Cambiamento nella produzione chimica per paesi selezionati, 1992-95
Gran parte dell'industria chimica è ad alta intensità di capitale ed è anche fortemente dipendente dalla ricerca e dallo sviluppo (ad esempio, prodotti farmaceutici). Il risultato combinato di questi due fattori è che l'industria impiega un numero anormalmente basso di lavoratori manuali non qualificati per le sue dimensioni, rispetto all'industria manifatturiera in generale. L'occupazione totale nell'industria è leggermente aumentata durante il periodo di rapida crescita prima del 1970, ma da allora la spinta verso l'aumento della produttività ha portato a un calo dell'occupazione nell'industria chimica nella maggior parte dei paesi sviluppati. La tabella 1 mostra l'occupazione dell'industria chimica negli Stati Uniti e in diversi paesi europei per il 1995.
Tabella 1. Occupazione nell'industria chimica in paesi selezionati (1995)
Paese |
occupazione |
Stati Uniti |
1, 045,000 |
Germania |
538,000 |
Francia |
248,000 |
UK |
236,000 |
Italia |
191,000 |
Polonia |
140,000 |
Spagna |
122,000 |
Fonte: Notizie chimiche e ingegneristiche 1996.
L'istituto del cloro, Inc.
L'elettrolisi delle salamoie produce cloro e sostanze caustiche. Il cloruro di sodio (NaCl) è il sale principale utilizzato; produce soda caustica (NaOH). Tuttavia, l'uso di cloruro di potassio (KCl) produce potassa caustica (KOH).
2 NaCl + 2 H2O → Cl2↑+2NaOH+H2↑
sale + acqua → cloro (gas) + caustico + idrogeno (gas)
Attualmente il processo con celle a diaframma è il più utilizzato per la produzione commerciale di cloro, seguito dal processo con celle a mercurio e quindi dal processo con celle a membrana. A causa di problemi economici, ambientali e di qualità del prodotto, i produttori ora preferiscono il processo con cella a membrana per i nuovi impianti di produzione.
Il processo della cella a diaframma
Una cella a diaframma (vedi figura 1) viene alimentata con salamoia satura in un compartimento contenente un anodo di titanio rivestito con sali di rutenio e altri metalli. Una testa della cella di plastica raccoglie il cloro gassoso caldo e umido prodotto su questo anodo. L'aspirazione da parte di un compressore aspira quindi il cloro in un collettore di raccolta per l'ulteriore lavorazione consistente in raffreddamento, essiccazione e compressione. L'acqua e la salamoia non reagita percolano attraverso un separatore a diaframma poroso nel compartimento catodico dove l'acqua reagisce su un catodo di acciaio per produrre idrossido di sodio (soda caustica) e idrogeno. Il diaframma trattiene il cloro prodotto all'anodo dall'idrossido di sodio e l'idrogeno prodotto al catodo. Se questi prodotti si combinano, il risultato è ipoclorito di sodio (candeggina) o clorato di sodio. I produttori commerciali di clorato di sodio utilizzano celle prive di separatori. Il diaframma più comune è un composto di amianto e un polimero di fluorocarburo. I moderni impianti con celle a diaframma non presentano i problemi sanitari o ambientali storicamente associati all'uso di diaframmi in amianto. Alcuni impianti impiegano diaframmi non amianto, che sono ora disponibili in commercio. Il processo della cella a diaframma produce una soluzione debole di idrossido di sodio contenente sale non reagito. Un ulteriore processo di evaporazione concentra la sostanza caustica e rimuove la maggior parte del sale per ottenere una sostanza caustica di qualità commerciale.
Figura 1. Tipi di processi cellulari cloralcali
Il processo della cella di mercurio
Una cella a mercurio consiste in realtà di due celle elettrochimiche. La reazione nella prima cella all'anodo è:
2 Cl- → DO12 + 2 e-
cloruro → cloro + elettroni
La reazione nella prima cella al catodo è:
Na+ + Hg + e- →Na·Hg
ione sodio + mercurio + elettroni → amalgama di sodio
La salamoia scorre in una vasca d'acciaio inclinata con lati rivestiti in gomma (vedi figura 4) Il mercurio, il catodo, scorre sotto la salamoia. Gli anodi di titanio rivestito sono sospesi nella salamoia per la produzione di cloro, che esce dalla cella verso un sistema di raccolta e lavorazione. Il sodio viene elettrolizzato nella cella e lascia la prima cella amalgamato con il mercurio. Questo amalgama fluisce in una seconda cella elettrochimica chiamata decompositore. Il decompositore è una cella con grafite come catodo e l'amalgama come anodo.
La reazione nel decompositore è:
2 Na•Hg + 2 H2O → 2 NaOH + 2 Hg + H2 ↑
Il processo della cella a mercurio produce NaOH commerciale (50%) direttamente dalla cella.
Il processo cellulare a membrana
Le reazioni elettrochimiche in una cella a membrana sono le stesse della cella a diaframma. Una membrana a scambio cationico viene utilizzata al posto del diaframma poroso (vedi figura 1). Questa membrana impedisce la migrazione di ioni cloruro nel catolita, producendo in tal modo sostanza caustica dal 30 al 35% essenzialmente senza sale direttamente dalla cella. L'eliminazione della necessità di rimuovere il sale rende più semplice l'evaporazione della sostanza caustica al 50% commerciale e richiede meno investimenti ed energia. Il nichel costoso viene utilizzato come catodo nella cella della membrana a causa della caustica più forte.
Rischi per la sicurezza e la salute
A temperature ordinarie, il cloro secco, liquido o gassoso, non corrode l'acciaio. Il cloro umido è altamente corrosivo perché forma acido cloridrico e ipocloroso. Devono essere prese precauzioni per mantenere il cloro e le apparecchiature per il cloro asciutte. Tubazioni, valvole e contenitori devono essere chiusi o tappati quando non in uso per tenere fuori l'umidità atmosferica. Se si utilizza acqua su una perdita di cloro, le condizioni corrosive risultanti peggioreranno la perdita.
Il volume del cloro liquido aumenta con la temperatura. Devono essere prese precauzioni per evitare la rottura idrostatica di tubazioni, recipienti, contenitori o altre apparecchiature riempite con cloro liquido.
L'idrogeno è un coprodotto di tutto il cloro prodotto dall'elettrolisi di soluzioni acquose di salamoia. Entro un intervallo di concentrazione noto, le miscele di cloro e idrogeno sono infiammabili e potenzialmente esplosive. La reazione di cloro e idrogeno può essere avviata dalla luce solare diretta, da altre fonti di luce ultravioletta, dall'elettricità statica o da un forte impatto.
Piccole quantità di tricloruro di azoto, un composto instabile e altamente esplosivo, possono essere prodotte nella produzione di cloro. Quando il cloro liquido contenente tricloruro di azoto viene evaporato, il tricloruro di azoto può raggiungere concentrazioni pericolose nel restante cloro liquido.
Il cloro può reagire, a volte in modo esplosivo, con una serie di materiali organici come olio e grasso provenienti da fonti quali compressori d'aria, valvole, pompe e strumentazione a membrana oleosa, nonché legno e stracci provenienti da lavori di manutenzione.
Non appena vi è alcuna indicazione di un rilascio di cloro, è necessario adottare misure immediate per correggere la condizione. Le perdite di cloro peggiorano sempre se non vengono tempestivamente corrette. Quando si verifica una perdita di cloro, il personale autorizzato e addestrato dotato di respiratori e altri dispositivi di protezione individuale (DPI) appropriati deve indagare e adottare le misure adeguate. Il personale non deve entrare in atmosfere contenenti concentrazioni di cloro superiori alla concentrazione immediatamente pericolosa per la vita e la salute (IDLH) (10 ppm) senza DPI adeguati e personale di supporto. Il personale non necessario deve essere tenuto lontano e l'area di pericolo deve essere isolata. Le persone potenzialmente colpite da un rilascio di cloro dovrebbero essere evacuate o riparate sul posto a seconda delle circostanze.
I monitor del cloro dell'area e gli indicatori di direzione del vento possono fornire informazioni tempestive (ad esempio, vie di fuga) per aiutare a determinare se il personale deve essere evacuato o riparato sul posto.
Quando viene utilizzata l'evacuazione, le persone potenzialmente esposte dovrebbero spostarsi in un punto sopravento rispetto alla perdita. Poiché il cloro è più pesante dell'aria, sono preferibili quote più elevate. Per fuggire nel più breve tempo possibile, le persone che si trovano già in un'area contaminata devono muoversi con vento laterale.
Quando all'interno di un edificio e viene selezionato il riparo sul posto, è possibile ottenere un riparo chiudendo tutte le finestre, porte e altre aperture e spegnendo i condizionatori d'aria e i sistemi di aspirazione dell'aria. Il personale deve spostarsi sul lato dell'edificio più lontano dal rilascio.
Si deve prestare attenzione a non posizionare il personale senza una via di fuga. Una posizione sicura può essere resa pericolosa da un cambio di direzione del vento. Potrebbero verificarsi nuove perdite o la perdita esistente potrebbe aumentare.
Se l'incendio è presente o imminente, i contenitori e le attrezzature per il cloro devono essere spostati lontano dall'incendio, se possibile. Se un contenitore o un'attrezzatura che non perde non può essere spostato, dovrebbe essere mantenuto fresco applicando acqua. L'acqua non deve essere utilizzata direttamente su una perdita di cloro. Il cloro e l'acqua reagiscono formando acidi e la perdita peggiorerà rapidamente. Tuttavia, se sono coinvolti più contenitori e alcuni perdono, può essere prudente utilizzare uno spruzzo d'acqua per aiutare a prevenire la sovrapressione dei contenitori che non perdono.
Ogni volta che i contenitori sono stati esposti alle fiamme, l'acqua di raffreddamento deve essere applicata fino a quando il fuoco non si è spento e i contenitori si sono raffreddati. I contenitori esposti al fuoco devono essere isolati e il fornitore deve essere contattato il prima possibile.
Le soluzioni di idrossido di sodio sono corrosive, specialmente se concentrate. I lavoratori a rischio di esposizione a fuoriuscite e perdite devono indossare guanti, visiera, occhiali e altri indumenti protettivi.
Ringraziamenti: Si ringrazia il Dr. RG Smerko per aver messo a disposizione le risorse del Chlorine Institute, Inc.
Ogni volta che ci sono processi che usano la temperatura e la pressione per modificare la struttura molecolare o creare nuovi prodotti da sostanze chimiche, esiste la possibilità di incendi, esplosioni o rilascio di liquidi infiammabili o tossici, vapori, gas o sostanze chimiche di processo. Il controllo di questi eventi indesiderati richiede una scienza speciale chiamata gestione della sicurezza dei processi. I termini sicurezza di processo ed gestione della sicurezza dei processi sono più comunemente usati per descrivere la protezione dei dipendenti, del pubblico e dell'ambiente dalle conseguenze di gravi incidenti indesiderati che coinvolgono liquidi infiammabili e materiali altamente pericolosi. Secondo la United States Chemical Manufacturers' Association (CMA), “la sicurezza dei processi è il controllo dei pericoli causati da malfunzionamenti o malfunzionamenti dei processi utilizzati per convertire le materie prime in prodotti finiti, che possono portare al rilascio non pianificato di materiale pericoloso (ACMA 1985).
Coinvolgimento dell'industria e della sicurezza dei processi lavorativi
La tecnologia di sicurezza dei processi ha svolto un ruolo importante nelle industrie di trasformazione chimica in modo che la manipolazione di liquidi e gas infiammabili e combustibili potesse procedere senza conseguenze indesiderabili. Durante gli anni '1980, le industrie petrolifere e del gas, ad esempio, hanno riconosciuto che la sola tecnologia per la sicurezza dei processi, senza la gestione della sicurezza dei processi, non avrebbe impedito incidenti catastrofici. In quest'ottica, numerose associazioni di settore, come negli Stati Uniti il Center for Chemical Process Safety (CCPS), l'American Petroleum Institute (API) e la Chemical Manufacturers' Association (CMA), hanno avviato programmi per sviluppare e fornire linee guida per la gestione della sicurezza dei processi ad uso dei loro membri. Come affermato dal CCPS, "L'evoluzione della sicurezza dei processi da una questione puramente tecnica a una che richiedeva approcci gestionali è stata essenziale per il miglioramento continuo della sicurezza dei processi".
Il CCPS è stato istituito nel 1985 per promuovere il miglioramento delle tecniche di gestione della sicurezza dei processi tra coloro che immagazzinano, manipolano, lavorano e utilizzano sostanze chimiche e materiali pericolosi. Nel 1988, la Chemical Manufacturer's Association (CMA) ha avviato il suo programma Responsible Care® delineando l'impegno di ogni azienda membro per la responsabilità ambientale, sanitaria e di sicurezza nella gestione dei prodotti chimici.
Nel 1990, l'API ha avviato un programma a livello di settore intitolato STEP-Strategies for Today's Environmental Partnership, con l'intenzione di migliorare le prestazioni ambientali, sanitarie e di sicurezza dell'industria petrolifera e del gas. Uno dei sette elementi strategici del programma STEP riguarda la sicurezza operativa e di processo nel settore petrolifero. I seguenti documenti sono esempi di alcuni dei materiali sviluppati come risultato del programma STEP che forniscono una guida all'industria petrolifera e del gas per aiutare a prevenire il verificarsi o ridurre al minimo le conseguenze di rilasci catastrofici di liquidi e vapori infiammabili o materiali di processo pericolosi:
RP 750 copre la gestione dei rischi del processo di idrocarburi nella progettazione, costruzione, avviamento, operazioni, ispezione, manutenzione e modifiche dell'impianto. Si applica specificamente alle raffinerie, agli impianti petrolchimici e ai principali impianti di lavorazione che utilizzano, producono, trasformano o immagazzinano liquidi infiammabili e prodotti chimici di lavorazione tossici in quantità superiori a determinate quantità pericolose (come definite in tale documento).
RP 752, sviluppato congiuntamente da API e CMA, ha lo scopo di aiutare a identificare gli edifici dell'impianto di processo che destano preoccupazione, comprendere i potenziali pericoli correlati alla loro posizione all'interno dell'impianto di processo e gestire il rischio di incendio, esplosione e rilascio di sostanze tossiche.
RP 9000 fornisce risorse materiali e metodologia di autovalutazione per misurare i progressi nell'implementazione degli elementi di gestione della sicurezza dei processi.
Esempi di altre organizzazioni che hanno sviluppato materiali e programmi che forniscono linee guida riguardanti la gestione della sicurezza dei processi chimici includono, ma non sono limitati a, quanto segue:
La progettazione e la tecnologia del processo, i cambiamenti nel processo, i materiali e i cambiamenti nei materiali, le pratiche e le procedure operative e di manutenzione, la formazione, la preparazione alle emergenze e altri elementi che influiscono sul processo devono essere tutti considerati nell'identificazione sistematica e nella valutazione dei pericoli in modo da determinare se hanno o meno il potenziale per portare a una catastrofe sul posto di lavoro e nella comunità circostante.
A partire dai primi anni '1980, nelle industrie petrolifere e chimiche si sono verificati numerosi incidenti gravi che hanno coinvolto materiali altamente pericolosi, che hanno provocato un numero considerevole di vittime e feriti e perdite significative di proprietà. Questi incidenti hanno fornito l'impulso alle agenzie governative, alle organizzazioni sindacali e alle associazioni di settore in tutto il mondo per sviluppare e implementare codici, regolamenti, procedure e pratiche di lavoro sicure dirette all'eliminazione o alla mitigazione di questi eventi indesiderati, attraverso l'applicazione dei principi della sicurezza dei processi gestione. Essi sono discussi più ampiamente nel Disastri, naturali e tecnologici capitolo e altrove in questo Enciclopedia.
In risposta alla preoccupazione del pubblico sui potenziali pericoli delle sostanze chimiche, i governi e le agenzie di regolamentazione di tutto il mondo hanno avviato programmi che richiedono ai produttori e agli utenti di identificare i materiali pericolosi sul posto di lavoro e informare i dipendenti e i consumatori dei pericoli presentati dalla loro produzione, utilizzo, stoccaggio e gestione. Questi programmi, che coprivano la preparazione e la risposta alle emergenze, il riconoscimento dei pericoli, la conoscenza dei prodotti, il controllo delle sostanze chimiche pericolose e la segnalazione delle emissioni tossiche, includevano il trattamento degli idrocarburi.
Requisiti di gestione della sicurezza dei processi
La gestione della sicurezza dei processi è parte integrante del programma generale di sicurezza degli impianti di lavorazione dei prodotti chimici. Un efficace programma di gestione della sicurezza dei processi richiede la leadership, il supporto e il coinvolgimento dell'alta direzione, della gestione della struttura, dei supervisori, dei dipendenti, degli appaltatori e dei dipendenti dell'appaltatore.
I componenti da considerare quando si sviluppa un programma di gestione della sicurezza del processo includono:
Elementi del programma di gestione della sicurezza di processo
Tutti i programmi di gestione della sicurezza dei processi degli impianti chimici coprono gli stessi requisiti di base, sebbene il numero di elementi del programma possa variare a seconda dei criteri utilizzati. Indipendentemente dal documento di origine governativo, aziendale o associativo utilizzato come guida, vi sono una serie di requisiti di base che dovrebbero essere inclusi in ogni programma di gestione della sicurezza dei processi chimici:
Informazioni sulla sicurezza dei processi
Le informazioni sulla sicurezza dei processi vengono utilizzate dall'industria di processo per definire processi, materiali e attrezzature critici. Le informazioni sulla sicurezza del processo includono tutte le informazioni scritte disponibili riguardanti la tecnologia del processo, le apparecchiature di processo, le materie prime e i prodotti e i rischi chimici prima di condurre un'analisi dei rischi del processo. Altre informazioni critiche sulla sicurezza dei processi sono la documentazione relativa alle revisioni dei progetti di capitale e ai criteri di base della progettazione.
Informazioni chimiche include non solo le proprietà chimiche e fisiche, la reattività e i dati corrosivi e la stabilità termica e chimica di sostanze chimiche come idrocarburi e materiali altamente pericolosi nel processo, ma anche gli effetti pericolosi della miscelazione involontaria di diversi materiali incompatibili. Le informazioni chimiche includono anche quelle che potrebbero essere necessarie per condurre valutazioni dei pericoli ambientali di emissioni tossiche e infiammabili e limiti di esposizione consentiti.
Informazioni sulla tecnologia di processo include diagrammi di flusso a blocchi e/o diagrammi di flusso di processo semplici, nonché descrizioni della chimica di ciascun processo specifico con i limiti superiore e inferiore di sicurezza per temperature, pressioni, flussi, composizioni e, ove disponibili, materiali di progettazione del processo e bilanci energetici. Vengono inoltre determinate le conseguenze delle deviazioni nel processo e nei materiali, compreso il loro effetto sulla sicurezza e sulla salute dei dipendenti. Ogni volta che i processi oi materiali vengono modificati, le informazioni vengono aggiornate e rivalutate in conformità con il sistema di gestione del cambiamento della struttura.
Attrezzature di processo e informazioni sulla progettazione meccanica include la documentazione che copre i codici di progettazione utilizzati e se l'apparecchiatura è conforme o meno alle pratiche ingegneristiche riconosciute. Si determina se le apparecchiature esistenti progettate e costruite in conformità con codici, standard e pratiche non più di uso generale vengono mantenute, utilizzate, ispezionate e testate per garantire un funzionamento sicuro e continuo. Le informazioni sui materiali di costruzione, gli schemi delle tubazioni e degli strumenti, la progettazione dei sistemi di scarico, la classificazione elettrica, la progettazione della ventilazione e i sistemi di sicurezza vengono aggiornate e rivalutate quando si verificano modifiche.
Coinvolgimento dell'impiegato
I programmi di gestione della sicurezza dei processi dovrebbero includere la partecipazione dei dipendenti allo sviluppo e alla conduzione delle analisi della sicurezza dei processi e di altri elementi del programma. L'accesso alle informazioni sulla sicurezza dei processi, ai rapporti sulle indagini sugli incidenti e alle analisi dei pericoli dei processi viene generalmente fornito a tutti i dipendenti e ai dipendenti degli appaltatori che lavorano nell'area. La maggior parte delle nazioni industrializzate richiede che i lavoratori siano sistematicamente istruiti sull'identificazione, la natura e la manipolazione sicura di tutte le sostanze chimiche a cui possono essere esposti.
Analisi dei rischi di processo
Dopo che le informazioni sulla sicurezza del processo sono state compilate, viene condotta un'analisi dei rischi del processo multidisciplinare completa e sistematica, adeguata alla complessità del processo, al fine di identificare, valutare e controllare i pericoli del processo. Le persone che eseguono l'analisi dei rischi di processo devono essere informate ed esperte nelle relative operazioni chimiche, ingegneristiche e di processo. Ciascun gruppo di analisi comprende normalmente almeno una persona che abbia familiarità con il processo analizzato e una persona competente nella metodologia di analisi dei rischi utilizzata.
L'ordine di priorità utilizzato per determinare dove all'interno della struttura iniziare a condurre le analisi dei rischi di processo si basa sui seguenti criteri:
Nell'industria chimica vengono utilizzati numerosi metodi per condurre analisi sulla sicurezza dei processi.
Le "cosa succede se?" metodo pone una serie di domande per rivedere i potenziali scenari di pericolo e le possibili conseguenze ed è più spesso utilizzato quando si esaminano modifiche proposte o modifiche al processo, ai materiali, alle attrezzature o all'impianto.
Le Metodo della "lista di controllo". è simile al "e se?" metodo, tranne per il fatto che viene utilizzata una lista di controllo precedentemente sviluppata che è specifica per l'operazione, i materiali, il processo e le attrezzature. Questo metodo è utile quando si eseguono revisioni pre-avvio al completamento della costruzione iniziale o dopo importanti turnaround o aggiunte all'unità di processo. Una combinazione del "e se?" e i metodi della "lista di controllo" vengono spesso utilizzati quando si analizzano unità identiche per costruzione, materiali, attrezzature e processo.
Le metodo di studio dei pericoli e dell'operabilità (HAZOP). è comunemente usato nelle industrie chimiche e petrolifere. Coinvolge un team multidisciplinare, guidato da un leader esperto. Il team utilizza parole guida specifiche, come "no", "aumentare", "diminuire" e "invertire", che vengono sistematicamente applicate per identificare le conseguenze delle deviazioni dall'intento progettuale per i processi, le apparecchiature e le operazioni analizzate.
Analisi dell'albero dei guasti/albero degli eventi sono tecniche deduttive formali simili utilizzate per stimare la probabilità quantitativa del verificarsi di un evento. L'analisi dell'albero dei guasti funziona a ritroso da un incidente definito per identificare e visualizzare la combinazione di errori operativi e/o guasti alle apparecchiature che sono stati coinvolti nell'incidente. L'analisi dell'albero degli eventi, che è l'inverso dell'analisi dell'albero dei guasti, lavora in avanti da eventi specifici o sequenze di eventi, al fine di individuare quelli che potrebbero causare pericoli e quindi calcolare la probabilità che si verifichi la sequenza di un evento.
Le modalità di guasto e metodo di analisi degli effetti tabula ogni sistema di processo o unità di apparecchiatura con le sue modalità di guasto, l'effetto di ogni potenziale guasto sul sistema o sull'unità e quanto critico ogni guasto potrebbe essere per l'integrità del sistema. Le modalità di guasto vengono quindi classificate in base all'importanza per determinare quale è più probabile che causi un incidente grave.
Indipendentemente dal metodo utilizzato, tutte le analisi dei rischi dei processi chimici considerano quanto segue:
Gestione del cambiamento
Gli impianti di processo chimico dovrebbero sviluppare e attuare programmi che prevedano la revisione delle informazioni, delle procedure e delle pratiche sulla sicurezza del processo man mano che si verificano cambiamenti. Tali programmi includono un sistema di autorizzazione di gestione e documentazione scritta per le modifiche a materiali, prodotti chimici, tecnologia, attrezzature, procedure, personale e strutture che interessano ciascun processo.
La gestione dei programmi di cambiamento nell'industria chimica, ad esempio, comprende le seguenti aree:
Il sistema di gestione delle modifiche include l'informazione dei dipendenti coinvolti nel processo e del personale di manutenzione e appaltatore i cui compiti sarebbero interessati da eventuali modifiche delle modifiche e la fornitura di procedure operative aggiornate, informazioni sulla sicurezza del processo, pratiche di lavoro sicure e formazione secondo necessità, prima dell'avvio del processo o parte interessata del processo.
Procedure operative
Gli impianti di lavorazione chimica devono sviluppare e fornire istruzioni operative e procedure dettagliate ai lavoratori. Le istruzioni operative dovrebbero essere riviste regolarmente per completezza e accuratezza (e aggiornate o modificate in caso di modifiche) e coprire i limiti operativi dell'unità di processo, comprese le tre aree seguenti:
I lavoratori coinvolti nel processo hanno accesso a istruzioni operative riguardanti le seguenti aree:
Pratiche di lavoro sicure
Le strutture di processo chimico dovrebbero implementare permessi di lavoro a caldo e sicurezza e programmi di ordini di lavoro per controllare il lavoro svolto all'interno o in prossimità delle aree di processo. I supervisori, i dipendenti e il personale degli appaltatori devono avere familiarità con i requisiti dei vari programmi di autorizzazione, tra cui il rilascio e la scadenza dei permessi e le adeguate misure di sicurezza, movimentazione dei materiali e protezione antincendio e prevenzione.
I tipi di lavoro inclusi nei tipici programmi di autorizzazione per impianti chimici includono quanto segue:
Gli impianti chimici dovrebbero sviluppare e implementare pratiche di lavoro sicure per controllare i potenziali pericoli durante le operazioni di processo, coprendo le seguenti aree di interesse:
Informazione e formazione dei dipendenti
Le strutture di processo chimico dovrebbero utilizzare programmi formali di formazione sulla sicurezza dei processi per addestrare e istruire i supervisori e i lavoratori in carica, riassegnati e nuovi. La formazione fornita ai supervisori e ai lavoratori del funzionamento e della manutenzione dei processi chimici dovrebbe coprire le seguenti aree:
Personale appaltatore
Gli appaltatori sono spesso impiegati in impianti di lavorazione chimica. Le strutture devono istituire procedure per garantire che il personale dell'appaltatore che esegue manutenzione, riparazione, turnaround, ristrutturazione importante o lavori speciali sia pienamente consapevole dei pericoli, dei materiali, dei processi, delle procedure operative e di sicurezza e delle attrezzature nell'area. Vengono effettuate valutazioni periodiche delle prestazioni per garantire che il personale dell'appaltatore sia addestrato, qualificato, segua tutte le regole e le procedure di sicurezza e sia informato e consapevole di quanto segue:
Revisioni sulla sicurezza prima dell'avvio
Le revisioni della sicurezza del processo pre-avvio vengono condotte negli impianti chimici prima dell'avvio di nuovi impianti di processo e dell'introduzione di nuovi materiali o sostanze chimiche pericolose negli impianti, a seguito di un'importante inversione di tendenza e laddove gli impianti abbiano subito modifiche di processo significative.
Le revisioni di sicurezza pre-avvio assicurano che sono stati raggiunti i seguenti punti:
Assicurazioni di qualità del design
Quando vengono intrapresi nuovi processi o modifiche sostanziali ai processi esistenti, viene normalmente condotta una serie di revisioni della progettazione della sicurezza dei processi prima e durante la costruzione (prima della revisione pre-avvio). La revisione del controllo del progetto, condotta appena prima che i piani e le specifiche vengano emessi come "disegni di progettazione definitivi", copre le seguenti aree:
Un'altra revisione viene normalmente condotta appena prima dell'inizio della costruzione che copre quanto segue:
Una o più revisioni vengono generalmente condotte durante il corso della costruzione o della modifica per garantire che le seguenti aree siano conformi alle specifiche di progettazione e ai requisiti della struttura:
Manutenzione e integrità meccanica
Le strutture di processo dispongono di programmi per mantenere l'integrità continua delle apparecchiature relative al processo, tra cui ispezioni periodiche, test, manutenzione delle prestazioni, azioni correttive e garanzia della qualità. I programmi hanno lo scopo di assicurare che l'integrità meccanica delle attrezzature e dei materiali sia esaminata e certificata e che le carenze siano corrette prima dell'avvio, o che vengano prese disposizioni per adeguate misure di sicurezza.
I programmi di integrità meccanica coprono le seguenti apparecchiature e sistemi:
I programmi di integrità meccanica coprono anche l'ispezione e il collaudo dei materiali di manutenzione, dei pezzi di ricambio e delle apparecchiature per garantire un'installazione corretta e l'adeguatezza per l'applicazione di processo interessata. I criteri di accettazione e la frequenza delle ispezioni e dei test devono essere conformi alle raccomandazioni dei produttori, alle buone pratiche ingegneristiche, ai requisiti normativi, alle pratiche del settore, alle politiche della struttura o all'esperienza precedente.
Emergency Response
I programmi di preparazione e risposta alle emergenze sono sviluppati per coprire un intero impianto di processo e per fornire l'identificazione dei pericoli e la valutazione dei potenziali pericoli di processo. Questi programmi includono la formazione e l'istruzione dei dipendenti e dei dipendenti dell'appaltatore nelle procedure di notifica, risposta ed evacuazione di emergenza.
Un tipico programma di preparazione alle emergenze dell'impianto di processo è conforme ai requisiti aziendali e normativi applicabili e include quanto segue:
Audit periodici di sicurezza
Molte strutture di processo utilizzano audit di gestione della sicurezza del processo di autovalutazione per misurare le prestazioni della struttura e garantire la conformità ai requisiti di sicurezza del processo interni ed esterni (normativi, aziendali e di settore). I due principi di base per condurre gli audit di autovalutazione sono: raccogliere tutta la documentazione pertinente che copra i requisiti di gestione della sicurezza dei processi in una struttura specifica e determinare l'attuazione e l'efficacia del programma seguendone l'applicazione in uno o più processi selezionati. Viene sviluppato un rapporto dei risultati e delle raccomandazioni dell'audit e la gestione della struttura conserva la documentazione che indica come le carenze sono state corrette o mitigate e, in caso contrario, i motivi per cui non è stata intrapresa alcuna azione correttiva.
I programmi di audit di conformità negli impianti di lavorazione degli idrocarburi coprono le seguenti aree:
Spesso vengono sviluppate liste di controllo specifiche per l'impianto e l'unità di processo da utilizzare quando si eseguono audit di sicurezza del processo che coprono i seguenti elementi:
Poiché gli obiettivi e la portata degli audit possono variare, il gruppo di audit di conformità dovrebbe includere almeno una persona esperta nel processo oggetto di audit, una persona con esperienza in materia di normative e standard applicabili e altre persone con le competenze e le qualifiche necessarie per condurre l'audit. La direzione può decidere di includere uno o più esperti esterni nel gruppo di audit a causa della mancanza di personale della struttura o di competenze, oa causa di requisiti normativi.
Indagine sugli incidenti di processo
Le strutture di processo hanno stabilito programmi per indagare e analizzare a fondo gli incidenti e i quasi incidenti relativi al processo, indirizzare e risolvere tempestivamente i risultati e le raccomandazioni e rivedere i risultati con i lavoratori e gli appaltatori i cui lavori sono rilevanti per i risultati dell'incidente. Gli incidenti (o quasi incidenti) vengono esaminati a fondo il prima possibile da un team che include almeno una persona esperta nell'operazione di processo coinvolta e altri con conoscenza ed esperienza adeguate.
Norme e regolamenti
Gli impianti di processo sono soggetti a due forme distinte e separate di norme e regolamenti.
Segreti commerciali
Il Process Facility Management dovrebbe fornire informazioni sul processo, indipendentemente da eventuali segreti commerciali o accordi di riservatezza, a persone che:
Le strutture in genere richiedono che le persone a cui vengono rese disponibili le informazioni sul trattamento stipulino accordi per non divulgare le informazioni.
Adattato da NIOSH 1984.
Le pitture e i rivestimenti includono pitture, vernici, lacche, tinte, inchiostri da stampa e altro ancora. Le vernici tradizionali consistono in una dispersione di particelle di pigmento in un veicolo costituito da un filmogeno o legante (solitamente un olio o una resina) e un diluente (solitamente un solvente volatile). Inoltre, può esserci un'ampia varietà di riempitivi e altri additivi. Una vernice è una soluzione di olio e resina naturale in un solvente organico. Possono essere utilizzate anche resine sintetiche. Le vernici sono rivestimenti in cui il film si asciuga o si indurisce interamente per evaporazione del solvente.
Le vernici tradizionali contenevano meno del 70% di solidi, mentre il resto era costituito principalmente da solventi. Le normative sull'inquinamento atmosferico che limitano la quantità di solventi che possono essere emessi nell'atmosfera hanno portato allo sviluppo di un'ampia varietà di vernici sostitutive con solventi organici bassi o assenti. Questi includono: vernici al lattice a base d'acqua; vernici catalizzate bicomponenti (es. sistemi epossidici e uretanici); vernici ad alto contenuto di solidi (oltre il 70% di solidi), comprese le vernici al plastisol costituite principalmente da pigmenti e plastificanti; vernici polimerizzate con radiazioni; e rivestimenti in polvere.
Secondo il National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH 1984) degli Stati Uniti, circa il 60% dei produttori di vernici impiegava meno di 20 lavoratori e solo il 3% circa aveva più di 250 lavoratori. Queste statistiche dovrebbero essere rappresentative dei produttori di vernici in tutto il mondo. Ciò indica una predominanza di piccoli negozi, la maggior parte dei quali non dispone di competenze interne in materia di salute e sicurezza.
Processo di produzione
In generale, la produzione di vernici e altri rivestimenti è una serie di operazioni unitarie che utilizzano processi batch. Ci sono poche o nessuna reazione chimica; le operazioni sono per lo più meccaniche. La produzione prevede l'assemblaggio delle materie prime, la miscelazione, la dispersione, la diluizione e la regolazione, il riempimento dei contenitori e lo stoccaggio.
Vernici
Le materie prime utilizzate per la produzione di vernici si presentano come liquidi, solidi, polveri, paste e impasti. Questi vengono pesati manualmente e premiscelati. Le particelle di pigmento agglomerato devono essere ridotte alla dimensione originale del pigmento e le particelle devono essere bagnate con il legante per garantire la dispersione nella matrice liquida. Questo processo di dispersione, chiamato macinazione, viene eseguito con una varietà di tipi di apparecchiature, tra cui disperditori ad alta velocità con girante ad albero, impastatrici, mulini a sfere, mulini a sabbia, mulini a triplo rullo, mulini a pug e così via. Dopo un ciclo iniziale, che può richiedere fino a 48 ore, la resina viene aggiunta alla pasta e il processo di macinazione viene ripetuto per un periodo più breve. Il materiale disperso viene quindi trasferito per gravità in un serbatoio di scarico dove è possibile aggiungere materiale aggiuntivo come composti coloranti. Per le vernici a base d'acqua, il legante viene solitamente aggiunto in questa fase. La pasta viene poi diluita con resina o solvente, filtrata e quindi trasferita nuovamente per gravità nella zona di riempimento dei barattoli. Il riempimento può essere effettuato manualmente o meccanicamente.
Dopo il processo di dispersione, può essere necessario pulire i serbatoi ei mulini prima di introdurre un nuovo lotto. Ciò può comportare utensili manuali e elettrici, nonché detergenti alcalini e solventi.
lacche
La produzione di vernice viene solitamente eseguita in apparecchiature chiuse come serbatoi o miscelatori per ridurre al minimo l'evaporazione del solvente, che provocherebbe depositi di una pellicola di vernice secca sull'apparecchiatura di lavorazione. In caso contrario, la produzione di vernici avviene allo stesso modo della produzione di vernici.
vernici
La fabbricazione di vernici oleoresinose prevede la cottura dell'olio e della resina per renderli più compatibili, sviluppare molecole o polimeri ad alto peso molecolare e aumentare la solubilità nel solvente. Gli impianti più vecchi possono utilizzare bollitori portatili e aperti per il riscaldamento. La resina e l'olio o la sola resina vengono aggiunti al bollitore e poi riscaldati a circa 316ºC. Le resine naturali devono essere riscaldate prima di aggiungere gli oli. I materiali vengono versati sopra la parte superiore del bollitore. Durante la cottura i bollitori vengono coperti con cappe aspiranti in refrattario. Dopo la cottura, i bollitori vengono spostati in stanze dove vengono raffreddati rapidamente, spesso mediante spruzzi d'acqua, quindi vengono aggiunti diluenti ed essiccatori.
Gli impianti moderni utilizzano grandi reattori chiusi con capacità da 500 a 8,000 galloni. Questi reattori sono simili a quelli utilizzati nell'industria dei processi chimici. Sono dotati di agitatori, spie, linee di riempimento e svuotamento dei reattori, condensatori, dispositivi di misurazione della temperatura, fonti di calore e così via.
Sia negli impianti più vecchi che in quelli moderni, la resina diluita viene filtrata come fase finale prima del confezionamento. Questo viene normalmente fatto mentre la resina è ancora calda, di solito usando una filtropressa.
Vernici in polvere
I rivestimenti in polvere sono sistemi senza solventi basati sulla fusione e fusione di particelle di resina e altri additivi sulle superfici di oggetti riscaldati. I rivestimenti in polvere possono essere sia termoindurenti che termoplastici e comprendono resine come epossidiche, polietilene, poliesteri, cloruro di polivinile e acrilici.
Il metodo di produzione più comune prevede la miscelazione a secco degli ingredienti in polvere e la miscelazione allo stato fuso per estrusione (vedere figura 1). La resina secca o il legante, il pigmento, il riempitivo e gli additivi vengono pesati e trasferiti in un premiscelatore. Questo processo è simile alle operazioni di miscelazione a secco nella produzione di gomma. Dopo la miscelazione, il materiale viene posto in un estrusore e riscaldato fino a fusione. Il materiale fuso viene estruso su un nastro trasportatore di raffreddamento e quindi trasferito a un granulatore grosso. Il materiale granulato viene fatto passare attraverso un trituratore fine e quindi setacciato per ottenere la granulometria desiderata. Il rivestimento in polvere viene quindi confezionato.
Figura 1. Diagramma di flusso per la produzione di rivestimenti in polvere mediante il metodo di miscelazione a fusione per estrusione
Pericoli e loro prevenzione
In generale, i maggiori rischi associati alla produzione di vernici e rivestimenti riguardano la movimentazione dei materiali; sostanze tossiche, infiammabili o esplosive; e agenti fisici come scosse elettriche, rumore, caldo e freddo.
La movimentazione manuale di scatole, barili, contenitori e così via che contengono le materie prime e i prodotti finiti sono le principali fonti di lesioni dovute a sollevamento improprio, scivolamenti, cadute, caduta di contenitori e così via. Le precauzioni includono controlli ingegneristici/ergonomici come ausili per la movimentazione dei materiali (rulli, martinetti e piattaforme) e attrezzature meccaniche (trasportatori, paranchi e carrelli elevatori), pavimenti antiscivolo, dispositivi di protezione individuale (DPI) come scarpe antinfortunistiche e formazione adeguata nel sollevamento manuale e in altre tecniche di movimentazione dei materiali.
I pericoli chimici includono l'esposizione a polveri tossiche come il pigmento cromato di piombo, che può verificarsi durante la pesatura, il riempimento delle tramogge del miscelatore e del mulino, le operazioni di apparecchiature non chiuse, il riempimento di contenitori di vernice in polvere, la pulizia delle apparecchiature e da fuoriuscite di contenitori. La produzione di rivestimenti in polvere può comportare un'elevata esposizione alla polvere. Le precauzioni includono la sostituzione di paste o impasti con polveri; ventilazione di scarico locale (LEV) per l'apertura di sacchi di polveri (vedere la figura 2) e per le apparecchiature di lavorazione, la chiusura delle apparecchiature, le procedure di pulizia delle fuoriuscite e la protezione delle vie respiratorie quando necessario.
Figura 2. Sistema di controllo del sacchetto e della polvere
Nella produzione di vernici e rivestimenti viene utilizzata un'ampia varietà di solventi volatili, inclusi idrocarburi alifatici e aromatici, alcoli, chetoni e così via. I solventi più volatili si trovano solitamente nelle lacche e nelle vernici. L'esposizione ai vapori di solventi può verificarsi durante la diluizione nella produzione di vernici a base di solventi; durante il caricamento dei recipienti di reazione (soprattutto i vecchi tipi di bollitore) nella produzione di vernici; durante il riempimento delle lattine in tutte le vernici a base solvente; e durante la pulizia manuale delle apparecchiature di processo con solventi. La chiusura di apparecchiature come reattori per vernici e miscelatori per vernici di solito comporta una minore esposizione ai solventi, tranne in caso di perdite. Le precauzioni includono la chiusura delle apparecchiature di processo, LEV per le operazioni di diradamento e riempimento delle lattine e la protezione delle vie respiratorie e le procedure in spazi ristretti per la pulizia dei recipienti.
Altri rischi per la salute includono l'inalazione e/o il contatto cutaneo con isocianati utilizzati nella produzione di vernici e rivestimenti poliuretanici; con acrilati, altri monomeri e fotoiniziatori utilizzati nella fabbricazione di rivestimenti indurenti per radiazione; con acroleina e altre emissioni gassose dalla cottura della vernice; e con agenti indurenti e altri additivi nei rivestimenti in polvere. Le precauzioni includono custodia, LEV, guanti e altri indumenti e dispositivi di protezione individuale, formazione sui materiali pericolosi e buone pratiche di lavoro.
Solventi infiammabili, polveri combustibili (soprattutto la nitrocellulosa utilizzata nella produzione di lacche) e oli sono tutti rischi di incendio o esplosione se innescati da una scintilla o da alte temperature. Le fonti di ignizione possono includere apparecchiature elettriche difettose, fumo, attrito, fiamme libere, elettricità statica e così via. Gli stracci imbevuti d'olio possono essere fonte di autocombustione. Le precauzioni includono l'incollaggio e la messa a terra dei contenitori durante il trasferimento di liquidi infiammabili, la messa a terra di apparecchiature come mulini a sfere contenenti polveri combustibili, la ventilazione per mantenere le concentrazioni di vapore al di sotto del limite inferiore di esplosività, la copertura dei contenitori quando non sono in uso, la rimozione di fonti di ignizione, l'uso di dispositivi antiscintilla strumenti di metalli non ferrosi attorno a materiali infiammabili o combustibili e buone pratiche di pulizia.
I rischi legati al rumore possono essere associati all'uso di mulini a sfere ea ciottoli, dispersori ad alta velocità, vibrovagli utilizzati per la filtrazione e così via. Le precauzioni includono isolatori di vibrazioni e altri controlli tecnici, sostituzione di apparecchiature rumorose, buona manutenzione delle apparecchiature, isolamento della fonte di rumore e un programma di conservazione dell'udito in presenza di rumore eccessivo.
Altri pericoli includono protezioni inadeguate della macchina, una fonte comune di lesioni intorno ai macchinari. I rischi elettrici sono un problema particolare se non esiste un programma di lockout/tagout adeguato per la manutenzione e la riparazione delle apparecchiature. Le ustioni possono derivare da recipienti di cottura verniciati a caldo e materiali schizzati e da colle a caldo utilizzate per confezioni ed etichette.
Questo articolo presenta informazioni sulle apparecchiature di processo di base, lo stoccaggio, il layout dell'impianto e le considerazioni sulle operazioni nelle industrie di processo chimico, compresi i principali elementi e concetti che sono ampiamente applicabili in tutta l'industria chimica. Tuttavia, gran parte dell'attrezzatura richiesta nella lavorazione chimica è altamente specializzata e non può essere ampiamente generalizzata. Informazioni più dettagliate sulla tossicità e sui materiali pericolosi e sulla sicurezza dei processi sono esaminate altrove in questo documento Enciclopedia.
Esistono due categorie fondamentali di layout nelle industrie di trasformazione chimica: layout dell'impianto, che copre tutte le unità di processo, servizi, aree di stoccaggio, aree di carico/scarico, edifici, negozi e magazzini, e layout di unità o processo, che copre solo il posizionamento delle apparecchiature per un processo specifico, definito anche blocco di processo.
Disposizione dell'impianto
siting
La localizzazione o l'ubicazione di un intero impianto si basa su una serie di fattori generali, come mostrato nella tabella 1 (CCPS 1993). Questi fattori variano notevolmente a seconda delle località, dei governi e delle politiche economiche. Di questi vari fattori, le considerazioni sulla sicurezza sono una preoccupazione estremamente importante e in alcuni luoghi possono essere il fattore principale che regola l'ubicazione dell'impianto.
Tabella 1. Alcuni fattori generali di selezione del sito
Un aspetto importante della sicurezza degli impianti nel sito è la definizione di una zona cuscinetto tra un impianto con processi pericolosi e impianti, abitazioni, scuole, ospedali, autostrade, corsi d'acqua e corridoi aerei nelle vicinanze. Alcune considerazioni generali sulla sicurezza sono presentate nella tabella 2. La zona cuscinetto è importante perché la distanza tende a ridurre o mitigare le potenziali esposizioni a vari incidenti. È possibile definire la distanza necessaria per ridurre le concentrazioni tossiche a livelli accettabili attraverso l'interazione atmosferica e la dispersione di materiali tossici da un rilascio accidentale. Inoltre, l'intervallo di tempo tra un rilascio tossico e l'esposizione pubblica creato da una zona cuscinetto può essere utilizzato per avvertire la popolazione attraverso programmi di risposta alle emergenze pre-pianificati. Poiché gli impianti dispongono di vari tipi di strutture contenenti materiali tossici, è necessario condurre analisi di dispersione sui sistemi potenzialmente pericolosi per garantire che la zona cuscinetto sia adeguata in ogni area circostante il perimetro dell'impianto.
Tabella 2. Considerazioni sulla sicurezza dell'ubicazione dell'impianto
Il fuoco è un potenziale pericolo negli impianti e nelle strutture di processo. I grandi incendi possono essere una fonte di radiazione termica che può essere mitigata anche dalla distanza. I bagliori elevati possono anche essere una fonte di radiazione termica durante un'emergenza o un'operazione di avvio/arresto. Un bagliore è un dispositivo che brucia automaticamente gas di scarico o rilasci di vapori di emergenza in posizioni elevate o in posizioni speciali sul terreno. Questi dovrebbero essere situati lontano dal perimetro dell'impianto (per la protezione della comunità) e un'area alla base della torcia dovrebbe essere vietata ai lavoratori. Se non viene utilizzato correttamente, il trascinamento di liquido nella svasatura può provocare la combustione di goccioline di liquido. Oltre al fuoco, possono esserci esplosioni all'interno delle apparecchiature o una nuvola di vapore che produce onde d'urto. Anche se la distanza ridurrà un po' l'intensità dell'esplosione oltre la zona cuscinetto, l'esplosione avrà comunque un effetto sulla comunità vicina.
Dovrebbe essere considerato anche il potenziale di rilasci accidentali o incendi da strutture esistenti che potrebbero trovarsi vicino al sito proposto. I potenziali incidenti dovrebbero essere modellati e valutati per determinare il possibile effetto sul layout dell'impianto proposto. Le risposte di emergenza a un evento esterno dovrebbero essere valutate e le risposte coordinate con altre piante e comunità colpite.
Altre considerazioni
Dow Chemical Company ha sviluppato un altro approccio al layout dell'impianto basato su un livello accettabile di massimo danno probabile alla proprietà (MPPD) e rischio di interruzione dell'attività (B1) (Dow Chemical Company 1994a). Queste considerazioni sono importanti sia per gli impianti nuovi che per quelli esistenti. Il Dow Fire and Explosion Index è utile nei layout di nuovi impianti o nell'aggiunta di attrezzature agli impianti esistenti. Se i rischi calcolati dall'Indice risultano inaccettabili, le distanze di separazione dovrebbero essere aumentate. In alternativa, le modifiche al layout possono anche ridurre il potenziale di rischio.
Disposizione complessiva
In un layout generale dell'impianto, i venti prevalenti sono una considerazione importante. Le fonti di ignizione devono essere posizionate sopravento rispetto a potenziali fonti di perdite. Riscaldatori a fuoco, caldaie, inceneritori e torce rientrano in questa categoria (CCPS 1993). La posizione dei serbatoi di stoccaggio sottovento rispetto alle unità di processo e alle utenze è un'altra raccomandazione (CCPS 1993). Le normative ambientali hanno portato a una significativa riduzione delle perdite dai serbatoi (Lipton e Lynch 1994).
Le distanze minime di separazione sono state delineate in varie pubblicazioni per unità di processo, apparecchiature e diverse funzioni dell'impianto (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991). Le strutture generali che normalmente hanno distanze di separazione consigliate nei layout complessivi dell'impianto sono mostrate nella tabella 3. Le raccomandazioni sulla distanza effettiva dovrebbero essere definite con attenzione. Sebbene i riscaldatori a fuoco e i forni di processo non siano mostrati nella tabella 3, sono un elemento importante e le distanze di separazione consigliate devono essere incluse in un layout di processo dell'unità.
Tabella 3. Strutture generalmente separate in schemi generali di impianto
Inoltre, le strade sono necessarie per l'accesso di veicoli o apparecchiature di emergenza e manutenzione e richiedono un'attenta collocazione tra le unità di processo e nelle varie sezioni dell'impianto. Dovrebbero essere stabilite distanze accettabili per i rack per tubi sopraelevati e altre apparecchiature sopraelevate insieme alle distanze laterali agli incroci e agli ingressi di tutte le strutture.
I requisiti di layout possono essere basati su distanze di separazione minime raccomandate (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) o determinati attraverso un'analisi dei pericoli (Dow Chemical Company 1994a).
Layout dell'unità di processo
La tabella 3 presenta un riepilogo generale del layout delle separazioni di impianto. Le unità di processo sono contenute all'interno del blocco specifico riportato nel layout generale. Il processo chimico è generalmente mostrato in dettaglio nei diagrammi di processo e implementazione (P&ID). Un layout di processo richiede considerazioni che vanno oltre le specifiche distanze di separazione delle apparecchiature, alcune delle quali sono mostrate nella tabella 4.
Tabella 4. Considerazioni generali nel layout di un'unità di processo
L'assemblaggio delle apparecchiature in una particolare unità di processo varierà considerevolmente, a seconda del processo. Anche la tossicità e le caratteristiche pericolose dei flussi e dei materiali all'interno delle unità variano ampiamente. Nonostante queste differenze, sono stati sviluppati standard di distanza minima per molte apparecchiature (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985). Sono disponibili procedure per il calcolo delle perdite potenziali e delle esposizioni tossiche dalle apparecchiature di processo che possono anche influenzare la distanza di separazione (Dow Chemical Company 1994b). Inoltre, l'analisi della dispersione può essere applicata quando sono state calcolate le stime delle perdite.
Attrezzatura e distanza di separazione
Una tecnica matriciale può essere utilizzata per calcolare lo spazio necessario per separare le apparecchiature (CCPS 1993; IRI 1991). I calcoli basati su condizioni di lavorazione specifiche e una valutazione dei rischi dell'apparecchiatura possono comportare distanze di separazione diverse da una guida a matrice standard.
Elenchi estesi per una matrice possono essere sviluppati perfezionando le singole categorie e aggiungendo attrezzature. Ad esempio, i compressori possono essere suddivisi in diversi tipi, come quelli che gestiscono gas inerte, aria e gas pericolosi. Le distanze di separazione per i compressori a motore possono differire da quelle a motore o a vapore. Le distanze di separazione negli impianti di stoccaggio che ospitano gas liquefatti dovrebbero essere analizzate sulla base dell'inerzia del gas.
I limiti della batteria di processo devono essere definiti con attenzione. Sono le linee di confine o limiti di trama per un'unità di processo (il nome deriva dall'uso antico di una batteria di forni nella lavorazione). Altre unità, strade, servizi pubblici, tubazioni, canali di scolo e così via vengono tracciati in base ai limiti della batteria. Sebbene la posizione dell'apparecchiatura dell'unità non si estenda ai limiti della batteria, è necessario definire le distanze di separazione dell'apparecchiatura dai limiti della batteria.
Sale di controllo o case di controllo
In passato ogni unità di processo era progettata con una sala di controllo che forniva il controllo operativo del processo. Con l'avvento della strumentazione elettronica e dell'elaborazione controllata da computer, le singole sale di controllo sono state sostituite da una sala di controllo centrale che controlla un numero di unità di processo in molte operazioni. La sala di controllo centralizzata è economicamente vantaggiosa grazie all'ottimizzazione dei processi e all'aumento dell'efficienza del personale. Esistono ancora singole unità di processo e, in alcune unità specializzate, le sale di controllo più vecchie che sono state soppiantate da sale di controllo centralizzate possono ancora essere utilizzate per il monitoraggio locale dei processi e per il controllo di emergenza. Sebbene le funzioni e le ubicazioni della sala di controllo siano generalmente determinate dall'economia del processo, la progettazione della sala di controllo o della sala di controllo è molto importante per mantenere il controllo delle emergenze e per la protezione dei lavoratori. Alcune considerazioni per le case di controllo centrali e locali includono:
Riduzione delle scorte
Una considerazione importante nei layout di processo e impianto è la quantità di materiale tossico e pericoloso nell'inventario complessivo, comprese le attrezzature. Le conseguenze di una perdita sono più gravi all'aumentare del volume del materiale. Di conseguenza, l'inventario dovrebbe essere ridotto al minimo ove possibile. Una migliore elaborazione che riduce il numero e le dimensioni delle apparecchiature riduce l'inventario, abbassa il rischio e si traduce anche in minori investimenti e migliori efficienze operative.
Alcune potenziali considerazioni sulla riduzione delle scorte sono mostrate nella tabella 6. Laddove verrà installato un nuovo impianto di processo, il trattamento dovrebbe essere ottimizzato prendendo in considerazione alcuni degli obiettivi mostrati nella tabella 5.
Tabella 5. Passaggi per limitare l'inventario
Strutture di stoccaggio
Gli impianti di stoccaggio in un impianto di lavorazione chimica possono ospitare mangimi liquidi e solidi, sostanze chimiche intermedie, sottoprodotti e prodotti di processo. I prodotti immagazzinati in molte strutture fungono da intermedi o precursori per altri processi. Lo stoccaggio può essere richiesto anche per diluenti, solventi o altri materiali di processo. Tutti questi materiali sono generalmente immagazzinati in serbatoi di stoccaggio fuori terra (AST). I serbatoi sotterranei sono ancora utilizzati in alcune località, ma l'uso è generalmente limitato a causa di problemi di accesso e capacità limitata. Inoltre, la potenziale perdita di tali serbatoi di stoccaggio sotterranei (UST) presenta problemi ambientali quando le perdite contaminano le falde acquifere. La contaminazione generale del terreno può portare a potenziali esposizioni atmosferiche con perdite di materiali a pressione di vapore più elevata. I materiali fuoriusciti possono essere un potenziale problema di esposizione durante gli sforzi di bonifica del terreno. Le perdite UST hanno portato a severe normative ambientali in molti paesi, come i requisiti per i serbatoi a doppia parete e il monitoraggio sotterraneo.
I tipici serbatoi di stoccaggio fuori terra sono mostrati nella figura 1. Gli AST verticali sono serbatoi con tetto a cono o a cupola, serbatoi con tetto galleggiante coperti o non coperti o serbatoi con tetto galleggiante esterno (EFRT). I serbatoi a tetto convertito o chiuso sono EFRT con coperture installate sui serbatoi che sono spesso cupole di tipo geodetico. Poiché gli EFRT nel tempo non mantengono una forma perfettamente circolare, la sigillatura del tetto galleggiante è difficoltosa e sul serbatoio viene installata una copertura. Un design a cupola geodetica elimina le capriate del tetto necessarie per i serbatoi con tetto a cono (FRT). La cupola geodetica è più economica di un tetto a cono e, inoltre, la cupola riduce le perdite di materiali nell'ambiente.
Figura 1. Tipici serbatoi di stoccaggio fuori terra
Normalmente, i serbatoi sono limitati allo stoccaggio di liquidi in cui la pressione del vapore liquido non supera i 77 kPa. Laddove la pressione supera questo valore, vengono utilizzati sferoidi o sfere poiché entrambi sono progettati per il funzionamento a pressione. Gli sferoidi possono essere piuttosto grandi ma non vengono installati dove la pressione può superare determinati limiti definiti dal progetto meccanico. Per la maggior parte delle applicazioni di stoccaggio a pressione di vapore più elevata, le sfere sono normalmente il contenitore di stoccaggio e sono dotate di valvole limitatrici di pressione per evitare la sovrapressione. Un problema di sicurezza che si è sviluppato con le sfere è il ribaltamento, che genera un vapore eccessivo e si traduce in scariche della valvola di sicurezza o in situazioni più estreme come la rottura della parete della sfera (CCPS 1993). In generale, il contenuto liquido si stratifica e se il materiale caldo (meno denso) viene caricato sul fondo della sfera, il materiale caldo sale in superficie con il materiale superficiale più freddo e di maggiore densità rotolato sul fondo. Il materiale caldo della superficie vaporizza, aumentando la pressione, che può provocare lo scarico della valvola di sicurezza o la sovrapressione della sfera.
Disposizione del serbatoio
La disposizione dei serbatoi richiede un'attenta pianificazione. Esistono raccomandazioni per le distanze di separazione dei serbatoi e altre considerazioni (CCPS 1988; 1993). In molti luoghi, le distanze di separazione non sono specificate dal codice, ma le distanze minime (OSHA 1994) possono essere il risultato di varie decisioni applicabili alle distanze e alle posizioni di separazione. Alcune di queste considerazioni sono presentate nella tabella 6. Inoltre, il servizio di cisterna è un fattore di separazione tra cisterne pressurizzate, refrigerate e atmosferiche (CCPS 1993).
Tabella 6. Separazione dei serbatoi e considerazioni sull'ubicazione
Le dighe sono necessarie e sono nominalmente dimensionate volumetricamente per contenere il contenuto di un serbatoio. Dove ci sono più serbatoi all'interno di una diga, la capacità volumetrica minima della diga è equivalente alla capacità del serbatoio più grande (OSHA 1994). Le pareti della diga possono essere costruite in terra, acciaio, cemento o muratura piena. Tuttavia, gli argini di terra dovrebbero essere impenetrabili e avere una sommità piatta con una larghezza minima di 0.61 m. Inoltre, il terreno all'interno dell'area arginata dovrebbe anche avere uno strato impenetrabile per evitare qualsiasi perdita di sostanze chimiche o olio nel terreno.
Perdita dal serbatoio
Un problema che si è sviluppato nel corso degli anni è la perdita del serbatoio a causa della corrosione del fondo del serbatoio. Spesso, i serbatoi hanno strati d'acqua sul fondo del serbatoio che possono contribuire alla corrosione e può verificarsi corrosione elettrolitica a causa del contatto con la terra. Di conseguenza, in varie regioni sono stati istituiti requisiti normativi per controllare le perdite dal fondo dei serbatoi e la contaminazione del suolo e dell'acqua sotterranea da contaminanti nell'acqua. Sono state sviluppate diverse procedure di progettazione per controllare e monitorare le perdite (Hagen e Rials 1994). Inoltre, sono stati installati anche doppi fondi. In alcune installazioni è stata installata una protezione catodica per controllare ulteriormente il deterioramento del metallo (Barletta, Bayle e Kennelley 1995).
Prelievo d'acqua
Lo scarico manuale periodico dell'acqua dal fondo del serbatoio può causare esposizione. L'osservazione visiva per determinare l'interfaccia attraverso il drenaggio manuale aperto può comportare l'esposizione del lavoratore. È possibile installare uno scarico chiuso con un sensore di interfaccia e una valvola di controllo riducendo al minimo le potenziali esposizioni dei lavoratori (Lipton e Lynch 1994). Una varietà di sensori è disponibile in commercio per questo servizio.
Serbatoi di riempimento eccessivo
Spesso i serbatoi vengono riempiti eccessivamente, creando potenziali rischi per la sicurezza e l'esposizione dei lavoratori. Ciò può essere evitato con strumenti ridondanti oa doppio livello che controllano le valvole di blocco dell'ingresso o le pompe di alimentazione (Bahner 1996). Per molti anni, le linee di troppo pieno sono state installate su serbatoi chimici, ma terminavano a breve distanza sopra un'apertura di scarico per consentire l'osservazione visiva dello scarico di troppo pieno. Inoltre, lo scarico doveva essere dimensionato per un tasso di riempimento superiore a quello massimo per garantire un corretto drenaggio. Tuttavia, un tale sistema è una potenziale fonte di esposizione. Questo può essere eliminato collegando la linea di troppo pieno direttamente allo scarico con un indicatore di flusso nella linea per mostrare il troppo pieno. Sebbene ciò funzionerà in modo soddisfacente, ciò si traduce in un sovraccarico del sistema di scarico con un volume di contaminanti molto elevato e potenziali problemi di salute e sicurezza.
Ispezione e pulizia serbatoi
Periodicamente, i serbatoi vengono rimossi dal servizio per l'ispezione e/o la pulizia. Queste procedure devono essere attentamente controllate per prevenire l'esposizione dei lavoratori e ridurre al minimo i potenziali rischi per la sicurezza. Dopo lo svuotamento, i serbatoi vengono frequentemente lavati con acqua per rimuovere le tracce di liquido di processo. Storicamente, i serbatoi venivano poi puliti manualmente o meccanicamente ove necessario. Quando i serbatoi vengono svuotati, si riempiono di vapore che può essere tossico e può trovarsi in un intervallo di combustibili. Il lavaggio con acqua potrebbe non influire in modo significativo sulla tossicità del vapore, ma potrebbe ridurre i potenziali problemi di combustione. Con i tetti galleggianti, il materiale sotto il tetto galleggiante può essere lavato e drenato, ma alcuni serbatoi potrebbero ancora avere del materiale nel pozzetto. Questo materiale inferiore deve essere rimosso manualmente e può presentare potenziali problemi di esposizione. Al personale può essere richiesto di indossare dispositivi di protezione individuale (DPI).
Normalmente, i serbatoi chiusi e qualsiasi volume al di sotto dei tetti galleggianti vengono spurgati con aria fino al raggiungimento di un livello di concentrazione di ossigeno specificato prima che sia consentito l'ingresso. Tuttavia, le misurazioni della concentrazione dovrebbero essere ottenute continuamente per garantire che i livelli di concentrazione tossica siano soddisfacenti e non cambino.
Sfiato del vapore e controllo delle emissioni
Per i serbatoi a tetto fisso oa tetto galleggiante convertiti (CFRT), lo sfiato nell'atmosfera potrebbe non essere accettabile in molti luoghi. Lo sfiato pressione-vuoto (PV) (mostrato in figura 2) questi serbatoi vengono rimossi e i vapori fluiscono attraverso un condotto chiuso verso un dispositivo di controllo dove i contaminanti vengono distrutti o recuperati. Per entrambi i serbatoi, uno spurgo inerte (ad es. azoto) può essere iniettato per eliminare l'effetto vuoto diurno e mantenere una pressione positiva per il dispositivo di recupero.Nel serbatoio CFRT, l'azoto elimina l'effetto diurno e riduce eventuali vapori nell'atmosfera attraverso uno sfiato fotovoltaico.Tuttavia, le emissioni di vapore non vengono eliminate.A è disponibile un gran numero di dispositivi e tecniche di controllo tra cui combustione, assorbitori, condensatori e assorbimento (Moretti e Mukhopadhyay 1993; Carroll e Ruddy 1993; Basta 1994; Pennington 1996; Siegall 1996).La selezione di un sistema di controllo è una funzione degli obiettivi di emissione finali e costi operativi e di investimento.
Nei serbatoi a tetto flottante, sia esterni che interni, le guarnizioni e i controlli dei raccordi ausiliari riducono efficacemente al minimo le perdite di vapore.
Pericoli per la sicurezza
L'infiammabilità è una delle principali preoccupazioni nei serbatoi e i sistemi antincendio sono necessari per aiutare nel controllo e nella prevenzione delle zone di incendio estese. Sono disponibili sistemi antincendio e raccomandazioni per l'installazione (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990). L'acqua può essere spruzzata direttamente sul fuoco in determinate condizioni ed è essenziale per raffreddare serbatoi o apparecchiature adiacenti per evitare il surriscaldamento. Inoltre, la schiuma è un efficace agente antincendio e sui serbatoi è possibile installare attrezzature permanenti per la schiuma. L'installazione di apparecchiature a schiuma su attrezzature antincendio mobili deve essere esaminata con un produttore. Sono ora disponibili schiume ecocompatibili e a bassa tossicità che sono efficaci e paragonabili ad altre schiume per lo spegnimento rapido degli incendi.
Attrezzatura per il trattamento
Nella lavorazione dei prodotti chimici è necessaria un'ampia varietà di apparecchiature di processo a causa dei numerosi processi, dei requisiti di processo specializzati e delle variazioni dei prodotti. Di conseguenza, tutte le apparecchiature chimiche oggi in uso non possono essere revisionate; questa sezione si concentrerà sulle attrezzature più ampiamente applicate che si trovano nelle sequenze di lavorazione.
Reattori
Ci sono un gran numero di tipi di reattori nell'industria chimica. La base per la selezione del reattore è una funzione di un numero di variabili, a partire dalla classificazione se la reazione è una reazione discontinua o continua. Spesso, le reazioni discontinue vengono convertite in operazioni continue man mano che l'esperienza con la reazione aumenta e diventano disponibili alcune modifiche, come catalizzatori migliorati. L'elaborazione continua della reazione è generalmente più efficiente e produce un prodotto più coerente, il che è auspicabile per soddisfare gli obiettivi di qualità del prodotto. Tuttavia, esiste ancora un gran numero di operazioni batch.
Reazione
In tutte le reazioni, la classificazione di una reazione come esotermica o endotermica (che produce calore o richiede calore) è necessaria per definire i requisiti di riscaldamento o raffreddamento necessari per controllare la reazione. Inoltre, è necessario stabilire criteri di reazione fuori controllo per installare sensori e controlli dello strumento che possano impedire che una reazione diventi fuori controllo. Prima del funzionamento su vasta scala di un reattore, è necessario studiare e sviluppare procedure di emergenza per garantire che la reazione fuori controllo sia contenuta in modo sicuro. Alcune delle varie soluzioni potenziali sono apparecchiature di controllo di emergenza che vengono attivate automaticamente, iniezione di una sostanza chimica che interrompe la reazione e impianti di sfiato che possono accogliere e contenere il contenuto del reattore. Il funzionamento della valvola di sicurezza e dello sfiato è estremamente importante e richiede attrezzature sempre ben tenute e funzionanti. Di conseguenza, vengono spesso installate più valvole di sicurezza interbloccate per garantire che la manutenzione su una valvola non riduca la capacità di scarico richiesta.
Se una valvola di sicurezza o uno sfiato si scarica a causa di un malfunzionamento, l'effluente di scarico deve essere contenuto praticamente in tutte le circostanze per ridurre al minimo i potenziali rischi per la sicurezza e la salute. Di conseguenza, il metodo di contenimento dello scarico di emergenza attraverso tubazioni insieme alla disposizione finale dello scarico del reattore dovrebbe essere attentamente analizzato. In generale, il liquido e il vapore devono essere separati con il vapore inviato a una torcia o recupero e il liquido riciclato ove possibile. La rimozione dei solidi può richiedere alcuni studi.
Partita
Nei reattori che comportano reazioni esotermiche, una considerazione importante è l'incrostazione delle pareti o dei tubi interni da parte dei mezzi di raffreddamento utilizzati per mantenere la temperatura. La rimozione del materiale sporco varia considerevolmente e il metodo di rimozione è una funzione delle caratteristiche del materiale sporco. Il materiale sporco può essere rimosso con un solvente, un getto d'acqua ad alta pressione o, in alcuni casi, manualmente. In tutte queste procedure, la sicurezza e l'esposizione devono essere attentamente controllate. Il movimento di materiale all'interno e all'esterno del reattore non deve consentire l'ingresso di aria, che potrebbe dar luogo a una miscela di vapore infiammabile. I vuoti devono essere interrotti con un gas inerte (ad es. azoto). L'ingresso della nave per ispezione o lavoro può essere classificato come ingresso in uno spazio confinato e le regole per questa procedura devono essere osservate. La tossicità del vapore e della pelle deve essere compresa e i tecnici devono essere informati sui rischi per la salute.
Educazione
I reattori a flusso continuo possono essere riempiti con liquido o vapore e liquido. Alcune reazioni producono fanghi nei reattori. Inoltre, ci sono reattori che contengono catalizzatori solidi. Il fluido di reazione può essere liquido, vapore o una combinazione di vapore e liquido. I catalizzatori solidi, che promuovono una reazione senza parteciparvi, sono normalmente contenuti all'interno di griglie e sono detti letti fissi. I reattori a letto fisso possono avere letti singoli o multipli e possono avere reazioni esoteriniche o endotermiche, con la maggior parte delle reazioni che richiedono una temperatura costante (isoterma) attraverso ciascun letto. Ciò richiede frequentemente l'iniezione di flussi di alimentazione o di un diluente in vari punti tra i letti per controllare la temperatura. Con questi sistemi di reazione, l'indicazione della temperatura e la posizione del sensore attraverso i letti sono estremamente importanti per prevenire una reazione fuori controllo e la resa del prodotto o cambiamenti di qualità.
I letti fissi generalmente perdono la loro attività e devono essere rigenerati o sostituiti. Per la rigenerazione, i depositi sul letto possono essere bruciati, sciolti in un solvente o, in alcuni casi, rigenerati attraverso l'iniezione di una sostanza chimica in un fluido inerte nel letto, ripristinando così l'attività del catalizzatore. A seconda del catalizzatore, può essere applicata una di queste tecniche. Dove i letti vengono bruciati, il reattore viene svuotato e spurgato da tutti i fluidi di processo, quindi riempito con un gas inerte (solitamente azoto), che viene riscaldato e rimesso in circolo, portando il letto a un livello di temperatura specificato. A questo punto, un volume molto piccolo di ossigeno viene aggiunto al flusso inerte per avviare un fronte di fiamma che si sposta gradualmente attraverso il letto e controlla l'aumento della temperatura. Quantità eccessive di ossigeno hanno un effetto deleterio sul catalizzatore.
Rimozione del catalizzatore a letto fisso
La rimozione dei catalizzatori a letto fisso deve essere attentamente controllata. I reattori vengono drenati dal fluido di processo e quindi il fluido rimanente viene spostato con un fluido di flussaggio o spurgato con un vapore finché tutto il fluido di processo non è stato rimosso. Lo spurgo finale può richiedere altre tecniche prima che il recipiente possa essere spurgato con un gas inerte o aria prima di aprire il recipiente o scaricare il catalizzatore dal recipiente sotto una coperta inerte. Se l'acqua viene utilizzata in questo processo, l'acqua viene scaricata attraverso tubazioni chiuse in una rete fognaria di processo. Alcuni catalizzatori sono sensibili all'aria o all'ossigeno, diventando piroforici o tossici. Questi richiedono procedure speciali per eliminare l'aria durante il riempimento o lo svuotamento dei recipienti. La protezione personale e le procedure di manipolazione devono essere attentamente definite per ridurre al minimo le potenziali esposizioni e proteggere il personale.
Lo smaltimento del catalizzatore esaurito può richiedere un ulteriore trattamento prima di essere inviato a un produttore di catalizzatore per il riciclaggio o per una procedura di smaltimento accettabile dal punto di vista ambientale.
Altri sistemi catalitici
Il gas che scorre attraverso un letto di catalizzatore solido sciolto espande il letto e forma una sospensione simile a un liquido e definita letto fluido. Questo tipo di reazione è utilizzato in vari processi. I catalizzatori esausti vengono rimossi come flusso laterale gas-solidi per la rigenerazione e quindi restituiti al processo attraverso un sistema chiuso. In altre reazioni, l'attività del catalizzatore può essere molto elevata e, sebbene il catalizzatore sia scaricato nel prodotto, la concentrazione è estremamente bassa e non pone problemi. Laddove un'elevata concentrazione di solidi del catalizzatore nel vapore del prodotto non è desiderabile, i residui di solidi devono essere rimossi prima della purificazione. Tuttavia, rimarranno tracce di solidi. Questi vengono rimossi per essere smaltiti in uno dei flussi di sottoprodotti, che a loro volta devono essere chiariti.
In situazioni in cui il catalizzatore esaurito viene rigenerato mediante combustione, sono necessari ampi impianti di recupero dei solidi nei sistemi a letto fluido per soddisfare le restrizioni ambientali. Il recupero può consistere in varie combinazioni di cicloni, precipitatori elettrici, filtri a maniche) e/o scrubber. Dove la combustione avviene in letti fissi, la preoccupazione fondamentale è il controllo della temperatura.
Poiché i catalizzatori a letto fluido sono spesso all'interno dell'intervallo respiratorio, è necessario prestare attenzione durante la manipolazione dei solidi per garantire la protezione dei lavoratori con catalizzatori freschi o recuperati.
In alcuni casi è possibile utilizzare un vuoto per rimuovere vari componenti da un letto fisso. In queste situazioni, un getto di vuoto azionato dal vapore è spesso il produttore del vuoto. Questo produce uno scarico di vapore che spesso contiene materiali tossici anche se in concentrazione molto bassa nella corrente a getto. Tuttavia, lo scarico di un getto di vapore deve essere attentamente rivisto per determinare le quantità di contaminanti, la tossicità e la potenziale dispersione se viene scaricato direttamente nell'atmosfera. Se questo non è soddisfacente, lo scarico a getto può richiedere la condensazione in un pozzetto dove tutti i vapori sono controllati e l'acqua viene inviata al sistema fognario chiuso. Una pompa per vuoto rotativa svolgerà questo servizio. Lo scarico da una pompa a vuoto alternativa potrebbe non essere consentito di scaricare direttamente nell'atmosfera, ma in alcuni casi può essere scaricato in una linea di torcia, inceneritore o riscaldatore di processo.
Sicurezza
In tutti i reattori, gli aumenti di pressione sono una preoccupazione importante poiché la pressione nominale del recipiente non deve essere superata. Questi aumenti di pressione possono essere il risultato di uno scarso controllo del processo, di un malfunzionamento o di una reazione incontrollata. Di conseguenza, i sistemi di rilascio della pressione sono necessari per mantenere l'integrità del recipiente prevenendo la sovrapressione del reattore. Gli scarichi delle valvole di sicurezza devono essere attentamente progettati per mantenere uno scarico adeguato in tutte le condizioni, inclusa la manutenzione delle valvole di sicurezza. Potrebbero essere necessarie più valvole. Nel caso in cui una valvola di sfioro sia progettata per scaricare nell'atmosfera, il punto di scarico dovrebbe essere sopraelevato rispetto a tutte le strutture vicine e dovrebbe essere condotta un'analisi della dispersione per garantire un'adeguata protezione per i lavoratori e le comunità vicine.
Se un disco di rottura è installato con una valvola di sicurezza, anche lo scarico deve essere chiuso e il punto di scarico finale designato come descritto sopra. Poiché una rottura del disco non si riposiziona, un disco senza valvola di sicurezza rilascerà probabilmente la maggior parte del contenuto del reattore e l'aria potrebbe entrare nel reattore alla fine del rilascio. Ciò richiede un'attenta analisi per garantire che non si crei una situazione infiammabile e che non si verifichino reazioni altamente indesiderate. Inoltre, lo scarico da un disco può rilasciare liquido e il sistema di sfiato deve essere progettato per contenere tutti i liquidi con vapore scaricato, come sopra descritto. I rilasci di emergenza in atmosfera devono essere approvati dalle autorità di regolamentazione prima dell'installazione.
Gli agitatori del miscelatore installati nei reattori sono sigillati. Le perdite possono essere pericolose e, se si verificano, il sigillo deve essere riparato, il che richiede l'arresto del reattore. Il contenuto del reattore può richiedere una manipolazione o precauzioni speciali e una procedura di arresto di emergenza dovrebbe includere l'interruzione della reazione e lo smaltimento del contenuto del reattore. L'infiammabilità e il controllo dell'esposizione devono essere attentamente esaminati per ogni fase, inclusa la disposizione finale della miscela del reattore. Poiché un arresto può essere costoso e comportare perdite di produzione, sono stati introdotti miscelatori ad azionamento magnetico e nuovi sistemi di tenuta per ridurre la manutenzione e gli arresti del reattore.
L'accesso a tutti i reattori richiede il rispetto delle procedure di ingresso in spazi confinati sicuri.
Torri di frazionamento o distillazione
La distillazione è un processo mediante il quale le sostanze chimiche vengono separate mediante metodi che sfruttano le differenze dei punti di ebollizione. Le torri familiari negli impianti chimici e nelle raffinerie sono torri di distillazione.
La distillazione in varie forme è una fase di lavorazione presente nella grande maggioranza dei processi chimici. Il frazionamento o la distillazione possono essere trovati nelle fasi di processo di purificazione, separazione, strippaggio, azeotropico ed estrattivo. Queste applicazioni ora includono la distillazione reattiva, in cui si verifica una reazione in una sezione separata della torre di distillazione.
La distillazione viene condotta con una serie di vassoi in una torre, oppure può essere condotta in una torre piena di imballaggio. Le baderne hanno configurazioni speciali che consentono facilmente il passaggio di vapore e liquido, ma forniscono un'area superficiale sufficiente per il contatto vapore-liquido e un efficiente frazionamento.
Funzionamento
Il calore viene normalmente fornito a una torre con un ribollitore, sebbene il contenuto di calore di flussi specifici possa essere sufficiente per eliminare il ribollitore. Con il calore del ribollitore, si verifica una separazione vapore-liquido in più fasi sui vassoi e i materiali più leggeri risalgono attraverso la torre. I vapori dal vassoio superiore sono completamente o parzialmente condensati nel condensatore sopraelevato. Il liquido condensato viene raccolto nel fusto di recupero del distillato, dove una parte del liquido viene riciclata alla torre e l'altra parte viene prelevata e inviata in un luogo specifico. I vapori non condensati possono essere recuperati altrove o inviati ad un dispositivo di controllo che può essere un combustore o un sistema di recupero.
Pressione
Le torri funzionano tipicamente a pressioni superiori alla pressione atmosferica. Tuttavia, le torri vengono spesso utilizzate sottovuoto per ridurre al minimo le temperature del liquido che possono influire sulla qualità del prodotto o in situazioni in cui i materiali delle torri diventano un problema meccanico ed economico a causa del livello di temperatura che può essere difficile da raggiungere. Inoltre, le alte temperature possono influenzare il fluido. Nelle frazioni petrolifere pesanti, le temperature molto alte del fondo della torre provocano spesso problemi di cokefazione.
I vuoti sono tipicamente ottenuti con eiettori o pompe per vuoto. Nelle unità di processo, i carichi di vuoto sono costituiti da alcuni materiali a vapore leggero, inerti che potrebbero essere stati nel flusso di alimentazione della torre e aria dalle perdite. Normalmente il sistema del vuoto è installato dopo un condensatore per ridurre il carico organico al sistema del vuoto. Il sistema del vuoto viene dimensionato in base al carico di vapore stimato, con gli eiettori che gestiscono carichi di vapore maggiori. In alcuni sistemi una macchina sottovuoto può essere collegata direttamente a un'uscita del condensatore. Un funzionamento tipico del sistema di eiettori è una combinazione di eiettori e condensatori barometrici diretti in cui i vapori dell'eiettore hanno un contatto diretto con l'acqua di raffreddamento. I condensatori barometrici consumano molto acqua e la miscela acqua-vapore determina elevate temperature di uscita dell'acqua che tendono a vaporizzare eventuali tracce di composti organici nel pozzetto barometrico atmosferico, aumentando potenzialmente l'esposizione sul posto di lavoro. Inoltre, un grande carico di effluenti viene aggiunto al sistema delle acque reflue.
Si ottiene una notevole riduzione dell'acqua insieme a una sostanziale riduzione del consumo di vapore nei sistemi a vuoto modificati. Poiché la pompa per vuoto non è in grado di gestire un elevato carico di vapore, nel primo stadio viene utilizzato un eiettore di vapore in combinazione con un condensatore di superficie per ridurre il carico della pompa per vuoto. Inoltre, è installato un tamburo di raccolta per il funzionamento fuori terra. Il sistema più semplice riduce il carico di acque reflue e mantiene un sistema chiuso che elimina potenziali esposizioni al vapore.
Sicurezza
Tutte le torri ei tamburi devono essere protetti dalla sovrapressione che potrebbe derivare da malfunzionamento, incendio (Mowrer 1995) o guasto dell'impianto. Una revisione dei pericoli è necessaria ed è richiesta dalla legge in alcuni paesi. Un approccio generale alla gestione della sicurezza del processo applicabile al funzionamento del processo e dell'impianto migliora la sicurezza, riduce al minimo le perdite e protegge la salute dei lavoratori (Auger 1995; Murphy 1994; Sutton 1995). La protezione è fornita da valvole limitatrici di pressione (PRV) che scaricano nell'atmosfera o in un sistema chiuso. Il PRV è generalmente montato in cima alla torre per alleviare il grande carico di vapore, sebbene alcune installazioni posizionino il PRV in altre posizioni della torre. La PRV può anche essere posizionata sul tamburo di recupero sopraelevato del distillato purché non siano posizionate valvole tra la PRV e la sommità della torre. Se le valvole di blocco sono installate nelle linee di processo verso il condensatore, la PRV deve essere installata sulla torre.
Quando la sovrapressione della torre di distillazione viene scaricata, in alcuni scenari di emergenza, lo scarico della PRV può essere eccessivamente grande. Un carico molto elevato in una linea di sfiato di scarico del sistema chiuso può essere il carico maggiore nel sistema. Poiché una scarica di PRV può essere improvvisa e il tempo complessivo di sollievo può essere piuttosto breve (meno di 15 minuti), questo carico di vapore estremamente elevato deve essere analizzato attentamente (Bewanger e Krecter 1995; Boicourt 1995). Poiché questo breve, grande picco di carico è difficile da elaborare in dispositivi di controllo come assorbitori, adsorbitori, forni e così via, il dispositivo di controllo preferibile nella maggior parte delle situazioni è una torcia per la distruzione del vapore. Normalmente, un numero di PRV è collegato a un'intestazione della linea di svasatura che a sua volta è collegata a una singola svasatura. Tuttavia, il flare e il sistema complessivo devono essere attentamente progettati per coprire un ampio gruppo di potenziali contingenze (Boicourt 1995).
Rischi per la salute
Per lo scarico diretto nell'atmosfera, dovrebbe essere condotta un'analisi dettagliata della dispersione dei vapori di scarico della valvola di sfogo per garantire che i lavoratori non siano esposti e che le concentrazioni comunitarie rientrino ampiamente nelle linee guida di concentrazione consentite. Nel controllo della dispersione, potrebbe essere necessario sollevare le linee di scarico della valvola di sfiato atmosferica per evitare concentrazioni eccessive sulle strutture vicine. Potrebbe essere necessario uno stack molto alto simile a un bagliore per controllare la dispersione.
Un'altra area di preoccupazione è l'accesso a una torre per manutenzione o modifiche meccaniche durante un arresto. Ciò comporta l'ingresso in uno spazio ristretto ed espone i lavoratori ai rischi associati. Il metodo di lavaggio e spurgo prima dell'apertura deve essere condotto con attenzione per garantire esposizioni minime riducendo eventuali concentrazioni tossiche al di sotto dei livelli raccomandati. Prima di iniziare le operazioni di flussaggio e spurgo, la pressione della torre deve essere ridotta e tutti i collegamenti delle tubazioni alla torre devono essere ciechi (ovvero, i dischi metallici piatti devono essere posizionati tra le flange della torre e le flange del tubo di collegamento). Questo passaggio dovrebbe essere gestito con attenzione per garantire esposizioni minime. In diversi processi, i metodi per ripulire la torre dai fluidi tossici variano. Frequentemente, il fluido della torre viene spostato con un fluido che ha caratteristiche di tossicità molto basse. Questo fluido di spostamento viene quindi drenato e pompato in una posizione selezionata. La pellicola liquida rimanente e le goccioline possono essere vaporizzate nell'atmosfera attraverso una flangia superiore dotata di uno speciale cieco separatore con un'apertura tra il cieco e la flangia della torre. Dopo la cottura a vapore, l'aria entra nella torre attraverso la speciale apertura cieca mentre la torre si raffredda. Un tombino alla base della torre e uno alla sommità della torre sono aperti permettendo il soffio d'aria attraverso la torre. Quando la concentrazione interna della torre raggiunge un livello predeterminato, è possibile entrare nella torre.
Scambiatori di calore
Esiste un'ampia varietà di scambiatori di calore nell'industria dei processi chimici. Gli scambiatori di calore sono dispositivi meccanici per il trasferimento di calore da o verso un flusso di processo. Sono selezionati in base alle condizioni di processo e al design dello scambiatore. Alcuni dei tipi comuni di scambiatore sono mostrati nella figura 2. La selezione dello scambiatore ottimale per un servizio di processo è alquanto complicata e richiede un'indagine dettagliata (Woods 1995). In molte situazioni, alcuni tipi non sono adatti a causa di pressione, temperatura, concentrazione di solidi, viscosità, quantità di flusso e altri fattori. Inoltre, il design di uno scambiatore di calore individuale può variare considerevolmente; sono disponibili diversi tipi di tubi sterzo flottanti e scambiatori a lamiera (Green, Maloney e Perry 1984). La testa flottante viene normalmente selezionata dove le temperature possono causare un'eccessiva espansione del tubo che altrimenti non potrebbe mantenere l'integrità in uno scambiatore a piastra tubiera fissa. Nello scambiatore a battente semplificato di figura 2, il battente è contenuto completamente all'interno dello scambiatore e non ha alcun collegamento con il mantello. In altri modelli a testa flottante, potrebbe esserci un impacchettamento attorno alla piastra tubiera flottante (Green, Maloney e Perry 1984).
Figura 2. Tipici scambiatori di calore
Trafilamento
La baderna sulle piastre tubiere galleggianti è a contatto con l'atmosfera e può essere fonte di perdite e potenziale esposizione. Anche altri scambiatori possono avere potenziali fonti di perdite e devono essere esaminati attentamente. Per le loro caratteristiche di trasmissione del calore, gli scambiatori a piastre ea telaio sono spesso installati nell'industria chimica. Le piastre hanno varie ondulazioni e configurazioni. Le piastre sono separate da guarnizioni che impediscono la miscelazione dei flussi e forniscono una tenuta esterna. Tuttavia, le guarnizioni limitano le applicazioni di temperatura a circa 180 ºC, sebbene i miglioramenti delle guarnizioni possano superare questa limitazione. Poiché ci sono un certo numero di piastre, le piastre devono essere adeguatamente compresse per garantire una corretta tenuta tra di loro. Di conseguenza, è necessaria un'attenta installazione meccanica per evitare perdite e potenziali pericoli. Poiché esiste un gran numero di foche, è importante un attento monitoraggio delle foche per ridurre al minimo le potenziali esposizioni.
Gli scambiatori raffreddati ad aria sono interessanti dal punto di vista economico e sono stati installati in un gran numero di applicazioni di processo e in varie posizioni all'interno delle unità di processo. Per risparmiare spazio, questi scambiatori sono spesso installati su tubazioni e spesso sovrapposti. Poiché la selezione del materiale del tubo è importante, nell'industria chimica viene utilizzata una varietà di materiali. Questi tubi sono collegati alla piastra tubiera. Ciò richiede l'uso di materiali compatibili. La perdita attraverso una fessura del tubo o in corrispondenza della piastra tubiera è un problema poiché il ventilatore farà circolare i vapori dalla perdita e la dispersione può causare potenziali esposizioni. La diluizione dell'aria può ridurre significativamente il potenziale rischio di esposizione. Tuttavia, i ventilatori vengono spesso spenti in determinate condizioni meteorologiche e in queste circostanze le concentrazioni di perdite possono aumentare aumentando così le potenziali esposizioni. Inoltre, se i tubi che perdono non vengono riparati, la fessura può peggiorare. Con liquidi tossici che non vaporizzano facilmente, possono verificarsi gocciolamenti e provocare una potenziale esposizione cutanea.
Gli scambiatori di calore a fascio tubiero possono sviluppare perdite attraverso una qualsiasi delle varie flange (Green, Maloney e Perry 1984). Poiché le dimensioni degli scambiatori di calore a fascio tubiero variano da superfici piccole a molto grandi, il diametro delle flange esterne è generalmente molto più grande delle tipiche flange dei tubi. Con queste flange di grandi dimensioni, le guarnizioni non solo devono resistere alle condizioni di processo, ma devono anche fornire una tenuta in caso di variazioni del carico dei bulloni. Vengono utilizzati vari design di guarnizioni. Mantenere costanti le sollecitazioni di carico dei bulloni su tutti i bulloni della flangia è difficile, con conseguenti perdite in molti scambiatori. La perdita della flangia può essere controllata con anelli di tenuta della flangia (Lipton e Lynch 1994).
Le perdite dal tubo possono verificarsi in qualsiasi tipo di scambiatore disponibile, ad eccezione degli scambiatori a piastre e di alcuni altri scambiatori speciali. Tuttavia, questi ultimi scambiatori presentano altri potenziali problemi. Dove i tubi perdono in un sistema di acqua di raffreddamento, l'acqua di raffreddamento scarica il contaminante in una torre di raffreddamento che può essere una fonte di esposizione sia per i lavoratori che per una comunità vicina. Di conseguenza, l'acqua di raffreddamento deve essere monitorata.
La dispersione dei vapori delle torri di raffreddamento può essere diffusa a causa dei ventilatori nelle torri di raffreddamento a tiraggio forzato e indotto. Inoltre, le torri a convezione naturale scaricano i vapori nell'atmosfera che poi si disperdono. Tuttavia, la dispersione varia considerevolmente in base sia alle condizioni meteorologiche che all'altezza della portata. Materiali tossici meno volatili rimangono nell'acqua di raffreddamento e nel flusso di spurgo della torre di raffreddamento, che dovrebbe avere una capacità di trattamento sufficiente per distruggere i contaminanti. La torre di raffreddamento e il bacino della torre devono essere puliti periodicamente e i contaminanti si aggiungono ai potenziali pericoli nel bacino e nel riempimento della torre. La protezione personale è necessaria per gran parte di questo lavoro.
Pulizia scambiatore
Un problema con i tubi nel servizio dell'acqua di raffreddamento è l'accumulo di materiale nei tubi derivante da corrosione, organismi biologici e deposizione di solidi. Come descritto sopra, i tubi possono anche perdere attraverso fessure, oppure possono verificarsi perdite dove i tubi vengono arrotolati in striature nella piastra tubiera. Quando si verifica una di queste condizioni, è necessaria la riparazione dello scambiatore e i fluidi di processo devono essere rimossi dallo scambiatore. Ciò richiede un'operazione completamente contenuta, necessaria per soddisfare gli obiettivi di esposizione ambientale, di sicurezza e salute.
Generalmente, il fluido di processo viene scaricato in un ricevitore e il materiale rimanente viene lavato fuori dallo scambiatore con un solvente o materiale inerte. Quest'ultimo materiale viene anch'esso inviato ad un ricevitore del materiale contaminato mediante drenaggio o pressatura con azoto. Se nello scambiatore era presente materiale tossico, lo scambiatore deve essere monitorato per rilevare eventuali tracce di materiale tossico. Se i risultati del test non sono soddisfacenti, lo scambiatore può essere vaporizzato per vaporizzare e rimuovere ogni traccia di materiale. Tuttavia, lo sfiato del vapore deve essere collegato a un sistema chiuso per impedire la fuoriuscita di vapore nell'atmosfera. Mentre lo sfiato chiuso potrebbe non essere assolutamente necessario, a volte potrebbe esserci più materiale contaminante nello scambiatore, richiedendo lo sfiato del vapore chiuso in ogni momento per controllare i potenziali pericoli. Dopo la cottura a vapore, uno sfiato nell'atmosfera immette aria. Questa procedura generale è applicabile al lato o ai lati dello scambiatore contenenti materiale tossico.
Le sostanze chimiche poi utilizzate per la pulizia dei tubi o del lato mantello devono essere fatte circolare in un sistema chiuso. Normalmente, la soluzione detergente viene fatta ricircolare da un sistema di camion cisterna e la soluzione contaminata nel sistema viene scaricata in un camion per lo smaltimento.
Pompe
Una delle funzioni di processo più importanti è il movimento dei liquidi e nell'industria chimica tutti i tipi di materiali liquidi vengono spostati con un'ampia varietà di pompe. Le pompe in scatola e magnetiche sono pompe centrifughe senza tenuta. I driver della pompa magnetica sono disponibili per l'installazione su altri tipi di pompa per evitare perdite. I tipi di pompe utilizzate nell'industria chimica di processo sono elencati nella tabella 7.
Tabella 7. Pompe nell'industria di processo chimica
Sigillatura
Dal punto di vista della salute e della sicurezza, la tenuta e la riparazione delle pompe centrifughe sono le principali preoccupazioni. Le tenute meccaniche, che costituiscono il sistema di tenuta dell'albero prevalente, possono perdere e talvolta sono esplose. Tuttavia, dagli anni '1970 sono stati compiuti importanti progressi nella tecnologia delle tenute, che hanno portato a significative riduzioni delle perdite ea una maggiore durata della pompa. Alcuni di questi miglioramenti sono le tenute a soffietto, le tenute a cartuccia, i design delle facce migliorati, i migliori materiali delle facce e miglioramenti nel monitoraggio delle variabili della pompa. Inoltre, la continua ricerca nella tecnologia delle tenute dovrebbe tradursi in ulteriori miglioramenti tecnologici.
Laddove i fluidi di processo sono altamente tossici, vengono spesso installate pompe magnetiche o in scatola senza perdite o senza tenuta. I periodi di servizio operativo o il tempo medio tra le manutenzioni (MTBM) sono notevolmente migliorati e generalmente variano tra tre e cinque anni. In queste pompe, il fluido di processo è il fluido lubrificante per i cuscinetti del rotore. La vaporizzazione del fluido interno influisce negativamente sui cuscinetti e spesso rende necessaria la sostituzione dei cuscinetti. Le condizioni del liquido nelle pompe possono essere mantenute assicurandosi che la pressione interna nel sistema di cuscinetti sia sempre maggiore della pressione del vapore liquido alla temperatura di esercizio. Quando si ripara una pompa senza tenuta, è importante drenare completamente un materiale a volatilità relativamente bassa e deve essere attentamente esaminato con il fornitore.
Nelle tipiche pompe di processo centrifughe, la baderna è stata essenzialmente sostituita con tenute meccaniche. Queste tenute sono generalmente classificate come tenute meccaniche singole o doppie, con quest'ultimo termine che copre le tenute meccaniche tandem o doppie. Esistono altre combinazioni a doppia tenuta, ma non sono così ampiamente utilizzate. In generale, vengono installate tenute meccaniche tandem o doppie con fluidi tampone liquidi tra le tenute per ridurre le perdite di tenuta. Gli standard di tenuta meccanica delle pompe per pompe centrifughe e rotative che coprono le specifiche e l'installazione della tenuta meccanica singola e doppia sono stati emessi dall'American Petroleum Institute (API 1994). È ora disponibile una guida all'applicazione della tenuta meccanica per aiutare nella valutazione dei tipi di tenuta (STLE 1994).
Per evitare perdite o fuoriuscite eccessive da una tenuta guasta, viene installata una piastra passacavi dopo la tenuta. Può avere un fluido di lavaggio della ghiandola per spostare la perdita in un sistema di drenaggio chiuso (API 1994). Poiché il sistema a premistoppa non è una tenuta completa, sono disponibili sistemi di tenuta ausiliari, come le boccole dell'acceleratore. Sono installati nel premistoppa che controlla perdite eccessive nell'atmosfera o perdite di tenuta (Lipton e Lynch 1994). Queste tenute non sono progettate per il funzionamento continuo; dopo l'attivazione funzioneranno per un massimo di due settimane prima del guasto, fornendo così il tempo necessario alle operazioni per cambiare pompa o apportare modifiche al processo.
È disponibile un nuovo sistema di tenuta meccanica che riduce sostanzialmente le emissioni a zero. Si tratta di un sistema a doppia tenuta meccanica con un sistema tampone a gas che sostituisce il tampone liquido nel sistema a doppia tenuta meccanica standard (Fone 1995; Netzel 1996; Adams, Dingman e Parker 1995). Nei sistemi tampone a liquido, le facce di tenuta sono separate da un film lubrificante estremamente sottile di fluido tampone che raffredda anche le facce di tenuta. Anche se leggermente separati, esiste una certa quantità di contatto della faccia che provoca l'usura della tenuta e il riscaldamento della faccia della tenuta. Le tenute a gas sono chiamate tenute senza contatto poiché una faccia della tenuta con dentellature curve pompa il gas attraverso le facce della tenuta e crea uno strato di gas o barriera che separa completamente le facce della tenuta. Questa mancanza di contatto si traduce in una durata molto lunga della guarnizione e riduce anche la perdita per attrito della guarnizione, riducendo così notevolmente il consumo di energia. Poiché la tenuta pompa il gas, il flusso nel processo e nell'atmosfera è molto ridotto.
Rischi per la salute
Una delle principali preoccupazioni con le pompe è lo scarico e il lavaggio per preparare la pompa per la manutenzione o la riparazione. Lo scarico e la rimozione riguardano sia il fluido di processo che i fluidi tampone. Le procedure dovrebbero richiedere lo scarico di tutti i fluidi in un sistema di drenaggio a connessione chiusa. Nel premistoppa della pompa, dove una boccola della gola separa la girante dal premistoppa, la boccola funge da sbarramento trattenendo del liquido nel premistoppa. I fori di scarico nella boccola o uno scarico nel premistoppa consentiranno la completa rimozione del liquido di processo attraverso lo scarico e il lavaggio. Per i fluidi tampone, dovrebbe esserci un metodo per drenare tutto il fluido dall'area della doppia tenuta. La manutenzione richiede la rimozione della tenuta e se il volume della tenuta non è completamente drenato e lavato, le tenute sono una potenziale fonte di esposizione durante la riparazione.
Polvere e polveri
La manipolazione di polveri e polveri nelle apparecchiature per il trattamento dei solidi è motivo di preoccupazione a causa del rischio di incendio o esplosione. Un'esplosione all'interno di un'apparecchiatura può sfondare una parete o un involucro a causa della pressione generata dall'esplosione che invia un'ondata combinata di pressione e fuoco nell'area di lavoro. I lavoratori possono essere a rischio e le apparecchiature adiacenti possono essere gravemente colpite con effetti drastici. Polveri o polveri sospese in aria o in un gas con presenza di ossigeno e in uno spazio ristretto sono suscettibili di esplosione quando è presente una fonte di ignizione con energia sufficiente. Alcuni tipici ambienti di apparecchiature esplosive sono mostrati nella tabella 8.
Tabella 8. Potenziali fonti di esplosione nelle apparecchiature
Apparecchiature di trasporto |
Archiviazione |
Condotti pneumatici |
Bins |
Trasportatori meccanici |
Tramogge |
Valvole rotative |
|
Apparecchiature di elaborazione |
|
Filtrare i collettori di polvere |
Grinders |
Essiccatori a letto fluido |
mulini a sfere |
Essiccatoi linea transfer |
Miscelazione in polvere |
Screening |
Cicloni |
Un'esplosione produce calore e una rapida espansione del gas (aumento della pressione) e generalmente si traduce in una deflagrazione, che è un fronte di fiamma che si muove rapidamente ma a una velocità inferiore alla velocità del suono per queste condizioni. Quando la velocità del fronte di fiamma è maggiore della velocità del suono o è a velocità supersonica si parla di detonazione, che è più distruttiva della deflagrazione. L'esplosione e l'espansione del fronte di fiamma si verificano in millisecondi e non forniscono tempo sufficiente per le risposte di processo standard. Di conseguenza, le potenziali caratteristiche di incendio ed esplosione della polvere devono essere definite per determinare i potenziali pericoli che possono esistere nelle varie fasi di lavorazione (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995). Queste informazioni possono quindi fornire una base per l'installazione di controlli e la prevenzione delle esplosioni.
Quantificazione del pericolo di esplosione
Poiché le esplosioni generalmente si verificano in apparecchiature chiuse, vengono condotti vari test in apparecchiature di laboratorio appositamente progettate. Sebbene le polveri possano sembrare simili, i risultati pubblicati non dovrebbero essere utilizzati poiché piccole differenze nelle polveri possono avere caratteristiche di esplosione molto diverse.
Una varietà di test condotti sulla polvere può definire il pericolo di esplosione e la serie di test dovrebbe comprendere quanto segue.
Il test di classificazione determina se una nuvola di polvere può innescare e propagare le fiamme (Ebadat 1994). Le polveri che hanno queste caratteristiche sono considerate polveri di classe A. Quelle polveri che non si accendono sono denominate Classe B. Le polveri di Classe A richiedono quindi un'ulteriore serie di test per valutarne il potenziale di esplosione e pericolo.
Il test dell'energia minima di accensione definisce l'energia minima della scintilla necessaria per l'accensione di una nuvola di polvere (Bartknecht 1989).
Nella gravità e analisi dell'esplosione, le polveri del gruppo A vengono quindi testate come una nuvola di polvere in una sfera in cui la pressione viene misurata durante un'esplosione di prova basata sull'energia minima di accensione. La pressione massima di esplosione è definita insieme al tasso di variazione della pressione per unità di tempo. Da queste informazioni si determina il valore caratteristico specifico dell'esplosione (Kst) in bar metri al secondo e si definisce la classe di esplosione (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996):
Kst(bar·m/s) Classe di esplosione della polvere Resistenza relativa
1-200 St 1 Un po' più debole
201-300 St 2 Forte
300+ St 3 Molto forte
Un gran numero di polveri è stato testato e la maggior parte era nella classe St 1 (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996).
Nella valutazione delle polveri non torbide, le polveri vengono testate per determinare procedure e condizioni operative sicure.
Prove di prevenzione delle esplosioni
I test di prevenzione delle esplosioni possono essere utili laddove non è possibile installare sistemi di soppressione delle esplosioni. Forniscono alcune informazioni sulle condizioni operative desiderabili (Ebadat 1994).
Il test minimo di ossigeno definisce il livello di ossigeno al di sotto del quale la polvere non si accende (Fone 1995). Il gas inerte nel processo impedirà l'accensione se il gas è accettabile.
La concentrazione minima di polvere viene determinata per stabilire il livello operativo al di sotto del quale non si verificherà l'accensione.
Prove di rischio elettrostatico
Molte esplosioni sono il risultato di accensioni elettrostatiche e vari test indicano i potenziali pericoli. Alcuni dei test riguardano l'energia minima di accensione, le caratteristiche di carica elettrica della polvere e la resistività di volume. Dai risultati del test, è possibile adottare alcune misure per prevenire le esplosioni. I passaggi includono l'aumento dell'umidità, la modifica dei materiali da costruzione, una corretta messa a terra, il controllo di alcuni aspetti della progettazione delle apparecchiature e la prevenzione delle scintille (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995).
Controllo dell'esplosione
Esistono fondamentalmente due metodi per impedire che esplosioni o fronti si propaghino da un luogo all'altro o che contengano un'esplosione all'interno di un'apparecchiatura. Questi due metodi sono soppressori chimici e valvole di isolamento (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995; Garzia e Senecal 1996). Sulla base dei dati sulla pressione di esplosione dei test di gravità dell'esplosione, sono disponibili sensori a risposta rapida che attivano un soppressore chimico e/o chiudono rapidamente le valvole barriera di isolamento. I soppressori sono disponibili in commercio, ma il design dell'iniettore soppressore è molto importante.
Sfiati di esplosione
Nelle apparecchiature in cui può verificarsi una potenziale esplosione, vengono spesso installati sfoghi di esplosione che si rompono a pressioni specifiche. Questi devono essere accuratamente progettati e deve essere definito il percorso di scarico dall'apparecchiatura per impedire la presenza di lavoratori in questa zona del percorso. Inoltre, per garantire la sicurezza delle apparecchiature, è necessario analizzare l'urto con le apparecchiature nel percorso dell'esplosione. Potrebbe essere necessaria una barriera.
Caricamento e scaricamento
Prodotti, prodotti intermedi e sottoprodotti vengono caricati su autocisterne e vagoni ferroviari. (In alcuni casi, a seconda dell'ubicazione delle strutture e dei requisiti di attracco, vengono utilizzate cisterne e chiatte.) L'ubicazione delle strutture di carico e scarico è importante. Mentre i materiali caricati e scaricati di solito sono liquidi e gas, anche i solidi vengono caricati e scaricati in posizioni preferite in base al tipo di solidi movimentati, al potenziale rischio di esplosione e al grado di difficoltà di trasferimento.
Portelli aperti
Quando si caricano autocisterne o vagoni ferroviari attraverso i portelli con apertura dall'alto, una considerazione molto importante è ridurre al minimo gli schizzi durante il riempimento del container. Se il tubo di riempimento si trova ben al di sopra del fondo del contenitore, il riempimento provoca schizzi e generazione di vapore o sviluppo misto di vapore liquido. Gli spruzzi e la generazione di vapore possono essere ridotti al minimo posizionando l'uscita del tubo di riempimento ben al di sotto del livello del liquido. Il tubo di riempimento è normalmente esteso attraverso il contenitore per una distanza minima al di sopra del fondo del contenitore. Poiché il riempimento con liquido sposta anche il vapore, i vapori tossici possono rappresentare un potenziale pericolo per la salute e presentare anche problemi di sicurezza. Di conseguenza, i vapori dovrebbero essere raccolti. Sono disponibili in commercio bracci di riempimento dotati di tubi di riempimento profondi e che si estendono attraverso uno speciale coperchio che chiude l'apertura del portello (Lipton e Lynch 1994). Inoltre, un tubo di raccolta dei vapori si estende per un breve tratto al di sotto dello speciale coperchio del portello. All'estremità a monte del braccio, l'uscita del vapore è collegata a un dispositivo di recupero (ad es. un assorbitore o un condensatore), oppure il vapore può essere restituito al serbatoio di stoccaggio come trasferimento di equilibrio del vapore (Lipton e Lynch 1994).
Nel sistema a portello aperto dell'autocisterna, il braccio viene sollevato per consentire lo scarico nell'autocisterna e parte del liquido nel braccio può essere pressurizzato con azoto mentre il braccio viene ritirato, ma i tubi di riempimento durante questa operazione devono rimanere all'interno del portello apertura. Quando il braccio di riempimento libera il portello, è necessario posizionare un secchio sopra l'uscita per raccogliere i gocciolamenti del braccio.
Automotrici
Molti vagoni ferroviari hanno portelli chiusi con gambe di riempimento profonde molto vicine al fondo del contenitore e un'uscita di raccolta del vapore separata. Attraverso un braccio che si estende fino al portello chiuso, il liquido viene caricato e il vapore raccolto in modo simile al metodo del braccio del portello aperto. Nei sistemi di caricamento dei vagoni ferroviari, dopo la chiusura della valvola all'ingresso del braccio, l'azoto viene iniettato nel lato contenitore dei bracci per soffiare il liquido rimanente nel braccio nel vagone prima che la valvola di riempimento sul vagone venga chiusa (Lipton e Lynch 1994) .
Autocisterne
Molti camion cisterna sono riempiti dal fondo per ridurre al minimo la generazione di vapore (Lipton e Lynch 1994). Le linee di riempimento possono essere tubi speciali o bracci manovrabili. Gli accoppiatori a secco sono posizionati sulle estremità del tubo o del braccio e sulle connessioni inferiori dell'autocisterna. Quando l'autocisterna è piena e la linea viene automaticamente bloccata, il braccio o il tubo flessibile viene scollegato in corrispondenza dell'attacco drybreak, che si chiude automaticamente non appena gli attacchi vengono separati. I giunti più recenti sono stati progettati per disconnettersi con perdite quasi nulle.
Nel caricamento dal basso, il vapore viene raccolto attraverso uno sfiato del vapore superiore e il vapore viene condotto attraverso una linea esterna che termina vicino al fondo del contenitore (Lipton e Lynch 1994). Ciò consente l'accesso del lavoratore alle connessioni di accoppiamento del vapore. Il vapore raccolto, che si trova ad una pressione leggermente superiore a quella atmosferica, deve essere raccolto ed inviato ad un dispositivo di recupero (Lipton e Lynch 1994). Questi dispositivi sono selezionati in base al costo iniziale, all'efficacia, alla manutenzione e all'operabilità. Generalmente il sistema di recupero è preferibile alla torcia, che distrugge i vapori recuperati.
Controllo caricamentol
Nei camion cisterna, i sensori di livello sono installati in modo permanente all'interno del cassone del camion per indicare quando è stato raggiunto il livello di riempimento e segnalare una valvola di blocco del telecomando che interrompe il flusso al camion. (Lipton e Lynch 1994). Potrebbe esserci più di un sensore nel camion cisterna come backup per garantire che il camion non sia troppo pieno. Il riempimento eccessivo può comportare seri problemi di sicurezza e di esposizione alla salute.
I vagoni ferroviari in servizio chimico dedicato possono avere sensori di livello montati internamente nel vagone. Per i vagoni non dedicati, un totalizzatore di flusso controlla la quantità di liquido inviato al vagone e chiude automaticamente la valvola di blocco del telecomando a un'impostazione predeterminata (Lipton e Lynch 1994). Entrambi i tipi di contenitore devono essere esaminati per determinare se il liquido rimane nel contenitore prima del riempimento. Molti vagoni ferroviari hanno indicatori di livello manuali che possono essere utilizzati per questo servizio. Tuttavia, quando il livello viene mostrato aprendo uno sfiato a bastoncino di piccolo livello nell'atmosfera, questa procedura deve essere eseguita solo in condizioni adeguatamente controllate e approvate a causa della tossicità di alcune delle sostanze chimiche caricate.
Scarico
Laddove le sostanze chimiche hanno una tensione di vapore molto elevata e il vagone o l'autocisterna ha una pressione relativamente elevata, la sostanza chimica viene scaricata sotto la propria tensione di vapore. Se la tensione di vapore scende a un livello tale da interferire con la procedura di scarico, è possibile iniettare azoto gassoso per mantenere una pressione soddisfacente. Anche il vapore proveniente da un serbatoio della stessa sostanza chimica può essere compresso e iniettato per aumentare la pressione.
Per sostanze chimiche tossiche che hanno una tensione di vapore relativamente bassa, come il benzene, il liquido viene scaricato sotto pressione di azoto, il che elimina il pompaggio e semplifica il sistema (Lipton e Lynch 1994). Le autocisterne e i vagoni ferroviari per questo servizio hanno pressioni di progetto in grado di gestire le pressioni e le variazioni incontrate. Tuttavia, pressioni inferiori dopo lo scarico di un container vengono mantenute fino a quando l'autocisterna o il vagone ferroviario non vengono riempiti; la pressione si ricostruisce durante il caricamento. L'azoto può essere aggiunto se non è stata raggiunta una pressione sufficiente durante il caricamento.
Uno dei problemi nelle operazioni di carico e scarico è il drenaggio e lo spurgo delle linee e delle attrezzature nelle strutture di carico/scarico. Sono necessari scarichi chiusi e scarichi a punto particolarmente basso con spurghi di azoto per rimuovere tutte le tracce delle sostanze chimiche tossiche. Questi materiali possono essere raccolti in un fusto e restituiti a una struttura di ricezione o recupero (Lipton e Lynch 1994).
Adattato dalla 3a edizione, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety
L'industria della plastica è suddivisa in due settori principali, la cui interrelazione può essere vista nella figura 1. Il primo settore comprende i fornitori di materie prime che producono polimeri e composti per stampaggio da intermedi che possono anche aver prodotto loro stessi. In termini di capitale investito questo è solitamente il maggiore dei due settori. Il secondo settore è costituito dai trasformatori che trasformano le materie prime in articoli vendibili attraverso vari processi come l'estrusione e lo stampaggio ad iniezione. Altri settori includono produttori di macchinari che forniscono attrezzature ai trasformatori e fornitori di additivi speciali per l'uso all'interno dell'industria.
Figura 1. Sequenza produttiva nella lavorazione delle materie plastiche
Produzione di polimeri
I materiali plastici rientrano sostanzialmente in due categorie distinte: materiali termoplastici, che possono essere ammorbiditi ripetutamente mediante l'applicazione di calore e materiali termoindurenti, che subiscono un cambiamento chimico quando riscaldati e modellati e non possono successivamente essere rimodellati dall'applicazione di calore. Diverse centinaia di singoli polimeri possono essere realizzati con proprietà molto diverse, ma solo 20 tipi costituiscono circa il 90% della produzione mondiale totale. I termoplastici sono il gruppo più numeroso e la loro produzione sta aumentando a un ritmo più elevato rispetto ai termoindurenti. In termini di quantità di produzione i termoplastici più importanti sono il polietilene ad alta e bassa densità e il polipropilene (le poliolefine), il cloruro di polivinile (PVC) e il polistirene.
Importanti resine termoindurenti sono il fenolo-formaldeide e l'urea-formaldeide, sia sotto forma di resine che di polveri per stampaggio. Rilevanti anche le resine epossidiche, i poliesteri insaturi ei poliuretani. Un volume minore di "tecnopolimeri", ad esempio poliacetali, poliammidi e policarbonati, ha un valore elevato se utilizzato in applicazioni critiche.
La notevole espansione dell'industria delle materie plastiche nel secondo dopoguerra fu grandemente facilitata dall'ampliamento della gamma delle materie prime di base che la alimentavano; la disponibilità e il prezzo delle materie prime sono cruciali per qualsiasi industria in rapido sviluppo. Le materie prime tradizionali non avrebbero potuto fornire intermedi chimici in quantità sufficienti a un costo accettabile per facilitare la produzione commerciale economica di materiali plastici di grandi tonnellaggi ed è stato lo sviluppo dell'industria petrolchimica a rendere possibile la crescita. Il petrolio come materia prima è abbondantemente disponibile, facilmente trasportabile e maneggiabile ed era, fino alla crisi petrolifera degli anni '1970, relativamente economico. Pertanto, in tutto il mondo, l'industria delle materie plastiche è principalmente legata all'utilizzo di intermedi ottenuti dal cracking del petrolio e dal gas naturale. Le materie prime non convenzionali come la biomassa e il carbone non hanno ancora avuto un impatto importante sull'approvvigionamento dell'industria della plastica.
Il diagramma di flusso in figura 2 illustra la versatilità delle materie prime di petrolio greggio e gas naturale come punti di partenza per gli importanti materiali termoindurenti e termoplastici. Dopo i primi processi di distillazione del petrolio greggio, la materia prima della nafta viene crackizzata o riformata per fornire utili intermedi. Così l'etilene prodotto dal processo di cracking è di uso immediato per la produzione di polietilene o per l'utilizzo in un altro processo che fornisce un monomero, il cloruro di vinile, la base del PVC. Il propilene, anch'esso prodotto durante il processo di cracking, viene utilizzato per via del cumene o per via dell'alcool isopropilico per la produzione dell'acetone necessario per il polimetilmetacrilato; è anche utilizzato nella produzione di ossido di propilene per resine poliestere e polietere e può essere nuovamente polimerizzato direttamente a polipropilene. I buteni trovano impiego nella produzione di plastificanti e l'1,3-butadiene viene utilizzato direttamente per la produzione di gomma sintetica. Gli idrocarburi aromatici come il benzene, il toluene e lo xilene sono ora ampiamente prodotti dai derivati delle operazioni di distillazione del petrolio, invece di essere ottenuti dai processi di coking del carbone; come mostra il diagramma di flusso, si tratta di intermedi nella fabbricazione di importanti materie plastiche e di prodotti ausiliari come i plastificanti. Gli idrocarburi aromatici sono anche un punto di partenza per molti polimeri richiesti nell'industria delle fibre sintetiche, alcuni dei quali sono discussi altrove in questo Enciclopedia.
Figura 2. Produzione di materie prime in plastica
Molti processi molto diversi contribuiscono alla produzione finale di un articolo finito realizzato interamente o parzialmente in plastica. Alcuni processi sono puramente chimici, altri implicano procedure di miscelazione puramente meccaniche, mentre altri, in particolare quelli verso l'estremità inferiore del diagramma, comportano un uso estensivo di macchinari specializzati. Alcuni di questi macchinari assomigliano a quelli utilizzati nelle industrie della gomma, del vetro, della carta e del tessile; il resto è specifico per l'industria della plastica.
Lavorazione delle materie plastiche
L'industria della lavorazione delle materie plastiche converte il materiale polimerico sfuso in articoli finiti.
Materie prime
La sezione di trasformazione dell'industria della plastica riceve le sue materie prime per la produzione nelle seguenti forme:
Ad aggravare
La produzione di composti da polimero comporta la miscelazione del polimero con additivi. Sebbene a tale scopo venga impiegata una grande varietà di macchinari, dove si trattano polveri, i mulini a sfere o i miscelatori ad elica ad alta velocità sono i più comuni e dove si mescolano masse plastiche, impastatrici come i rulli aperti o i miscelatori di tipo Banbury , o gli estrusori stessi sono normalmente impiegati.
Gli additivi richiesti dall'industria sono numerosi e variano ampiamente nel tipo chimico. Di circa 20 classi, le più importanti sono:
Processi di conversione
Tutti i processi di trasformazione richiamano il fenomeno “plastico” dei materiali polimerici e si dividono in due tipologie. In primo luogo, quelli in cui il polimero viene portato dal calore ad uno stato plastico in cui gli viene data una costrizione meccanica che porta ad una forma che mantiene per consolidamento e raffreddamento. In secondo luogo, quelli in cui un materiale polimerizzabile - che può essere parzialmente polimerizzato - è completamente polimerizzato dall'azione del calore, o di un catalizzatore o da entrambi che agiscono insieme mentre è sottoposto a un vincolo meccanico che porta a una forma che mantiene quando completamente polimerizzato e freddo . La tecnologia delle materie plastiche si è sviluppata per sfruttare queste proprietà per produrre beni con il minimo sforzo umano e la massima coerenza nelle proprietà fisiche. I seguenti processi sono comunemente usati.
Stampaggio a compressione
Consiste nel riscaldare un materiale plastico, che può essere sotto forma di granuli o polvere, in uno stampo che viene tenuto in una pressa. Quando il materiale diventa “plastico” la pressione lo costringe a conformarsi alla forma dello stampo. Se la plastica è del tipo che indurisce per riscaldamento, l'articolo formato viene rimosso dopo un breve periodo di riscaldamento aprendo la pressa. Se la plastica non si indurisce al riscaldamento, è necessario effettuare il raffreddamento prima di poter aprire la pressa. Gli articoli realizzati mediante stampaggio a compressione comprendono tappi di bottiglia, chiusure di barattoli, spine e prese elettriche, copriwater, vassoi e oggettistica. Lo stampaggio a compressione viene impiegato anche per realizzare lastre per la successiva formatura nel processo di formatura sottovuoto o per la costruzione di serbatoi e grandi contenitori mediante saldatura o rivestimento di serbatoi metallici esistenti.
Stampaggio a trasferimento
Questa è una modifica dello stampaggio a compressione. Il materiale termoindurente viene riscaldato in un'intercapedine e poi forzato da un pistone nello stampo, che è fisicamente separato e riscaldato indipendentemente dall'intercapedine di riscaldamento. Viene preferito al normale stampaggio a compressione quando l'articolo finale deve portare inserti metallici delicati come nei piccoli quadri elettrici, o quando, come in oggetti molto spessi, non si potrebbe ottenere il completamento della reazione chimica mediante il normale stampaggio a compressione.
Stampaggio ad iniezione
In questo processo, i granuli o le polveri di plastica vengono riscaldati in un cilindro (noto come cilindro), separato dallo stampo. Il materiale viene riscaldato fino a diventare fluido, mentre viene convogliato attraverso il cilindro da una vite elicoidale e quindi forzato nello stampo dove si raffredda e si indurisce. Lo stampo viene quindi aperto meccanicamente e gli articoli formati vengono rimossi (vedi figura 3). Questo processo è uno dei più importanti nell'industria della plastica. È stato ampiamente sviluppato ed è diventato in grado di realizzare articoli di notevole complessità a costi molto contenuti.
Figura 3. Un operatore rimuove una tazza in polipropilene da una macchina per lo stampaggio a iniezione.
Sebbene il trasferimento e lo stampaggio a iniezione siano identici in linea di principio, i macchinari utilizzati sono molto diversi. Lo stampaggio a trasferimento è normalmente limitato ai materiali termoindurenti e lo stampaggio a iniezione ai termoplastici.
Estrusione
Questo è il processo in cui una macchina ammorbidisce una plastica e la forza attraverso uno stampo che le conferisce la forma che mantiene al raffreddamento. I prodotti dell'estrusione sono tubi o barre che possono avere sezioni trasversali di quasi tutte le configurazioni (vedi figura 4). I tubi per uso industriale o domestico vengono prodotti in questo modo, ma altri articoli possono essere realizzati con processi sussidiari. Ad esempio, le bustine possono essere realizzate tagliando tubi e sigillando entrambe le estremità e le buste da tubi flessibili a parete sottile tagliando e sigillando un'estremità.
Il processo di estrusione ha due tipi principali. In uno viene prodotto un foglio piatto. Questo foglio può essere convertito in beni utili mediante altri processi, come la termoformatura.
Figura 4. Estrusione della plastica: il nastro viene tagliato per produrre pellet per macchine per lo stampaggio a iniezione.
Ray woodcock
Il secondo è un processo in cui il tubo estruso viene formato e quando è ancora caldo viene fortemente espanso da una pressione d'aria mantenuta all'interno del tubo. Ciò si traduce in un tubo che può avere un diametro di diversi piedi con una parete molto sottile. Al taglio, questo tubo dà una pellicola ampiamente utilizzata nell'industria dell'imballaggio per il confezionamento. In alternativa, il tubo può essere piegato in modo piatto per ottenere un foglio a due strati che può essere utilizzato per realizzare semplici sacchetti tagliando e sigillando. La Figura 5 fornisce un esempio di ventilazione locale appropriata in un processo di estrusione.
Figura 5. Estrusione di plastica con cappa di aspirazione locale e bagno d'acqua alla testa dell'estrusore
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calandratura
In questo processo, una plastica viene alimentata a due o più rulli riscaldati e forzata in un foglio passando attraverso un punto di contatto tra due di tali rulli e successivamente raffreddata. Il foglio più spesso del film è realizzato in questo modo. Il foglio così realizzato viene impiegato in applicazioni industriali e domestiche e come materia prima nella fabbricazione di abbigliamento e articoli gonfiati come i giocattoli (vedi figura 6).
Figura 6. Cappe a tettoia per catturare le emissioni calde dai mulini di riscaldamento su un processo di calandratura
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Soffiatura
Questo processo può essere considerato come una combinazione del processo di estrusione e termoformatura. Un tubo viene estruso verso il basso in uno stampo aperto; quando raggiunge il fondo, lo stampo viene chiuso attorno ad esso e il tubo viene espanso dalla pressione dell'aria. Così la plastica viene forzata ai lati dello stampo e la parte superiore e inferiore sigillate. Al raffreddamento, l'articolo viene prelevato dallo stampo. Questo processo produce articoli cavi di cui le bottiglie sono le più importanti.
La compressione e la resistenza all'urto di alcuni prodotti in plastica realizzati mediante soffiaggio possono essere notevolmente migliorate utilizzando tecniche di stiro-soffiaggio. Ciò si ottiene producendo una preforma che viene successivamente espansa dalla pressione dell'aria e stirata biassialmente. Ciò ha portato a un tale miglioramento della resistenza alla pressione di scoppio delle bottiglie in PVC che vengono utilizzate per bevande gassate.
Stampaggio rotazionale
Questo processo viene utilizzato per la produzione di articoli stampati riscaldando e raffreddando una forma cava che viene fatta ruotare per consentire alla gravità di distribuire polvere o liquido finemente suddiviso sulla superficie interna di quella forma. Gli articoli prodotti con questo metodo includono palloni da calcio, bambole e altri articoli simili.
Colata cinematografica
Oltre al processo di estrusione, i film possono essere formati estrudendo un polimero caldo su un tamburo di metallo lucidato a specchio, oppure una soluzione di polimero può essere spruzzata su un nastro in movimento.
Un'importante applicazione di alcune materie plastiche è il rivestimento della carta. In questo, un film di plastica fusa viene estruso su carta in condizioni in cui la plastica aderisce alla carta. Il cartone può essere rivestito allo stesso modo. La carta e il cartone così rivestiti sono ampiamente utilizzati negli imballaggi e il cartone di questo tipo viene utilizzato nella fabbricazione di scatole.
Termoformatura
Sotto questa voce sono raggruppate una serie di lavorazioni in cui una lastra di materiale plastico, il più delle volte termoplastico, viene riscaldata, generalmente in un forno, e dopo il fissaggio perimetrale viene forzata ad una forma prestabilita mediante pressione che può essere da pistoni ad azionamento meccanico o ad aria compressa o vapore. Per articoli molto grandi il foglio caldo “gommoso” viene movimentato con pinze sopra formatori. I prodotti così fabbricati includono apparecchi di illuminazione esterna, segnaletica stradale pubblicitaria e direzionale, bagni e altri articoli per toilette e lenti a contatto.
Formatura sottovuoto
Ci sono molti processi che rientrano in questa categoria generale, tutti aspetti della formatura termica, ma hanno tutti in comune il fatto che un foglio di plastica viene riscaldato in una macchina sopra una cavità, attorno al bordo della quale viene bloccato, e quando flessibile viene forzato per aspirazione nella cavità, dove assume una forma specifica e si raffredda. In una successiva operazione, l'articolo viene rifilato dal foglio. Questi processi producono contenitori a parete sottile molto economici di tutti i tipi, nonché articoli espositivi e pubblicitari, vassoi e articoli simili e materiali ammortizzanti per l'imballaggio di prodotti come torte fantasia, frutti di bosco e carne tagliata.
laminazione
In tutti i vari processi di laminazione, due o più materiali sotto forma di fogli vengono compressi per dare un foglio o pannello consolidato di proprietà speciali. Ad un estremo si trovano i laminati decorativi realizzati con resine fenoliche e amminiche, all'altro film complessi utilizzati negli imballaggi aventi, ad esempio, cellulosa, polietilene e lamina metallica nella loro costituzione.
Processi di tecnologia della resina
Questi includono la produzione di compensato, la fabbricazione di mobili e la costruzione di articoli grandi ed elaborati come carrozzerie di automobili e scafi di barche in fibra di vetro impregnata di poliestere o resine epossidiche. In tutti questi processi, una resina liquida viene fatta consolidare sotto l'azione del calore o di un catalizzatore e quindi legare insieme particelle discrete o fibre o pellicole o fogli meccanicamente deboli, ottenendo un pannello robusto di costruzione rigida. Queste resine possono essere applicate con tecniche di stratificazione manuale come pennello e immersione o a spruzzo.
Piccoli oggetti come souvenir e gioielli in plastica possono essere realizzati anche per fusione, dove la resina liquida e il catalizzatore vengono mescolati insieme e versati in uno stampo.
Processi di finitura
Inclusi in questa voce sono una serie di processi comuni a molte industrie, ad esempio l'uso di vernici e adesivi. Esistono, tuttavia, numerose tecniche specifiche utilizzate per la saldatura delle materie plastiche. Questi includono l'uso di solventi come idrocarburi clorurati, metiletilchetone (MEK) e toluene, che vengono utilizzati per incollare insieme fogli di plastica rigida per la fabbricazione generale, espositori pubblicitari e lavori simili. La radiazione a radiofrequenza (RF) utilizza una combinazione di pressione meccanica e radiazione elettromagnetica con frequenze generalmente comprese tra 10 e 100 mHz. Questo metodo è comunemente utilizzato per saldare insieme materiale plastico flessibile nella produzione di portafogli, valigette e passeggini per bambini (vedere il riquadro allegato). Le energie ultrasoniche vengono utilizzate anche in combinazione con la pressione meccanica per una gamma di lavoro simile.
Riscaldatori e sigillatori dielettrici RF
I riscaldatori e i sigillanti a radiofrequenza (RF) sono utilizzati in molte industrie per riscaldare, fondere o polimerizzare materiali dielettrici, come plastica, gomma e colla che sono isolanti elettrici e termici e difficili da riscaldare con metodi normali. I riscaldatori RF sono comunemente usati per sigillare cloruro di polivinile (ad esempio, produzione di prodotti in plastica come impermeabili, coprisedili e materiali da imballaggio); indurimento di colle utilizzate nella lavorazione del legno; goffratura e asciugatura di tessuti, carta, pelle e plastica; e polimerizzazione di molti materiali contenenti resine plastiche.
I riscaldatori RF utilizzano la radiazione RF nell'intervallo di frequenza da 10 a 100 MHz con una potenza di uscita da meno di 1kW a circa 100kW per produrre calore. Il materiale da riscaldare viene posto tra due elettrodi sotto pressione, e la potenza RF viene applicata per periodi che vanno da pochi secondi a circa un minuto, a seconda dell'utilizzo. I riscaldatori RF possono produrre campi elettrici e magnetici RF ad alta dispersione nell'ambiente circostante, soprattutto se gli elettrodi non sono schermati.
L'assorbimento dell'energia RF da parte del corpo umano può causare un riscaldamento localizzato e dell'intero corpo, che può avere effetti negativi sulla salute. La temperatura corporea può aumentare di 1 °C o più, il che può causare effetti cardiovascolari come aumento della frequenza cardiaca e della gittata cardiaca. Gli effetti localizzati includono cataratta oculare, conta spermatica ridotta nel sistema riproduttivo maschile ed effetti teratogeni nel feto in via di sviluppo.
I rischi indiretti includono ustioni da radiofrequenza da contatto diretto con parti metalliche del riscaldatore che sono dolorose, profonde e lente a guarire; intorpidimento della mano; ed effetti neurologici, tra cui la sindrome del tunnel carpale e gli effetti sul sistema nervoso periferico.
Controls
I due tipi fondamentali di controlli che possono essere utilizzati per ridurre i rischi derivanti dai riscaldatori RF sono le pratiche di lavoro e la schermatura. La schermatura, ovviamente, è preferibile, ma anche adeguate procedure di manutenzione e altre pratiche lavorative possono ridurre l'esposizione. È stato utilizzato anche un controllo amministrativo per limitare la quantità di tempo in cui l'operatore è esposto.
Le corrette procedure di manutenzione o riparazione sono importanti perché la mancata reinstallazione corretta della schermatura, degli interblocchi, dei pannelli dell'armadio e dei dispositivi di fissaggio può provocare un'eccessiva dispersione RF. Inoltre, l'alimentazione elettrica al riscaldatore deve essere scollegata e bloccata o contrassegnata per proteggere il personale addetto alla manutenzione.
I livelli di esposizione dell'operatore possono essere ridotti mantenendo le mani e la parte superiore del corpo dell'operatore il più lontano possibile dal riscaldatore RF. I pannelli di controllo dell'operatore per alcuni riscaldatori automatizzati sono posizionati a distanza dagli elettrodi del riscaldatore utilizzando vassoi navetta, tavoli girevoli o nastri trasportatori per alimentare il riscaldatore.
L'esposizione del personale operativo e non operativo può essere ridotta misurando i livelli RF. Poiché i livelli RF diminuiscono con l'aumentare della distanza dal riscaldatore, attorno a ciascun riscaldatore è possibile identificare un'"area di rischio RF". I lavoratori possono essere avvisati di non occupare queste aree pericolose quando il riscaldatore RF è in funzione. Ove possibile, devono essere utilizzate barriere fisiche non conduttive per mantenere le persone a distanza di sicurezza.
Idealmente, i riscaldatori RF dovrebbero avere uno schermo a scatola attorno all'applicatore RF per contenere la radiazione RF. Lo schermo e tutti i giunti devono avere un'elevata conduttività per le correnti elettriche interne che scorreranno nelle pareti. Dovrebbero esserci meno aperture possibili nello scudo e dovrebbero essere piccole quanto è pratico per il funzionamento. Le aperture devono essere dirette lontano dall'operatore. Le correnti nella schermatura possono essere ridotte al minimo avendo conduttori separati all'interno dell'armadio per condurre correnti elevate. Il riscaldatore deve essere adeguatamente messo a terra, con il filo di terra nello stesso tubo della linea elettrica. Il riscaldatore deve disporre di interblocchi adeguati per evitare l'esposizione ad alte tensioni ed elevate emissioni RF.
È molto più semplice incorporare questa schermatura nei nuovi progetti di riscaldatori RF da parte del produttore. Il retrofit è più difficile. Gli involucri delle scatole possono essere efficaci. Anche una corretta messa a terra può spesso essere efficace nel ridurre le emissioni RF. Le misurazioni RF devono essere effettuate con attenzione in seguito per garantire che le emissioni RF siano state effettivamente ridotte. La pratica di racchiudere il riscaldatore in una stanza rivestita di schermo metallico può effettivamente aumentare l'esposizione se anche l'operatore si trova in quella stanza, sebbene riduca le esposizioni all'esterno della stanza.
Fonte: ICNIRP in corso di stampa.
Pericoli e loro prevenzione
Produzione di polimeri
I rischi particolari dell'industria dei polimeri sono strettamente correlati a quelli dell'industria petrolchimica e dipendono in larga misura dalle sostanze utilizzate. I rischi per la salute delle singole materie prime si trovano altrove in questo Enciclopedia. Il pericolo di incendio ed esplosione è un pericolo generale importante. Molti processi di polimero/resina presentano un rischio di incendio ed esplosione a causa della natura delle materie prime primarie utilizzate. Se non vengono prese adeguate misure di sicurezza, a volte c'è il rischio durante la reazione, generalmente all'interno di edifici parzialmente chiusi, di gas o liquidi infiammabili che fuoriescono a temperature superiori al loro punto di infiammabilità. Se le pressioni coinvolte sono molto elevate, si dovrebbe prevedere un adeguato sfiato nell'atmosfera. Potrebbe verificarsi un eccessivo accumulo di pressione dovuto a reazioni esotermiche inaspettatamente rapide e la manipolazione di alcuni additivi e la preparazione di alcuni catalizzatori potrebbe aumentare il rischio di esplosione o incendio. L'industria ha affrontato questi problemi e in particolare per quanto riguarda la produzione di resine fenoliche ha prodotto note guida dettagliate sull'ingegneria della progettazione degli impianti e sulle procedure operative sicure.
Lavorazione delle materie plastiche
L'industria della lavorazione della plastica presenta rischi di lesioni a causa dei macchinari utilizzati, rischi di incendio a causa della combustibilità delle materie plastiche e delle loro polveri e rischi per la salute a causa delle numerose sostanze chimiche utilizzate nell'industria.
Infortuni
L'area principale per gli infortuni è nel settore della lavorazione della plastica dell'industria della plastica. La maggior parte dei processi di trasformazione delle materie plastiche dipende quasi interamente dall'utilizzo di macchinari. Di conseguenza i pericoli principali sono quelli associati all'uso di tali macchinari, non solo durante il normale funzionamento ma anche durante la pulizia, l'impostazione e la manutenzione delle macchine.
Le presse a compressione, transfer, iniezione e soffiaggio sono tutte dotate di piastre di pressatura con una forza di bloccaggio di molte tonnellate per centimetro quadrato. Devono essere montate protezioni adeguate per evitare amputazioni o lesioni da schiacciamento. Ciò si ottiene generalmente racchiudendo le parti pericolose e interbloccando eventuali ripari mobili con i comandi della macchina. Una protezione interbloccata non dovrebbe consentire movimenti pericolosi all'interno dell'area protetta con la protezione aperta e dovrebbe arrestare le parti pericolose o invertire il movimento pericoloso se la protezione viene aperta durante il funzionamento della macchina.
Laddove esiste un grave rischio di lesioni ai macchinari, come i piani delle macchine per lo stampaggio, e l'accesso regolare all'area di pericolo, è necessario uno standard di interblocco più elevato. Ciò può essere ottenuto mediante una seconda disposizione di interblocco indipendente sulla protezione per interrompere l'alimentazione e impedire un movimento pericoloso quando è aperta.
Per i processi che coinvolgono fogli di plastica, un rischio comune riscontrato dai macchinari è rappresentato dalle trappole in corsa tra i rulli o tra i rulli e il foglio in lavorazione. Questi si verificano sui rulli tenditori e sui dispositivi di traino negli impianti di estrusione e nelle calandre. La messa in sicurezza può essere ottenuta mediante l'utilizzo di un dispositivo di scatto, opportunamente posizionato, che porti immediatamente a fermo i rulli o inverta il moto pericoloso.
Molte delle macchine per la lavorazione della plastica funzionano a temperature elevate e si possono verificare gravi ustioni se parti del corpo entrano in contatto con metallo o plastica calda. Ove possibile, tali parti dovrebbero essere protette quando la temperatura supera i 50 ºC. Inoltre, i blocchi che si verificano sulle presse ad iniezione e sugli estrusori possono liberarsi violentemente. Quando si tenta di liberare tappi di plastica congelati, è necessario seguire un sistema di lavoro sicuro, che dovrebbe includere l'uso di guanti adeguati e protezione per il viso.
La maggior parte delle moderne funzioni delle macchine sono ora controllate da un controllo elettronico programmato o da sistemi informatici che possono anche controllare dispositivi di decollo meccanico o sono collegati a robot. Sulle nuove macchine c'è meno necessità che un operatore si avvicini alle aree pericolose e ne consegue che la sicurezza delle macchine dovrebbe migliorare di conseguenza. C'è, tuttavia, una maggiore necessità che setter e ingegneri si avvicinino a queste parti. È quindi essenziale che venga istituito un adeguato programma di lockout/tagout prima di eseguire questo tipo di lavoro, in particolare laddove non sia possibile ottenere una protezione completa da parte dei dispositivi di sicurezza della macchina. Inoltre, dovrebbero essere progettati e concepiti adeguati sistemi di backup o di emergenza per far fronte a situazioni in cui il controllo programmato fallisce per qualsiasi motivo, ad esempio durante l'interruzione dell'alimentazione.
È importante che le macchine siano adeguatamente disposte in officina con buoni spazi di lavoro liberi per ciascuna. Questo aiuta a mantenere elevati standard di pulizia e ordine. Anche le macchine stesse dovrebbero essere manutenute correttamente e i dispositivi di sicurezza dovrebbero essere controllati regolarmente.
Una buona pulizia è essenziale e si dovrebbe prestare particolare attenzione a mantenere puliti i pavimenti. Senza la pulizia ordinaria, i pavimenti saranno gravemente contaminati dall'olio della macchina o dai granuli di plastica versati. Dovrebbero essere presi in considerazione e forniti anche metodi di lavoro, inclusi mezzi di accesso sicuri alle aree al di sopra del livello del pavimento.
Dovrebbe essere previsto un adeguato distanziamento anche per lo stoccaggio delle materie prime e dei prodotti finiti; queste aree dovrebbero essere chiaramente designate.
Le materie plastiche sono buoni isolanti elettrici e, per questo motivo, le cariche statiche possono accumularsi sui macchinari su cui viaggiano fogli o pellicole. Queste cariche possono avere un potenziale sufficientemente elevato da causare un grave incidente o fungere da fonti di accensione. Per ridurre queste cariche devono essere utilizzati eliminatori statici e parti metalliche opportunamente messe a terra o messe a terra.
Sempre più spesso, il materiale plastico di scarto viene rielaborato utilizzando granulatori e miscelato con nuovo stock. I granulatori devono essere completamente chiusi per impedire qualsiasi possibilità di raggiungere i rotori attraverso le aperture di scarico e alimentazione. Il design delle aperture di alimentazione su macchine di grandi dimensioni dovrebbe essere tale da impedire l'ingresso di tutto il corpo. I rotori funzionano ad alta velocità e le coperture non devono essere rimosse finché non si sono arrestate. Se sono montate protezioni ad incastro, dovrebbero impedire il contatto con le lame fino a quando non si sono completamente arrestate.
Rischi di incendio ed esplosione
Le materie plastiche sono materiali combustibili, sebbene non tutti i polimeri supportino la combustione. In forma di polvere finemente suddivisa, molti possono formare concentrazioni esplosive nell'aria. Laddove questo rappresenta un rischio, le polveri devono essere controllate, preferibilmente in un sistema chiuso, con sufficienti pannelli di sfogo che sfoghino a bassa pressione (circa 0.05 bar) in un luogo sicuro. Una scrupolosa pulizia è indispensabile per evitare accumuli nei locali di lavoro che possano disperdersi nell'aria e provocare una seconda esplosione.
I polimeri possono essere soggetti a degradazione termica e pirolisi a temperature non molto superiori alle normali temperature di lavorazione. In queste circostanze, pressioni sufficienti possono accumularsi nel cilindro di un estrusore, ad esempio, per espellere plastica fusa e qualsiasi tappo solido di plastica causando un blocco iniziale.
I liquidi infiammabili sono comunemente usati in questo settore, ad esempio come vernici, adesivi, detergenti e nella saldatura a solvente. Anche le resine in fibra di vetro (poliestere) sviluppano vapori di stirene infiammabili. Le scorte di tali liquidi dovrebbero essere ridotte al minimo nel laboratorio e conservate in un luogo sicuro quando non vengono utilizzate. Le aree di stoccaggio dovrebbero includere luoghi sicuri all'aria aperta o un deposito resistente al fuoco.
I perossidi utilizzati nella produzione di resine in vetroresina (GRP) devono essere stoccati separatamente da liquidi infiammabili e altri materiali combustibili e non sottoposti a temperature estreme poiché sono esplosivi se riscaldati.
Rischi per la salute
Esistono numerosi potenziali rischi per la salute associati alla lavorazione della plastica. Le materie plastiche grezze sono raramente utilizzate da sole e dovrebbero essere prese opportune precauzioni per quanto riguarda gli additivi utilizzati nelle varie formulazioni. Gli additivi utilizzati includono saponi di piombo in PVC e alcuni coloranti organici e al cadmio.
Esiste un rischio significativo di dermatite da liquidi e polveri solitamente da "sostanze chimiche reattive" come resine fenoliche formaldeide (prima della reticolazione), uretani e resine poliestere insature utilizzate nella produzione di prodotti in vetroresina. Indossare indumenti protettivi adeguati.
È possibile che si generino fumi dalla degradazione termica dei polimeri durante la lavorazione a caldo. I controlli tecnici possono ridurre al minimo il problema. Particolare attenzione, tuttavia, deve essere prestata per evitare l'inalazione di prodotti di pirolisi in condizioni avverse, ad esempio durante lo spurgo del cilindro dell'estrusore. Potrebbero essere necessarie condizioni di buon LEV. Si sono verificati problemi, ad esempio, quando gli operatori sono stati sopraffatti dal gas di acido cloridrico e hanno sofferto di "febbre da fumi di polimero" a seguito del surriscaldamento rispettivamente di PVC e politetrafluoretilene (PTFE). La scatola allegata descrive in dettaglio alcuni prodotti di decomposizione chimica della plastica.
Tabella 1. Prodotti volatili della decomposizione della plastica (componenti di riferimento)*
*Ristampato da BIA 1997, con permesso.
In molti settori industriali, le materie plastiche sono soggette a stress termico. Le temperature vanno da valori relativamente bassi nella lavorazione delle materie plastiche (ad es. da 150 a 250 ºC) a casi estremi, ad es. quando si saldano lamiere verniciate o tubi rivestiti in plastica). La domanda che si pone costantemente in questi casi è se nelle aree di lavoro si verificano concentrazioni tossiche di prodotti volatili di pirolisi.
Per rispondere a questa domanda, occorre prima determinare le sostanze rilasciate e quindi misurare le concentrazioni. Mentre la seconda fase è in linea di principio fattibile, di solito non è possibile determinare i prodotti di pirolisi pertinenti sul campo. Il Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA) ha quindi esaminato questo problema per anni e nel corso di numerosi test di laboratorio ha determinato prodotti di decomposizione volatili per la plastica. I risultati dei test per i singoli tipi di plastica sono stati pubblicati (Lichtenstein e Quellmalz 1984, 1986a, 1986b, 1986c).
Di seguito è riportato un breve riepilogo dei risultati fino ad oggi. Questa tabella è intesa come un aiuto per tutti coloro che devono misurare le concentrazioni di sostanze pericolose nelle aree di lavoro pertinenti. I prodotti di decomposizione elencati per le singole materie plastiche possono servire come "componenti di riferimento". Va ricordato, tuttavia, che la pirolisi può dare origine a miscele di sostanze molto complesse, la cui composizione dipende da molti fattori.
La tabella quindi non pretende di essere completa per quanto riguarda i prodotti di pirolisi elencati come componenti di riferimento (tutti determinati in esperimenti di laboratorio). Non si può escludere la presenza di altre sostanze con potenziali rischi per la salute. È praticamente impossibile registrare completamente tutte le sostanze presenti.
Plastica |
Abbreviazione |
Sostanze volatili |
poliossimetilene |
POM |
Formaldehyde |
Resine epossidiche a base di |
Fenolo |
|
Gomma cloroprene |
CR |
Cloroprene (2-clorobuta-1,3-diene), |
Polistirolo |
PS |
Styrene |
Acrilonitrile-butadiene-stirene- |
ABS |
Stirene, 1,3-butadiene, acrilonitrile |
Copolimero stirene-acrilonitrile |
SAN |
Acrilonitrile, stirene |
Policarbonati |
PC |
Fenolo |
Cloruro di polivinile |
PVC |
Acido cloridrico, plastificanti |
Poliammide 6 |
AP 6 |
e-caprolattame |
Poliammide 66 |
AP 66 |
Ciclopentanone, |
Polietilene |
PEHD, PELD |
idrocarburi alifatici insaturi, |
politetrafluoroetilene |
PTFE |
Insaturi perfluorurati |
Polimetilmetacrilato |
PMMA |
Metacrilato di metile |
poliuretano |
PUR |
A seconda del tipo, ampiamente variabile |
polipropilene |
PP |
Alifatici insaturi e saturi |
Polibutile entereftalato |
PBT |
1,3-butadiene, benzene |
Poliacrilonitrile |
PAN |
Acrilonitrile, acido cianidrico2 |
Acetato di cellulosa |
CA |
Acido acetico |
Norbert Liechtenstein
1 L'uso è interrotto.
2 Non è stato possibile rilevarlo con la tecnica analitica utilizzata (GC/MS) ma è noto dalla letteratura.
Esiste anche il pericolo di inalazione di vapori tossici da alcune resine termoindurenti. L'inalazione di isocianati usati con resine poliuretaniche può portare a polmonite chimica e asma grave e, una volta sensibilizzate, le persone dovrebbero essere trasferite a un lavoro alternativo. Un problema simile esiste con le resine di formaldeide. In entrambi questi esempi è necessario uno standard elevato di LEV. Nella fabbricazione di articoli in vetroresina si sprigionano notevoli quantità di vapori di stirene e questo lavoro deve essere svolto in condizioni di buona ventilazione generale del locale di lavoro.
Ci sono anche alcuni rischi che sono comuni a un certo numero di industrie. Questi includono l'uso di solventi per la diluizione o per gli scopi menzionati in precedenza. Gli idrocarburi clorurati sono comunemente usati per la pulizia e l'incollaggio e senza un'adeguata ventilazione di scarico le persone possono soffrire di narcosi.
Lo smaltimento dei rifiuti di plastica mediante combustione deve essere effettuato in condizioni attentamente controllate; ad esempio, PTFE e uretani dovrebbero trovarsi in un'area in cui i fumi vengono scaricati in un luogo sicuro.
Durante l'uso dei granulatori si ottengono generalmente livelli di rumore molto elevati, che possono portare alla perdita dell'udito degli operatori e delle persone che lavorano nelle vicinanze. Questo pericolo può essere limitato separando questa apparecchiatura da altre aree di lavoro. Preferibilmente i livelli di rumore dovrebbero essere ridotti alla fonte. Ciò è stato ottenuto con successo rivestendo il granulatore con materiale fonoassorbente e montando deflettori all'apertura di alimentazione. Potrebbe anche esserci un pericolo per l'udito creato dal suono udibile prodotto dalle saldatrici a ultrasuoni come normale accompagnamento delle energie ultrasoniche. Gli involucri idonei possono essere progettati per ridurre i livelli di rumore ricevuti e possono essere interbloccati per prevenire un rischio meccanico. Come standard minimo, le persone che lavorano in aree ad alto livello di rumore dovrebbero indossare un'adeguata protezione dell'udito e dovrebbe esserci un adeguato programma di conservazione dell'udito, compresi i test audiometrici e la formazione.
Anche le ustioni sono un pericolo. Alcuni additivi e catalizzatori per la produzione e la lavorazione della plastica possono essere altamente reattivi al contatto con aria e acqua e possono facilmente causare ustioni chimiche. Ovunque vengano movimentati o trasportati termoplastici fusi esiste il pericolo di schizzi di materiale caldo e conseguenti ustioni e scottature. La gravità di queste ustioni può essere aumentata dalla tendenza dei termoplastici caldi, come la cera calda, ad aderire alla pelle.
I perossidi organici sono irritanti e possono causare cecità se spruzzati negli occhi. È necessario indossare una protezione per gli occhi adeguata.
Evoluzione e profilo
La biotecnologia può essere definita come l'applicazione di sistemi biologici a processi tecnici e industriali. Comprende sia gli organismi tradizionali che quelli geneticamente modificati. La biotecnologia tradizionale è il risultato della classica ibridazione, accoppiamento o incrocio di vari organismi per creare nuovi organismi utilizzati da secoli per produrre pane, birra, formaggio, soia, saki, vitamine, piante ibride e antibiotici. Più recentemente, vari organismi sono stati utilizzati anche per il trattamento delle acque reflue, delle acque reflue umane e dei rifiuti tossici industriali.
La moderna biotecnologia combina i principi della chimica e delle scienze biologiche (biologia molecolare e cellulare, genetica, immunologia) con le discipline tecnologiche (ingegneria, informatica) per la produzione di beni e servizi e per la gestione ambientale. La moderna biotecnologia utilizza gli enzimi di restrizione per tagliare e incollare le informazioni genetiche, il DNA, da un organismo all'altro al di fuori delle cellule viventi. Il DNA composito viene quindi reintrodotto nelle cellule ospiti per determinare se il tratto desiderato è espresso. La cellula risultante è chiamata clone ingegnerizzato, ricombinante o organismo geneticamente manipolato (OGM). L'industria biotecnologica "moderna" è nata nel 1961-1965 con la rottura del codice genetico ed è cresciuta notevolmente dai primi esperimenti riusciti di clonazione del DNA nel 1972.
Dall'inizio degli anni '1970, gli scienziati hanno capito che l'ingegneria genetica è una tecnologia estremamente potente e promettente, ma che ci sono rischi potenzialmente seri da considerare. Già nel 1974, gli scienziati hanno chiesto una moratoria mondiale su tipi specifici di esperimenti al fine di valutare i rischi ed elaborare linee guida appropriate per evitare pericoli biologici ed ecologici (Comitato per le molecole di DNA ricombinante, Consiglio nazionale delle ricerche, Accademia nazionale delle scienze 1974 ). Alcune delle preoccupazioni espresse riguardavano la potenziale "fuga di vettori che potrebbero avviare un processo irreversibile, con un potenziale di creare problemi molte volte maggiori di quelli derivanti dalla moltitudine di ricombinazioni genetiche che si verificano spontaneamente in natura". Si temeva che “i microrganismi con geni trapiantati potessero rivelarsi pericolosi per l'uomo o per altre forme di vita. Potrebbe derivarne un danno se la cellula ospite alterata ha un vantaggio competitivo che favorirebbe la sua sopravvivenza in qualche nicchia all'interno dell'ecosistema” (NIH 1976). Era anche ben chiaro che i lavoratori di laboratorio sarebbero stati i "canarini nella miniera di carbone" e si sarebbe dovuto fare qualche tentativo per proteggere i lavoratori e l'ambiente dai pericoli sconosciuti e potenzialmente gravi.
Nel febbraio 1975 si tenne una conferenza internazionale ad Asilomar, in California. Il suo rapporto conteneva le prime linee guida di consenso basate su strategie di contenimento biologico e fisico per il controllo dei potenziali pericoli previsti dalla nuova tecnologia. Si ritenne che alcuni esperimenti ponessero pericoli potenziali così seri che la conferenza ne sconsigliava la conduzione in quel momento (NIH 1976). Il seguente lavoro è stato originariamente bandito:
Negli Stati Uniti le prime linee guida del National Institutes of Health (NIHG) sono state pubblicate nel 1976, in sostituzione delle linee guida Asilomar. Questi NIHG hanno consentito alla ricerca di procedere classificando gli esperimenti in base alle classi di pericolo basate sui rischi associati alla cellula ospite, ai sistemi vettoriali che trasportano i geni nelle cellule e agli inserti genici, consentendo o limitando in tal modo lo svolgimento degli esperimenti in base alla valutazione del rischio. La premessa di base del NIHG - provvedere alla protezione dei lavoratori e, per estensione, alla sicurezza della comunità - rimane in vigore oggi (NIH 1996). Gli NIHG vengono aggiornati regolarmente e si sono evoluti fino a diventare uno standard di pratica ampiamente accettato per la biotecnologia negli Stati Uniti. La conformità è richiesta dalle istituzioni che ricevono finanziamenti federali, nonché da molte ordinanze cittadine o cittadine locali. Il NIHG fornisce una base per le normative in altri paesi del mondo, tra cui la Svizzera (SCBS 1995) e il Giappone (National Institute of Health 1996).
Dal 1976, il NIHG è stato ampliato per incorporare considerazioni di contenimento e approvazione per le nuove tecnologie, inclusi impianti di produzione su larga scala e proposte di terapia genica somatica vegetale, animale e umana. Alcuni degli esperimenti originariamente vietati sono ora consentiti con specifica approvazione da parte degli NIH o con specifiche pratiche di contenimento.
Nel 1986 l'Office of Science and Technology Policy (OSTP) degli Stati Uniti ha pubblicato il suo Coordinated Framework for Biotechnology Regulation. Ha affrontato la questione politica sottostante se le normative esistenti fossero adeguate per valutare i prodotti derivati dalle nuove tecnologie e se i processi di revisione per la ricerca fossero sufficienti per proteggere il pubblico e l'ambiente. Le agenzie di regolamentazione e ricerca statunitensi (Environmental Protection Agency (EPA), Food and Drug Administration (FDA), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), NIH, US Department of Agriculture (USDA) e National Science Foundation (NSF)) hanno concordato di regolamentare i prodotti, non i processi, e che non erano necessarie nuove norme speciali per proteggere i lavoratori, il pubblico o l'ambiente. La politica è stata stabilita per gestire i programmi di regolamentazione in modo integrato e coordinato, riducendo al minimo le sovrapposizioni e, per quanto possibile, la responsabilità dell'approvazione del prodotto sarebbe spettata a un'agenzia. Le agenzie coordinerebbero gli sforzi adottando definizioni coerenti e utilizzando revisioni scientifiche (valutazioni del rischio) di pari rigore scientifico (OSHA 1984; OSTP 1986).
Il NIHG e il quadro coordinato hanno fornito un grado adeguato di discussione scientifica obiettiva e partecipazione pubblica, che ha portato alla crescita della biotecnologia statunitense in un'industria multimiliardaria. Prima del 1970, c'erano meno di 100 aziende coinvolte in tutti gli aspetti della moderna biotecnologia. Nel 1977, altre 125 aziende si unirono ai ranghi; nel 1983 altre 381 società portarono il livello degli investimenti di capitale privato a più di 1 miliardo di dollari. Nel 1994 l'industria era cresciuta fino a superare le 1,230 società (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993) e la capitalizzazione di mercato superava i 6 miliardi di dollari.
L'occupazione nelle aziende biotecnologiche statunitensi nel 1980 era di circa 700 persone; nel 1994 circa 1,300 aziende impiegavano più di 100,000 lavoratori (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993). Inoltre, esiste un'intera industria di supporto che fornisce forniture (prodotti chimici, componenti dei media, linee cellulari), attrezzature, strumentazione e servizi (banca cellulare, validazione, calibrazione) necessari per garantire l'integrità della ricerca e della produzione.
In tutto il mondo c'è stato un grande livello di preoccupazione e scetticismo sulla sicurezza della scienza e dei suoi prodotti. Il Consiglio delle Comunità europee (Parlamento delle Comunità europee 1987) ha sviluppato direttive per proteggere i lavoratori dai rischi associati all'esposizione a sostanze biologiche (Consiglio delle Comunità europee 1990a) e per imporre controlli ambientali sulle attività sperimentali e commerciali, compreso il rilascio deliberato. Il termine “rilascio” comprende la commercializzazione di prodotti che utilizzano OGM (Consiglio delle Comunità europee 1990b; Van Houten e Flemming 1993). Sono stati sviluppati standard e linee guida relativi ai prodotti biotecnologici all'interno di organizzazioni internazionali e multilaterali come l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS), l'Organizzazione internazionale per gli standard (ISO), la Commissione della Comunità europea, l'Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO) e la rete di dati sui ceppi microbici ( OSTP 1986).
L'industria biotecnologica moderna può essere considerata in termini di quattro settori industriali principali, ciascuno con ricerca e sviluppo (R&S) di laboratorio, sul campo e/o clinica a supporto dell'effettiva produzione di beni e servizi.
Tabella 1. Microrganismi di importanza industriale
Nome |
Organismo ospite |
si utilizza |
Acetobatteri aceti |
Batterio aerobico |
Fermenta la frutta |
Aspirgillo niger |
Fungo asessuato |
Degrada la materia organica |
Aspirgillo oryzae |
Fungo asessuato |
Utilizzato nella produzione di miso, salsa di soia e sake |
Bacillis licheniformis |
Batterio |
Prodotti chimici ed enzimi industriali |
Bacillis subtilis |
Batterio |
Prodotti chimici, enzimi, fonte di proteine unicellulari per il consumo umano in Asia |
Cellule ovariche di criceto cinese (CHO)* |
Coltura di cellule di mammifero |
Produzione di biofarmaci |
Clostridium acetobutilico |
Batterio |
Butanolo, produzione di acetone |
Escherichia coli K-12* |
Ceppo batterico |
Clonazione per fermentazione, produzione di prodotti farmaceutici e biologici |
Penicillium Roqueforti |
Fungo asessuato |
Produzione di formaggio blu |
Saccharomyces cerevisiae* |
Lievito |
Clonazione per la produzione di birra |
Saccharomyces uvarum* |
Lievito |
Clonazione per bevande alcoliche e produzione industriale di alcol |
* Importante per la moderna biotecnologia.
Lavoratori della biotecnologia
La biotecnologia inizia nel laboratorio di ricerca ed è una scienza multidisciplinare. Biologi molecolari e cellulari, immunologi, genetisti, chimici di proteine e peptidi, biochimici e ingegneri biochimici sono i più direttamente esposti ai rischi reali e potenziali della tecnologia del DNA ricombinante (rDNA). Altri lavoratori che possono essere esposti meno direttamente ai rischi biologici rDNA includono personale di servizio e supporto come tecnici di ventilazione e refrigerazione, fornitori di servizi di calibrazione e personale addetto alle pulizie. In un recente sondaggio tra i professionisti della salute e della sicurezza nel settore, è emerso che i lavoratori esposti direttamente e indirettamente costituiscono circa il 30-40% della forza lavoro totale nelle tipiche aziende biotecnologiche commerciali (Lee e Ryan 1996). La ricerca biotecnologica non si limita all'“industria”; è condotto anche nelle istituzioni accademiche, mediche e governative.
Gli addetti ai laboratori di biotecnologia sono esposti a un'ampia varietà di sostanze chimiche pericolose e tossiche, a pericoli biologici ricombinanti e non ricombinanti o "wild type", agenti patogeni a trasmissione ematica umana e malattie zoonotiche, nonché materiali radioattivi utilizzati negli esperimenti di etichettatura. Inoltre, i disturbi muscoloscheletrici e le lesioni da sforzi ripetuti stanno diventando sempre più ampiamente riconosciuti come potenziali rischi per i ricercatori a causa dell'uso estensivo di computer e micropipettatrici manuali.
Anche gli operatori della produzione di biotecnologie sono esposti a sostanze chimiche pericolose, ma non la varietà che si vede nel contesto della ricerca. A seconda del prodotto e del processo, potrebbe verificarsi un'esposizione ai radionuclidi durante la produzione. Anche al livello di rischio biologico più basso, i processi di produzione biotecnologici sono sistemi chiusi e il potenziale di esposizione alle colture ricombinanti è basso, tranne in caso di incidenti. Negli impianti di produzione biomedica, l'applicazione delle attuali buone pratiche di fabbricazione integra le linee guida sulla biosicurezza per proteggere i lavoratori nell'impianto. I principali rischi per i lavoratori della produzione nelle operazioni di buona pratica su larga scala (GLSP) che coinvolgono organismi ricombinanti non pericolosi includono lesioni muscoloscheletriche traumatiche (ad es. stiramenti e dolori alla schiena), ustioni termiche da linee di vapore e ustioni chimiche da acidi e sostanze caustiche (acido fosforico , idrossido di sodio e di potassio) utilizzati nel processo.
Gli operatori sanitari, compresi i tecnici dei laboratori clinici, sono esposti a vettori di terapia genica, escrementi e campioni di laboratorio durante la somministrazione di farmaci e la cura dei pazienti arruolati in queste procedure sperimentali. Anche le governanti possono essere esposte. La protezione dei lavoratori e dell'ambiente sono due punti sperimentali obbligatori da considerare nel fare domanda al NIH per esperimenti di terapia genica umana (NIH 1996).
I lavoratori agricoli possono avere una forte esposizione a prodotti, piante o animali ricombinanti durante l'applicazione di pesticidi, la semina, la raccolta e la lavorazione. Indipendentemente dal potenziale rischio di rischio biologico derivante dall'esposizione a piante e animali geneticamente modificati, sono presenti anche i tradizionali pericoli fisici che coinvolgono le attrezzature agricole e l'allevamento di animali. I controlli tecnici, i DPI, la formazione e la supervisione medica sono utilizzati in modo adeguato ai rischi previsti (Legaspi e Zenz 1994; Pratt e maggio 1994). I DPI, tra cui tute, respiratori, guanti multiuso, occhiali o cappucci, sono importanti per la sicurezza dei lavoratori durante l'applicazione, la crescita e la raccolta delle piante geneticamente modificate o degli organismi del suolo.
Processi e pericoli
Nel processo biotecnologico nel settore biomedico le cellule o gli organismi, modificati in modi specifici per ottenere i prodotti desiderati, vengono coltivati in bioreattori monocoltura. Nella coltura di cellule di mammifero, il prodotto proteico viene secreto dalle cellule nel mezzo nutritivo circostante e una varietà di metodi di separazione chimica (cromatografia dimensionale o di affinità, elettroforesi) può essere utilizzata per catturare e purificare il prodotto. Dove Escherichia coli gli organismi ospiti vengono utilizzati nelle fermentazioni, il prodotto desiderato viene prodotto all'interno della membrana cellulare e le cellule devono essere fisicamente rotte per poter raccogliere il prodotto. L'esposizione alle endotossine è un potenziale pericolo di questo processo. Spesso gli antibiotici vengono aggiunti ai terreni di produzione per migliorare la produzione del prodotto desiderato o mantenere una pressione selettiva su elementi di produzione genetica altrimenti instabili (plasmidi). Sono possibili sensibilità allergiche a questi materiali. In generale, questi sono rischi di esposizione all'aerosol.
Sono previste perdite e rilasci di aerosol e la potenziale esposizione è controllata in diversi modi. Le penetrazioni nei recipienti del reattore sono necessarie per fornire nutrienti e ossigeno, per la degassificazione dell'anidride carbonica (CO2) e per il monitoraggio e il controllo del sistema. Ogni penetrazione deve essere sigillata o filtrata (0.2 micron) per evitare la contaminazione della coltura. La filtrazione dei gas di scarico protegge anche i lavoratori e l'ambiente nell'area di lavoro dagli aerosol generati durante la coltura o la fermentazione. A seconda del potenziale di rischio biologico del sistema, l'inattivazione biologica convalidata degli effluenti liquidi (di solito mediante calore, vapore o metodi chimici) è una pratica standard. Altri potenziali pericoli nella produzione biotecnologica sono simili a quelli di altri settori: rumore, protezione meccanica, ustioni da vapore/calore, contatto con sostanze corrosive e così via.
Gli enzimi e la fermentazione industriale sono coperti altrove in questo Enciclopedia e coinvolgere i processi, i rischi ei controlli che sono simili per i sistemi di produzione geneticamente modificati.
L'agricoltura tradizionale dipende dallo sviluppo del ceppo che utilizza l'incrocio tradizionale di specie vegetali correlate. Il grande vantaggio delle piante geneticamente modificate è che il tempo tra le generazioni e il numero di incroci necessari per ottenere il tratto desiderato è notevolmente ridotto. Anche la dipendenza attualmente impopolare da pesticidi e fertilizzanti chimici (che contribuiscono all'inquinamento da ruscellamento) sta favorendo una tecnologia che potenzialmente renderà superflue queste applicazioni.
La biotecnologia vegetale implica la scelta di una specie vegetale geneticamente flessibile e/o finanziariamente significativa per le modifiche. Poiché le cellule vegetali hanno pareti cellulari dure e cellulosiche, i metodi utilizzati per trasferire il DNA nelle cellule vegetali differiscono da quelli utilizzati per i batteri e le linee cellulari di mammiferi nel settore biomedico. Esistono due metodi principali utilizzati per introdurre DNA ingegnerizzato estraneo nelle cellule vegetali (Watrud, Metz e Fishoff 1996):
Tipo selvaggio Agrobacterium tumefaciens è un patogeno naturale delle piante che causa tumori della cistifellea nelle piante ferite. Questi ceppi vettoriali disarmati e ingegnerizzati non causano la formazione di tumori vegetali.
Dopo la trasformazione con entrambi i metodi, le cellule vegetali vengono diluite, placcate e coltivate su terreni di coltura tissutale selettivi per un periodo relativamente lungo (rispetto ai tassi di crescita batterica) in camere di crescita delle piante o incubatori. Le piante rigenerate dal tessuto trattato vengono trapiantate nel terreno in camere di crescita chiuse per un'ulteriore crescita. Dopo aver raggiunto l'età appropriata vengono esaminati per l'espressione dei tratti desiderati e poi coltivati in serra. Sono necessarie diverse generazioni di esperimenti in serra per valutare la stabilità genetica del tratto di interesse e per generare lo stock di semi necessario per ulteriori studi. Anche i dati sull'impatto ambientale vengono raccolti durante questa fase del lavoro e presentati con proposte alle agenzie di regolamentazione per l'approvazione del rilascio di prove in campo aperto.
Controlli: l'esempio degli Stati Uniti
Il NIHG (NIH 1996) descrive un approccio sistematico per prevenire sia l'esposizione dei lavoratori che il rilascio nell'ambiente di organismi ricombinanti. Ogni istituzione (ad es. università, ospedale o laboratorio commerciale) è responsabile di condurre la ricerca sull'rDNA in modo sicuro e in conformità con il NIHG. Ciò si ottiene attraverso un sistema amministrativo che definisce le responsabilità e richiede valutazioni del rischio complete da parte di scienziati esperti e responsabili della biosicurezza, l'attuazione di controlli dell'esposizione, programmi di sorveglianza medica e piani di emergenza. Un comitato istituzionale per la biosicurezza (IBC) fornisce i meccanismi per la revisione e l'approvazione degli esperimenti all'interno dell'istituto. In alcuni casi, è richiesta l'approvazione del comitato consultivo ricombinante (RAC) dell'NIH stesso.
Il grado di controllo dipende dalla gravità del rischio ed è descritto in termini di designazioni di livello di biosicurezza (BL) 1-4; BL1 è il meno restrittivo e BL4 il più. Vengono fornite linee guida per il contenimento per la ricerca, la R&S su larga scala (superiore a 10 litri di coltura), la produzione su larga scala e gli esperimenti su animali e piante su larga e piccola scala.
L'Appendice G del NIHG (NIH 1996) descrive il contenimento fisico su scala di laboratorio. BL1 è appropriato per lavorare con agenti di cui non si conosce o che presentano un rischio potenziale minimo per il personale di laboratorio o per l'ambiente. Il laboratorio non è separato dai modelli di traffico generale nell'edificio. Il lavoro è condotto sui benchtops aperti. Non sono richiesti o utilizzati dispositivi di contenimento speciali. Il personale di laboratorio è addestrato nelle procedure di laboratorio e supervisionato da uno scienziato con una formazione generale in microbiologia o in una scienza correlata.
BL2 è idoneo per lavori che coinvolgono agenti di moderato potenziale pericolo per il personale e per l'ambiente. L'accesso al laboratorio è limitato durante lo svolgimento del lavoro, i lavoratori hanno una formazione specifica nella manipolazione di agenti patogeni e sono diretti da scienziati competenti e il lavoro che crea aerosol viene svolto in cappe di sicurezza biologica o altre apparecchiature di contenimento. Questo lavoro può richiedere sorveglianza medica o vaccinazioni come appropriato e determinato dall'IBC.
BL3 è applicabile quando il lavoro è svolto con agenti indigeni o esotici che possono causare malattie gravi o potenzialmente letali a seguito di esposizione per inalazione. I lavoratori hanno una formazione specifica e sono supervisionati da scienziati competenti che hanno esperienza nel lavorare con la manipolazione di questi agenti pericolosi. Tutte le procedure vengono eseguite in condizioni di contenimento che richiedono ingegneria e DPI speciali.
BL4 è riservato agli agenti più pericolosi ed esotici che presentano un elevato rischio individuale e comunitario di malattie potenzialmente letali. Esistono solo pochi laboratori BL4 al mondo.
L'Appendice K riguarda il contenimento fisico per attività di ricerca o produzione in volumi superiori a 10 litri (su larga scala). Come nelle linee guida su piccola scala, esiste una gerarchia di requisiti di contenimento dal potenziale di pericolo più basso a quello più alto: da GLSP a BL3-Large-Scale (BL3-LS).
Il NIHG, Appendice P, copre il lavoro con le piante a livello del banco, della camera di crescita e della scala della serra. Come osserva l'introduzione: “Lo scopo principale del contenimento delle piante è quello di evitare la trasmissione involontaria di un genoma vegetale contenente DNA ricombinante, incluso materiale ereditario nucleare o organello o il rilascio di organismi derivati da DNA ricombinante associati alle piante. In generale questi organismi non rappresentano una minaccia per la salute umana o per gli animali superiori, a meno che non siano deliberatamente modificati a tale scopo. Tuttavia, è possibile la diffusione involontaria di un patogeno grave da una serra a una coltura agricola locale o l'introduzione e l'insediamento involontari di un organismo in un nuovo ecosistema” (NIH 1996). Negli Stati Uniti, l'EPA e l'APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service) dell'USDA sono congiuntamente responsabili della valutazione del rischio e della revisione dei dati generati prima di concedere l'approvazione per i test di rilascio sul campo (EPA 1996; Foudin e Gay 1995). Vengono valutate - spesso prima in serra - questioni come la persistenza e la diffusione in acqua, aria e suolo, da parte di insetti e specie animali, la presenza di altre colture simili nell'area, la stabilità ambientale (sensibilità al gelo o al caldo) e la competizione con le specie autoctone (Liberman et al. 1996).
Anche i livelli di contenimento degli impianti per le strutture e le pratiche vanno da BL1 a BL4. I tipici esperimenti BL1 riguardano l'auto-clonazione. BL2 può comportare il trasferimento di tratti da un patogeno a una pianta ospite. BL3 potrebbe comportare l'espressione di tossine o agenti pericolosi per l'ambiente. La protezione dei lavoratori è raggiunta nei vari livelli da DPI e controlli tecnici come serre e capannoni con flusso d'aria direzionale e filtri antiparticolato ad alta efficienza (HEPA) per prevenire il rilascio di polline. A seconda del rischio, la protezione dell'ambiente e della comunità da agenti potenzialmente pericolosi può essere raggiunta mediante controlli biologici. Esempi sono un tratto sensibile alla temperatura, un tratto di sensibilità ai farmaci o esigenze nutrizionali non presenti in natura.
Con l'aumentare delle conoscenze scientifiche e l'avanzare della tecnologia, ci si aspettava che il NIHG avrebbe avuto bisogno di revisione e revisione. Negli ultimi 20 anni, il RAC si è riunito per esaminare e approvare proposte di modifica. Ad esempio, il NIHG non emette più divieti generali sul rilascio deliberato di organismi geneticamente modificati; I rilasci sperimentali sul campo di prodotti agricoli e gli esperimenti di terapia genica umana sono consentiti in circostanze appropriate e dopo un'adeguata valutazione del rischio. Un emendamento molto significativo al NIHG è stata la creazione della categoria di contenimento GLSP. Ha allentato i requisiti di contenimento per "ceppi ricombinanti non patogeni e non tossici derivati da organismi ospiti che hanno una lunga storia di uso sicuro su larga scala, o che hanno costruito limitazioni ambientali che consentono una crescita ottimale su larga scala ma una sopravvivenza limitata senza conseguenze negative per l'ambiente” (NIH 1991). Questo meccanismo ha permesso alla tecnologia di progredire pur tenendo conto delle esigenze di sicurezza.
Controlli: l'esempio della Comunità Europea
Nell'aprile 1990 la Comunità Europea (CE) ha emanato due Direttive sull'uso confinato e l'emissione deliberata nell'ambiente di OGM. Entrambe le direttive impongono agli Stati membri di garantire che vengano prese tutte le misure appropriate per evitare effetti negativi sulla salute umana o sull'ambiente, in particolare facendo valutare preventivamente all'utilizzatore tutti i rischi pertinenti. In Germania, il Genetic Technology Act è stato approvato nel 1990 in parte in risposta alle Direttive CE, ma anche per rispondere alla necessità di un'autorità legale per costruire un impianto di produzione di insulina ricombinante per operazioni di prova (Reutsch e Broderick 1996). In Svizzera, i regolamenti si basano sul NIHG statunitense, sulle direttive del Consiglio della CE e sulla legge tedesca sull'ingegneria genetica. Gli svizzeri richiedono al governo la registrazione annuale e gli aggiornamenti degli esperimenti. In generale, gli standard sull'rDNA in Europa sono più restrittivi che negli Stati Uniti, e questo ha contribuito al fatto che molte aziende farmaceutiche europee hanno spostato la ricerca sull'rDNA dai loro paesi d'origine. Tuttavia, le normative svizzere consentono una categoria di sicurezza su larga scala di livello 4, che non è consentita dal NIHG (SCBS 1995).
Prodotti di biotecnologia
Alcuni dei prodotti biologici e farmaceutici che sono stati realizzati con successo dalle biotecnologie del DNA ricombinante includono: insulina umana; Ormone della crescita umano; vaccini contro l'epatite; alfa-interferone; beta-interferone; gamma-interferone; Fattore stimolante le colonie di granulociti; attivatore tissutale del plasminogeno; Fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi; IL2; Eritropoietina; Crymax, prodotto insetticida per il controllo dei bruchi negli ortaggi; colture di noci e viti; Flavr Savr (TM) pomodoro; Chimogeno, un enzima che produce il formaggio; ATIII (antitrombina III), derivato dal latte di capra transgenico utilizzato per prevenire la formazione di coaguli di sangue in chirurgia; BST e PST (somatotropina bovina e suina) utilizzate per aumentare la produzione di latte e carne.
Problemi di salute e modelli di malattia
Esistono cinque principali rischi per la salute derivanti dall'esposizione a microrganismi o ai loro prodotti nella biotecnologia su scala industriale:
L'infezione è improbabile poiché nella maggior parte dei processi industriali vengono utilizzati agenti non patogeni. Tuttavia, è possibile che microrganismi considerati innocui come Pseudomonas ed Aspergillus specie possono causare infezione in individui immunocompromessi (Bennett 1990). L'esposizione all'endotossina, un componente dello strato di lippopolisaccaridi della parete cellulare di tutti i batteri gram-negativi, a concentrazioni superiori a circa 300 ng/m3 provoca sintomi transitori simil-influenzali (Balzer 1994). I lavoratori di molti settori, tra cui l'agricoltura tradizionale e la biotecnologia, hanno sperimentato gli effetti dell'esposizione alle endotossine. In molti settori si verificano anche reazioni allergiche al microrganismo o al prodotto. L'asma professionale è stata diagnosticata nell'industria biotecnologica per un'ampia gamma di microrganismi e prodotti inclusi Aspergillus niger, Penicillium spp. e proteasi; alcune aziende hanno rilevato incidenze superiori al 12% della forza lavoro. Le reazioni tossiche possono essere tanto varie quanto gli organismi e i prodotti. È stato dimostrato che l'esposizione agli antibiotici causa cambiamenti nella flora microbica nell'intestino. È noto che i funghi sono in grado di produrre tossine e agenti cancerogeni in determinate condizioni di crescita (Bennett 1990).
Per affrontare la preoccupazione che i lavoratori esposti sarebbero i primi a sviluppare potenziali effetti negativi sulla salute dalla nuova tecnologia, la sorveglianza medica dei lavoratori rDNA è stata una parte del NIHG sin dal loro inizio. I Comitati Istituzionali per la Biosicurezza, in consultazione con il medico di medicina del lavoro, hanno il compito di determinare, progetto per progetto, quale sorveglianza medica sia opportuna. A seconda dell'identità dell'agente specifico, della natura del rischio biologico, delle potenziali vie di esposizione e della disponibilità di vaccini, i componenti del programma di sorveglianza medica potrebbero includere controlli fisici pre-collocamento, esami periodici di follow-up, vaccini specifici, valutazioni di allergie e malattie, sieri pre-esposizione e indagini epidemiologiche.
Bennett (1990) ritiene improbabile che i microrganismi geneticamente modificati rappresentino un rischio maggiore di infezione o allergia rispetto all'organismo originale, ma potrebbero esserci rischi aggiuntivi dal nuovo prodotto o dall'rDNA. Un recente rapporto rileva che l'espressione di un allergene della noce brasiliana nei semi di soia transgenici può causare effetti inaspettati sulla salute tra lavoratori e consumatori (Nordlee et al. 1996). Altri nuovi rischi potrebbero essere l'uso di linee cellulari animali contenenti oncogeni o virus sconosciuti o non rilevati potenzialmente dannosi per l'uomo.
È importante notare che i primi timori riguardanti la creazione di specie mutanti geneticamente pericolose o di supertossine non si sono materializzati. L'OMS ha scoperto che la biotecnologia non presenta rischi diversi da quelli di altre industrie di trasformazione (Miller 1983) e, secondo Liberman, Ducatman e Fink (1990), “l'attuale consenso è che i potenziali rischi dell'rDNA sono stati inizialmente sopravvalutati e che il i pericoli associati a questa ricerca sono simili a quelli associati all'organismo, al vettore, al DNA, ai solventi e all'apparato fisico utilizzato”. Concludono che gli organismi ingegnerizzati sono destinati a presentare pericoli; tuttavia, il contenimento può essere definito per ridurre al minimo l'esposizione.
È molto difficile identificare le esposizioni professionali specifiche dell'industria biotecnologica. La "biotecnologia" non è un'industria separata con un codice SIC (Standard Industrial Classification) distintivo; piuttosto, è visto come un processo o un insieme di strumenti utilizzati in molte applicazioni industriali. Di conseguenza, quando vengono segnalati incidenti ed esposizioni, i dati sui casi che coinvolgono lavoratori delle biotecnologie sono inclusi tra i dati su tutti gli altri che si verificano nel settore industriale ospitante (ad esempio, agricoltura, industria farmaceutica o sanità). Inoltre, gli incidenti e gli incidenti di laboratorio sono notoriamente sottostimati.
Sono state segnalate poche malattie specificamente dovute a DNA geneticamente modificato; tuttavia, non sono sconosciuti. Almeno un'infezione locale documentata e sieroconversione è stata segnalata quando un lavoratore ha subito una puntura d'ago contaminata con un vettore ricombinante di vaccinia (Openshaw et al. 1991).
Problemi di politica
Negli anni '1980 sono emersi i primi prodotti della biotecnologia negli Stati Uniti e in Europa. L'insulina geneticamente modificata è stata approvata per l'uso nel 1982, così come un vaccino geneticamente modificato contro la "razza" della malattia dei suini (Sattelle 1991). È stato dimostrato che la somatotropina bovina ricombinante (BST) aumenta la produzione di latte vaccino e il peso dei bovini da carne. Sono state sollevate preoccupazioni in merito alla salute pubblica e alla sicurezza dei prodotti e se le normative esistenti fossero adeguate per affrontare tali preoccupazioni in tutte le diverse aree in cui i prodotti della biotecnologia potrebbero essere commercializzati. Il NIHG fornisce protezione dei lavoratori e dell'ambiente durante le fasi di ricerca e sviluppo. La sicurezza e l'efficacia del prodotto non sono responsabilità di NIHG. Negli Stati Uniti, attraverso il Coordinated Framework, i rischi potenziali dei prodotti della biotecnologia vengono valutati dall'agenzia più appropriata (FDA, EPA o USDA).
Il dibattito sulla sicurezza dell'ingegneria genetica e dei prodotti della biotecnologia continua (Thomas e Myers 1993), soprattutto per quanto riguarda le applicazioni agricole e gli alimenti per il consumo umano. I consumatori in alcune aree vogliono prodotti etichettati per identificare quali sono gli ibridi tradizionali e quali sono derivati dalla biotecnologia. Alcuni produttori di prodotti lattiero-caseari si rifiutano di utilizzare il latte delle mucche che ricevono BST. È vietato in alcuni paesi (ad esempio, Svizzera). La FDA ha ritenuto i prodotti sicuri, ma ci sono anche questioni economiche e sociali che potrebbero non essere accettabili per il pubblico. La BST può effettivamente creare uno svantaggio competitivo per le aziende agricole più piccole, la maggior parte delle quali sono a conduzione familiare. A differenza delle applicazioni mediche in cui potrebbe non esserci alternativa al trattamento geneticamente modificato, quando i cibi tradizionali sono disponibili e abbondanti, il pubblico è a favore dell'ibridazione tradizionale rispetto al cibo ricombinante. Tuttavia, gli ambienti difficili e l'attuale carenza di cibo a livello mondiale possono cambiare questo atteggiamento.
Nuove applicazioni della tecnologia alla salute umana e alle malattie ereditarie hanno ravvivato le preoccupazioni e creato nuove questioni etiche e sociali. Il Progetto Genoma Umano, iniziato nei primi anni '1980, produrrà una mappa fisica e genetica del materiale genetico umano. Questa mappa fornirà ai ricercatori informazioni per confrontare l'espressione genica "sana o normale" e "malata" per comprendere meglio, prevedere e indicare le cure per i difetti genetici di base. Le tecnologie del genoma umano hanno prodotto nuovi test diagnostici per la malattia di Huntington, la fibrosi cistica e il cancro al seno e al colon. La terapia genica umana somatica dovrebbe correggere o migliorare i trattamenti per le malattie ereditarie. Il "fingerprinting" del DNA mediante la mappatura del polimorfismo dei frammenti di restrizione del materiale genetico viene utilizzato come prova forense nei casi di stupro, rapimento e omicidio. Può essere utilizzato per dimostrare (o, tecnicamente, confutare) la paternità. Può anche essere utilizzato in aree più controverse, come per valutare le possibilità di sviluppare cancro e malattie cardiache per coperture assicurative e trattamenti preventivi o come prova nei tribunali per crimini di guerra e come "targhette" genetiche nell'esercito.
Sebbene tecnicamente fattibile, il lavoro sugli esperimenti sulla linea germinale umana (trasmissibile di generazione in generazione) non è stato considerato per l'approvazione negli Stati Uniti a causa delle serie considerazioni sociali ed etiche. Tuttavia, negli Stati Uniti sono previste udienze pubbliche per riaprire la discussione sulla terapia della linea germinale umana e sui desiderabili miglioramenti dei tratti non associati alle malattie.
Infine, oltre alle questioni di sicurezza, sociali ed etiche, sono ancora in evoluzione le teorie legali sulla proprietà dei geni e del DNA e sulla responsabilità per uso o uso improprio.
Devono essere seguite le implicazioni a lungo termine del rilascio ambientale di vari agenti. Nuove questioni relative al contenimento biologico e alla gamma degli ospiti emergeranno per il lavoro che è attentamente e opportunamente controllato nell'ambiente di laboratorio, ma per il quale non sono note tutte le possibilità ambientali. I paesi in via di sviluppo, in cui potrebbero non esistere un'adeguata competenza scientifica e/o agenzie di regolamentazione, potrebbero trovarsi riluttanti o incapaci di assumersi la valutazione del rischio per il loro particolare ambiente. Ciò potrebbe portare a restrizioni inutili oa un'imprudente politica della “porta aperta”, entrambe le quali potrebbero rivelarsi dannose per i benefici a lungo termine del paese (Ho 1996).
Inoltre, la cautela è importante quando si introducono agenti agricoli ingegnerizzati in nuovi ambienti in cui non sono presenti gelo o altre pressioni di contenimento naturali. Le popolazioni indigene o gli scambiatori naturali di informazioni genetiche si accoppieranno con agenti ricombinanti in natura con conseguente trasferimento di tratti ingegnerizzati? Questi tratti si sarebbero rivelati dannosi in altri agenti? Quale sarebbe l'effetto per gli amministratori del trattamento? Le reazioni immunitarie limiteranno la diffusione? Gli agenti vivi ingegnerizzati sono in grado di attraversare le barriere delle specie? Persistono nell'ambiente di deserti, montagne, pianure e città?
In breve
La biotecnologia moderna negli Stati Uniti si è sviluppata secondo le linee guida del consenso e l'ordinanza locale dall'inizio degli anni '1970. Un attento esame non ha mostrato tratti inaspettati e incontrollabili espressi da un organismo ricombinante. È una tecnologia utile, senza la quale non sarebbero stati possibili molti miglioramenti medici basati su proteine terapeutiche naturali. In molti paesi sviluppati la biotecnologia è una grande forza economica e un'intera industria è cresciuta attorno alla rivoluzione biotecnologica.
I problemi medici per i lavoratori della biotecnologia sono legati ai rischi specifici dell'ospite, del vettore e del DNA e alle operazioni fisiche eseguite. Finora la malattia dei lavoratori è stata prevenibile mediante ingegneria, pratica lavorativa, vaccini e controlli di contenimento biologico specifici per il rischio, valutati caso per caso. E la struttura amministrativa è pronta per fare valutazioni prospettiche del rischio per ogni nuovo protocollo sperimentale. Se questo track record di sicurezza continua nell'arena del rilascio ambientale di materiali vitali è una questione di valutazione continua dei potenziali rischi ambientali: persistenza, diffusione, scambiatori naturali, caratteristiche della cellula ospite, specificità dell'intervallo ospite per gli agenti di trasferimento utilizzati, natura del gene inserito e così via. Questo è importante da considerare per tutti i possibili ambienti e specie interessati al fine di ridurre al minimo le sorprese che la natura spesso presenta.
Adattato dalla 3a edizione, "Encyclopaedia of Occupational Health and Safety".
L'industria pirotecnica può essere definita come la fabbricazione di articoli pirotecnici (fuochi d'artificio) per l'intrattenimento, per uso tecnico e militare nella segnalazione e nell'illuminazione, per uso come pesticidi e per vari altri scopi. Questi articoli contengono sostanze pirotecniche costituite da composizioni in polvere o in pasta che vengono modellate, compattate o compresse secondo necessità. Quando vengono accesi, l'energia che contengono viene rilasciata per dare effetti specifici, come illuminazione, detonazione, fischi, urla, formazione di fumo, combustione senza fiamma, propulsione, accensione, adescamento, spari e disintegrazione. La sostanza pirotecnica più importante è ancora la polvere nera (polvere da sparo, costituita da carbone, zolfo e nitrato di potassio), che può essere utilizzata sfusa per la detonazione, compattata per la propulsione o il tiro, o tamponata con carbone di legna come innesco.
Processi
Le materie prime utilizzate nella fabbricazione di articoli pirotecnici devono essere purissime, prive di ogni impurità meccanica e (soprattutto) prive di ingredienti acidi. Questo vale anche per materiali sussidiari come carta, cartone e colla. La tabella 1 elenca le materie prime comuni utilizzate nella produzione di articoli pirotecnici.
Tabella 1. Materie prime utilizzate nella fabbricazione di articoli pirotecnici
Prodotti |
Materie prime |
Esplosivi |
Nitrocellulosa (lana di collodio), fulminato d'argento, polvere nera |
Materiali combustibili |
Resina acaroide, destrina, acido gallico, gomma arabica, legno, carbone, |
Materiali ossidanti |
Clorato di potassio, clorato di bario, potassio, perclorato, bario |
Materiali ignifughi |
Carbonato di bario (verde), criolite (giallo), rame, ammonio |
Materiali inerti |
Tristearato di glicerile, paraffina, farina fossile, calce, gesso. |
Dopo essere state essiccate, macinate e setacciate, le materie prime vengono pesate e miscelate in un apposito edificio. Anticamente si impastavano sempre a mano ma negli impianti moderni si utilizzano spesso impastatrici meccaniche. Dopo la miscelazione, le sostanze devono essere conservate in appositi magazzini per evitare accumuli nei locali di lavoro. Da questi edifici dovrebbero essere portati nei laboratori solo le quantità necessarie per le effettive operazioni di lavorazione.
Le custodie per articoli pirotecnici possono essere di carta, cartone, materiale sintetico o metallo. Il metodo di imballaggio varia. Ad esempio, per la detonazione la composizione viene versata sciolta in una custodia e sigillata, mentre per la propulsione, l'illuminazione, l'urlo o il fischio viene versata sciolta nella custodia e quindi compattata o compressa e sigillata.
La compattazione o la compressione in passato avveniva mediante colpi di mazzuolo su uno strumento di "fissatura" in legno, ma questo metodo è raramente utilizzato nelle strutture moderne; si utilizzano invece presse idrauliche o presse rotative a losanga. Le presse idrauliche consentono di comprimere simultaneamente la composizione in un certo numero di casi.
Le sostanze di illuminazione vengono spesso modellate quando sono bagnate per formare stelle, che vengono poi essiccate e messe in custodie per razzi, bombe e così via. Le sostanze prodotte con un processo a umido devono essere ben essiccate o possono incendiarsi spontaneamente.
Poiché molte sostanze pirotecniche sono difficili da accendere quando vengono compresse, gli articoli pirotecnici interessati sono dotati di un ingrediente intermedio o di adescamento per garantire l'accensione; la custodia viene quindi sigillata. L'articolo viene acceso dall'esterno da un fiammifero, una miccia, un raschietto o talvolta da una capsula a percussione.
Pericoli
I pericoli più importanti nella pirotecnica sono chiaramente il fuoco e l'esplosione. A causa del numero ridotto di macchine coinvolte, i rischi meccanici sono meno importanti; sono simili a quelli di altri settori.
La sensibilità della maggior parte delle sostanze pirotecniche è tale che in forma sciolta possono essere facilmente accese da colpi, attrito, scintille e calore. Presentano rischi di incendio ed esplosione e sono considerati esplosivi. Molte sostanze pirotecniche hanno l'effetto esplosivo degli esplosivi ordinari e i lavoratori rischiano che i loro vestiti o il loro corpo vengano bruciati dalle fiamme.
Durante la lavorazione di sostanze tossiche utilizzate nella pirotecnica (ad es. composti di piombo e bario e arsenito di acetato di rame) può essere presente un pericolo per la salute dovuto all'inalazione della polvere durante la pesatura e la miscelazione.
Misure di sicurezza e salute
Solo persone affidabili dovrebbero essere impiegate nella produzione di sostanze pirotecniche. I giovani sotto i 18 anni non dovrebbero essere assunti. Sono necessarie adeguate istruzioni e supervisione dei lavoratori.
Prima di intraprendere qualsiasi processo produttivo è importante accertare la sensibilità delle sostanze pirotecniche all'attrito, all'urto e al calore, nonché la loro azione esplosiva. La natura del processo di produzione e le quantità consentite nei locali di lavoro e negli edifici di stoccaggio ed essiccazione dipenderanno da queste proprietà.
Le seguenti precauzioni fondamentali devono essere prese nella fabbricazione di sostanze e oggetti pirotecnici:
Si consigliano le seguenti distanze:
Le distanze tra i locali di lavoro possono essere ridotte in circostanze favorevoli e se tra di essi vengono costruite pareti protettive.
Dovrebbero essere forniti edifici separati per i seguenti scopi: stoccaggio e preparazione delle materie prime, miscelazione, stoccaggio di composizioni, lavorazione (imballaggio, compattazione o compressione), essiccazione, finitura (incollaggio, laccatura, imballaggio, paraffinatura, ecc.), essiccazione e stoccaggio del articoli finiti e deposito di polvere nera.
Le seguenti materie prime devono essere conservate in locali isolati: clorati e perclorati, perclorato di ammonio; nitrati, perossidi e altre sostanze ossidanti; metalli leggeri; sostanze combustibili; liquidi infiammabili; fosforo rosso; nitrocellulosa. La nitrocellulosa deve essere mantenuta bagnata. Le polveri metalliche devono essere protette dall'umidità, dagli oli grassi e dal grasso. Gli ossidanti devono essere conservati separatamente dagli altri materiali.
Progettazione di edifici
Per la miscelazione, gli edifici del tipo di sfogo delle esplosioni (tre pareti resistenti, tetto resistente e una parete di sfogo delle esplosioni in teli di plastica) sono i più adatti. Si consiglia una parete di protezione davanti alla parete di sfogo dell'esplosione. Le camere di miscelazione per sostanze contenenti clorati non devono essere utilizzate per sostanze contenenti metalli o solfuro di antimonio.
Per l'essiccazione si sono dimostrati soddisfacenti gli edifici con zona di sfogo e gli edifici ricoperti di terra e dotati di parete di sfogo di esplosione. Dovrebbero essere circondati da un terrapieno. Negli essiccatoi è consigliabile una temperatura ambiente controllata di 50 ºC.
Negli edifici di lavorazione dovrebbero esserci locali separati per: riempimento; comprimere o compattare; tagliare, “soffocare” e chiudere gli astucci; laccatura di sostanze pirotecniche sagomate e compresse; adescamento di sostanze pirotecniche; stoccaggio di sostanze pirotecniche e prodotti intermedi; Imballaggio; e lo stoccaggio di sostanze imballate. Una fila di edifici con aree di sfiato delle esplosioni si è rivelata la soluzione migliore. La resistenza delle pareti intermedie deve essere adeguata alla natura e alla quantità delle sostanze trattate.
Di seguito sono riportate le regole di base per gli edifici in cui sono utilizzati o presenti materiali potenzialmente esplosivi:
Attrezzatura
Le presse meccaniche devono essere dotate di schermi o pareti protettive in modo che, in caso di incendio, i lavoratori non siano in pericolo e l'incendio non possa propagarsi ai luoghi di lavoro vicini. Se vengono movimentate grandi quantità di materiali, le presse dovrebbero trovarsi in locali isolati e azionate dall'esterno. Nessuno dovrebbe rimanere nella sala stampa.
Gli impianti antincendio devono essere forniti in quantità sufficiente, contrassegnati in modo evidente e controllati a intervalli regolari. Dovrebbero essere adatti alla natura dei materiali presenti. Gli estintori di classe D devono essere utilizzati su polvere metallica in fiamme, non acqua, schiuma, prodotti chimici secchi o anidride carbonica. Docce, coperte di lana e coperte ignifughe sono consigliate per spegnere indumenti in fiamme.
Le persone che entrano in contatto con sostanze pirotecniche o che rischiano di essere messe in pericolo da lastre di fiamma devono indossare adeguati indumenti protettivi resistenti al fuoco e al calore. Gli indumenti devono essere depolverati quotidianamente in un luogo designato allo scopo per rimuovere eventuali contaminanti.
Nell'impresa dovrebbero essere prese misure per fornire il primo soccorso in caso di incidenti.
Materiali
I rifiuti pericolosi con proprietà diverse devono essere raccolti separatamente. I contenitori dei rifiuti devono essere svuotati giornalmente. Fino alla distruzione, i rifiuti raccolti devono essere conservati in un luogo protetto ad almeno 15 m da qualsiasi edificio. I prodotti difettosi ei prodotti intermedi dovrebbero di norma essere trattati come rifiuti. Dovrebbero essere rielaborati solo se farlo non crea alcun rischio.
Quando vengono lavorati materiali dannosi per la salute, evitare il contatto diretto con essi. I gas, i vapori e le polveri nocivi devono essere scaricati in modo efficace e sicuro. Se i sistemi di scarico sono inadeguati, è necessario indossare dispositivi di protezione delle vie respiratorie. Devono essere forniti indumenti protettivi adeguati.
Profilo generale
La raffinazione del petrolio inizia con la distillazione, o frazionamento, del petrolio greggio in gruppi di idrocarburi separati. I prodotti risultanti sono direttamente correlati alle caratteristiche del greggio in lavorazione. La maggior parte di questi prodotti della distillazione viene ulteriormente convertita in prodotti più utilizzabili modificando le loro strutture fisiche e molecolari attraverso cracking, reforming e altri processi di conversione. Questi prodotti vengono successivamente sottoposti a vari processi di trattamento e separazione, quali estrazione, hydrotreating e addolcimento, al fine di produrre prodotti finiti. Mentre le raffinerie più semplici si limitano solitamente alla distillazione atmosferica e sottovuoto, le raffinerie integrate comprendono il frazionamento, la conversione, il trattamento e la miscelazione con lubrificanti, combustibili pesanti e produzione di asfalto; possono anche includere lavorazioni petrolchimiche.
La prima raffineria, aperta nel 1861, produceva kerosene per semplice distillazione atmosferica. I suoi sottoprodotti includevano catrame e nafta. Ben presto si scoprì che si potevano produrre oli lubrificanti di alta qualità distillando il petrolio sotto vuoto. Tuttavia, per i successivi 30 anni, il cherosene è stato il prodotto più desiderato dai consumatori. I due eventi più significativi che hanno cambiato questa situazione sono stati:
Con l'avvento della produzione di massa e la prima guerra mondiale, il numero di veicoli a benzina è aumentato notevolmente e la domanda di benzina è cresciuta di conseguenza. Tuttavia, solo una certa quantità di benzina potrebbe essere ottenuta dal petrolio greggio attraverso processi di distillazione atmosferica e sotto vuoto. Il primo processo di cracking termico è stato sviluppato nel 1913. Il cracking termico ha sottoposto i combustibili pesanti sia a pressione che a calore intenso, rompendo fisicamente le loro grandi molecole in molecole più piccole, producendo benzina aggiuntiva e combustibili distillati. Una sofisticata forma di cracking termico, il visbreaking, fu sviluppata alla fine degli anni '1930 per produrre prodotti più desiderabili e di valore.
Con lo sviluppo di motori a benzina a compressione più elevata, c'era una richiesta di benzina a più alto numero di ottani con migliori caratteristiche antidetonanti. L'introduzione del cracking catalitico e dei processi di polimerizzazione tra la metà e la fine degli anni '1930 ha soddisfatto questa domanda fornendo migliori rese di benzina e numeri di ottano più elevati. L'alchilazione, un altro processo catalitico, è stato sviluppato nei primi anni '1940 per produrre più benzina per aviazione ad alto numero di ottano e materie prime petrolchimiche, i materiali di partenza, per esplosivi e gomma sintetica. Successivamente, è stata sviluppata l'isomerizzazione catalitica per convertire gli idrocarburi per produrre maggiori quantità di materie prime per l'alchilazione.
Dopo la seconda guerra mondiale furono introdotti vari processi di reforming che migliorarono la qualità e la resa della benzina e produssero prodotti di qualità superiore. Alcuni di questi prevedevano l'uso di catalizzatori e/o idrogeno per modificare le molecole e rimuovere lo zolfo. Catalizzatori migliorati e metodi di processo come l'idrocracking e il reforming sono stati sviluppati nel corso degli anni '1960 per aumentare le rese di benzina e migliorare le caratteristiche antidetonanti. Questi processi catalitici producevano anche molecole con un doppio legame (alcheni), che costituiscono la base della moderna industria petrolchimica.
Il numero ei tipi di diversi processi utilizzati nelle raffinerie moderne dipendono principalmente dalla natura della materia prima grezza e dai requisiti del prodotto finito. I processi sono influenzati anche da fattori economici tra cui i costi del greggio, i valori dei prodotti, la disponibilità di servizi e trasporti. La cronologia dell'introduzione dei vari processi è riportata nella tabella 1.
Tabella 1. Sintesi della storia del processo di raffinazione
Anno |
Nome del processo |
Scopo del processo |
Sottoprodotti di processo |
1862 |
Distillazione atmosferica |
Produrre cherosene |
Nafta, catrame, ecc. |
1870 |
Distillazione sotto vuoto |
Lubrificanti (originali) |
Asfalto, residuo |
1913 |
Cracking termico |
Aumentare la benzina |
Combustibile residuo, bunker |
1916 |
Dolcificante |
Ridurre lo zolfo e l'odore |
Sulphur |
1930 |
Reforming termico |
Migliora il numero di ottani |
Residuo |
1932 |
Idrogenazione |
Rimuovere lo zolfo |
Sulphur |
1932 |
cucinare |
Produrre scorte di base di benzina |
Coca Cola |
1933 |
Estrazione mediante solvente |
Migliora l'indice di viscosità del lubrificante |
Aromatics |
1935 |
Deparaffinazione con solvente |
Migliora il punto di scorrimento |
cere |
1935 |
Polimerizzazione catalitica |
Migliora la resa della benzina e il numero di ottani |
Materie prime petrolchimiche |
1937 |
Cracking catalitico |
Benzina ad alto numero di ottani |
Materie prime petrolchimiche |
1939 |
Visbreak |
Ridurre la viscosità |
Distillato aumentato, catrame |
1940 |
alchilazione |
Aumenta il numero di ottani e la resa della benzina |
Benzina per aviazione ad alto numero di ottani |
1940 |
Isomerizzazione |
Produrre materie prime per l'alchilazione |
nafta |
1942 |
Cracking catalitico fluido |
Aumenta la resa della benzina e il numero di ottano |
Materie prime petrolchimiche |
1950 |
Deasfaltante |
Aumentare le materie prime cracking |
Asfalto |
1952 |
Riforma catalitica |
Converti nafta di bassa qualità |
Aromatics |
1954 |
Idrodesolforazione |
Rimuovere lo zolfo |
Sulphur |
1956 |
Inibitore dolcificante |
Rimuovi il mercaptano |
Disolfuri |
1957 |
Isomeria catalitica |
Converti in molecole con numero di ottano alto |
Materie prime di alchilazione |
1960 |
Idrocracking |
Migliorare la qualità e ridurre lo zolfo |
Materie prime di alchilazione |
1974 |
Deparaffinazione catalitica |
Migliora il punto di scorrimento |
Cera |
1975 |
Idrocracking residuo |
Aumentare la resa della benzina dai residui |
Residui pesanti |
Processi e operazioni di raffinazione di base
I processi e le operazioni di raffinazione del petrolio possono essere classificati nelle seguenti aree di base: separazione, conversione, trattamento, formulazione e miscelazione, operazioni di raffinazione ausiliarie e operazioni di raffinazione non di processo. Vedere la figura 1 per un diagramma di flusso semplificato.
Figura 1. Diagramma di processo della raffineria
Separazione. Il greggio viene separato fisicamente, mediante frazionamento in torri di distillazione atmosferica e sotto vuoto, in gruppi di molecole di idrocarburi con diversi intervalli di punto di ebollizione, chiamati “frazioni” o “tagli”.
Conversione. I processi di conversione utilizzati per modificare le dimensioni e/o la struttura delle molecole di idrocarburi includono:
Dall'inizio della raffinazione, sono stati utilizzati vari metodi di trattamento per rimuovere i non idrocarburi, le impurità e altri costituenti che influiscono negativamente sulle proprietà prestazionali dei prodotti finiti o riducono l'efficienza dei processi di conversione. Il trattamento coinvolge sia le reazioni chimiche che la separazione fisica, come la dissoluzione, l'assorbimento o la precipitazione, utilizzando una varietà e una combinazione di processi. I metodi di trattamento includono la rimozione o la separazione di aromatici e nafteni, nonché la rimozione di impurità e contaminanti indesiderati. I composti dolcificanti e gli acidi vengono utilizzati per desolforare il petrolio greggio prima della lavorazione e per trattare i prodotti durante e dopo la lavorazione. Altri metodi di trattamento includono la desalinizzazione del grezzo, l'addolcimento chimico, il trattamento con acido, il contatto con l'argilla, l'idrodesolforazione, la raffinazione con solvente, il lavaggio caustico, l'idrotrattamento, l'essiccazione, l'estrazione con solvente e la deparaffinazione con solvente.
Formulazione e miscelazione è il processo di miscelazione e combinazione di frazioni di idrocarburi, additivi e altri componenti per produrre prodotti finiti con specifiche proprietà prestazionali desiderate.
Operazioni ausiliarie di raffinazione. Altre operazioni di raffinazione necessarie per supportare la lavorazione degli idrocarburi includono il recupero delle parti leggere; stripping con acqua acida; trattamento e raffreddamento di rifiuti solidi, acque reflue e acque di processo; produzione di idrogeno; recupero dello zolfo; e trattamento del gas acido e di coda. Altre funzioni di processo forniscono catalizzatori, reagenti, vapore, aria, azoto, ossigeno, idrogeno e gas combustibili.
Strutture non di processo della raffineria. Tutte le raffinerie dispongono di una moltitudine di strutture, funzioni, apparecchiature e sistemi che supportano le operazioni di processo degli idrocarburi. Tipiche operazioni di supporto sono la generazione di calore ed energia; movimento del prodotto; deposito in cisterna; Spedizione e trattamento; razzi e sistemi di soccorso; forni e riscaldatori; allarmi e sensori; e campionamento, test e ispezione. Le strutture e i sistemi non di processo includono sistemi antincendio, idrici e di protezione, controlli del rumore e dell'inquinamento, laboratori, sale di controllo, magazzini, strutture di manutenzione e amministrative.
Principali prodotti della raffinazione del petrolio greggio
La raffinazione del petrolio si è evoluta continuamente in risposta alla mutevole domanda dei consumatori di prodotti migliori e diversi. Il requisito del processo originale era quello di produrre cherosene come fonte di combustibile per l'illuminazione più economica e migliore rispetto all'olio di balena. Lo sviluppo del motore a combustione interna ha portato alla produzione di benzene, benzina e gasolio. L'evoluzione dell'aereo ha creato la necessità di benzina per aviazione ad alto numero di ottano e carburante per aerei, che è una forma sofisticata del prodotto di raffineria originale, il cherosene. Le raffinerie odierne producono una varietà di prodotti, inclusi molti che vengono utilizzati come materie prime per processi di cracking e produzione di lubrificanti e per l'industria petrolchimica. Questi prodotti possono essere ampiamente classificati come combustibili, materie prime petrolchimiche, solventi, oli di processo, lubrificanti e prodotti speciali come cera, asfalto e coke. (Vedi tabella 2.)
Tabella 2. Principali prodotti della raffinazione del greggio
Gas idrocarburici |
si utilizza |
Gas liquefatti |
Cottura e gas industriale |
Materie prime per l'industria chimica |
Prodotti in gomma |
Carbone nero |
Inchiostri da stampa |
Distillati leggeri |
|
Nafte leggere |
olefine |
nafte intermedie |
Benzina per aviazione e motori |
Nafte pesanti |
Carburante per aerei militari |
Carburante diesel |
Scorte di cracking |
Distillati pesanti |
|
Oli tecnici |
Oli tessili |
Oli lubrificanti |
Oli per trasformatori e mandrini |
paraffina |
Industria della gomma |
Residui |
|
petrolato |
Vaselina |
Olio combustibile residuo |
N. 6 caldaia e olio combustibile di processo |
Asfalti |
Pavimentazione in asfalto |
Sottoprodotti di raffineria |
|
Coca Cola |
Elettrodi e carburante |
Solfonati |
Emulsionanti |
acido solforico |
Fertilizzante sintetico |
Sulphur |
Sostanze chimiche |
Idrogeno |
Riforma di idrocarburi |
Un certo numero di sostanze chimiche sono utilizzate o si formano come risultato della lavorazione degli idrocarburi. Segue una breve descrizione di quelli specifici e pertinenti alla raffinazione:
Anidride solforosa
I gas di combustione derivanti dalla combustione di combustibili ad alto contenuto di zolfo di solito contengono alti livelli di anidride solforosa, che di solito viene rimossa mediante lavaggio con acqua.
Caustiche
Le sostanze caustiche vengono aggiunte all'acqua di dissalazione per neutralizzare gli acidi e ridurre la corrosione. Le caustiche vengono anche aggiunte al greggio dissalato per ridurre la quantità di cloruri corrosivi nei cieli della torre. Sono utilizzati nei processi di trattamento delle raffinerie per rimuovere i contaminanti dai flussi di idrocarburi.
Ossidi di azoto e monossido di carbonio
I fumi contengono fino a 200 ppm di ossido nitrico, che reagisce lentamente con l'ossigeno formando biossido di azoto. L'ossido nitrico non viene rimosso dal lavaggio con acqua e il biossido di azoto può dissolversi in acqua per formare acido nitrico e nitrico. I gas di scarico normalmente contengono solo una piccola quantità di monossido di carbonio, a meno che la combustione non sia anomala.
Solfuro d'idrogeno
L'idrogeno solforato si trova naturalmente nella maggior parte dei greggi e si forma anche durante la lavorazione per decomposizione di composti di zolfo instabili. L'idrogeno solforato è un gas estremamente tossico, incolore, infiammabile, più pesante dell'aria e solubile in acqua. Ha un odore di uova marce che è distinguibile a concentrazioni ben al di sotto del suo limite di esposizione molto basso. Non si può fare affidamento su questo odore per fornire un avvertimento adeguato poiché i sensi vengono quasi immediatamente desensibilizzati all'esposizione. Sono necessari rilevatori speciali per avvisare i lavoratori della presenza di idrogeno solforato e in presenza del gas è necessario utilizzare un'adeguata protezione respiratoria. L'esposizione a bassi livelli di idrogeno solforato causerà irritazione, vertigini e mal di testa, mentre l'esposizione a livelli superiori ai limiti prescritti causerà depressione del sistema nervoso e infine la morte.
Acqua acida
L'acqua acida è acqua di processo che contiene idrogeno solforato, ammoniaca, fenoli, idrocarburi e composti solforati a basso peso molecolare. L'acqua acida viene prodotta mediante strippaggio a vapore delle frazioni di idrocarburi durante la distillazione, la rigenerazione del catalizzatore o l'estrazione a vapore dell'idrogeno solforato durante l'idrotrattamento e l'idrofinitura. L'acqua acida viene generata anche dall'aggiunta di acqua ai processi per assorbire l'idrogeno solforato e l'ammoniaca.
Acido solforico e acido fluoridrico
L'acido solforico e l'acido fluoridrico sono usati come catalizzatori nei processi di alchilazione. L'acido solforico è utilizzato anche in alcuni dei processi di trattamento.
Catalizzatori solidi
Nei processi di raffinazione vengono utilizzati numerosi catalizzatori solidi diversi in molte forme e forme, dai pellet alle perle granulari alle polveri, realizzati con vari materiali e con varie composizioni. I catalizzatori a pellet estruso vengono utilizzati in unità a letto mobile e fisso, mentre i processi a letto fluido utilizzano catalizzatori a particolato fine e sferico. I catalizzatori utilizzati nei processi che rimuovono lo zolfo sono impregnati di cobalto, nichel o molibdeno. Le unità di cracking utilizzano catalizzatori a funzione acida, come argilla naturale, allumina silicea e zeoliti sintetiche. I catalizzatori a funzione acida impregnati di platino o altri metalli nobili vengono utilizzati nell'isomerizzazione e nel reforming. I catalizzatori usati richiedono un trattamento e una protezione speciali dalle esposizioni, in quanto possono contenere metalli, oli aromatici, composti aromatici policiclici cancerogeni o altri materiali pericolosi e possono anche essere piroforici.
combustibili
I principali prodotti combustibili sono il gas di petrolio liquefatto, la benzina, il cherosene, il carburante per aerei, il gasolio, l'olio da riscaldamento e gli oli combustibili residui.
Gas di petrolio liquefatto (GPL), che consiste in miscele di idrocarburi paraffinici e olefinici come propano e butano, viene prodotto per essere utilizzato come combustibile, immagazzinato e manipolato come liquido sotto pressione. Il GPL ha punti di ebollizione che vanno da circa –74 °C a
38 °C, è incolore e i vapori sono più pesanti dell'aria ed estremamente infiammabili. Le qualità importanti dal punto di vista della salute e della sicurezza sul lavoro dei GPL sono la tensione di vapore e il controllo dei contaminanti.
Benzina. Il prodotto di raffineria più importante è la benzina per motori, una miscela di frazioni di idrocarburi a punto di ebollizione relativamente basso, tra cui riformato, alchilato, nafta alifatica (nafta di prima distillazione leggera), nafta aromatica (nafta di cracking termico e catalitico) e additivi. Gli stock di miscelazione della benzina hanno punti di ebollizione che vanno dalla temperatura ambiente a circa 204 °C e un punto di infiammabilità inferiore a –40 °C. Le qualità critiche per la benzina sono il numero di ottano (antidetonante), la volatilità (avviamento e blocco del vapore) e la tensione di vapore (controllo ambientale). Gli additivi vengono utilizzati per migliorare le prestazioni della benzina e fornire protezione contro l'ossidazione e la formazione di ruggine. La benzina per aviazione è un prodotto ad alto numero di ottani, appositamente miscelato per funzionare bene ad alta quota.
Il piombo tetraetile (TEL) e il piombo tetrametile (TML) sono additivi per benzina che migliorano il numero di ottani e le prestazioni antidetonanti. Nel tentativo di ridurre il piombo nelle emissioni di scarico delle automobili, questi additivi non sono più di uso comune, tranne che nella benzina per aviazione.
L'etere etilico terziario butilico (ETBE), l'etere metilico terziario butilico (MTBE), l'etere terziario amilmetilico (TAME) e altri composti ossigenati sono utilizzati al posto di TEL e TML per migliorare le prestazioni antidetonanti della benzina senza piombo e ridurre le emissioni di monossido di carbonio.
Carburante per aerei e cherosene. Il cherosene è una miscela di paraffine e nafteni con solitamente meno del 20% di aromatici. Ha un punto di infiammabilità superiore a 38 °C e un intervallo di ebollizione compreso tra 160 °C e 288 °C e viene utilizzato per l'illuminazione, il riscaldamento, i solventi e la miscelazione nel gasolio. Il carburante per aerei è un prodotto di cherosene distillato medio le cui qualità critiche sono il punto di congelamento, il punto di infiammabilità e il punto di fumo. Il carburante per aerei commerciali ha un intervallo di ebollizione da circa 191 ° C a 274 ° C e il carburante per aerei militari da 55 ° C a 288 ° C.
Combustibili distillati. I combustibili diesel e gli oli per riscaldamento domestico sono miscele chiare di paraffine, nafteni e aromatici e possono contenere quantità moderate di olefine. I combustibili distillati hanno punti di infiammabilità superiori a 60 °C e intervalli di ebollizione da circa 163 °C a 371 °C e sono spesso idrodesolforati per una migliore stabilità. I combustibili distillati sono combustibili e quando riscaldati possono emettere vapori che possono formare miscele infiammabili con l'aria. Le qualità desiderabili richieste per i combustibili distillati includono punti di infiammabilità e di scorrimento controllati, combustione pulita, nessuna formazione di depositi nei serbatoi di stoccaggio e un'adeguata valutazione del cetano del carburante diesel per un buon avviamento e combustione.
Combustibili residui. Molte navi e strutture commerciali e industriali utilizzano combustibili residui o combinazioni di combustibili residui e distillati, per l'energia, il calore e la lavorazione. I combustibili residui sono miscele liquide di colore scuro, altamente viscose, di grandi molecole di idrocarburi, con punti di infiammabilità superiori a 121 °C e punti di ebollizione elevati. Le specifiche critiche per i combustibili residui sono la viscosità e il basso contenuto di zolfo (per il controllo ambientale).
Considerazioni sulla salute e sicurezza
Il principale pericolo per la sicurezza del GPL e della benzina è il fuoco. L'elevata volatilità e l'elevata infiammabilità dei prodotti a basso punto di ebollizione consente ai vapori di evaporare rapidamente nell'aria e formare miscele infiammabili che possono essere facilmente incendiate. Si tratta di un pericolo riconosciuto che richiede specifiche precauzioni di stoccaggio, contenimento e manipolazione e misure di sicurezza per assicurare che i rilasci di vapori e le fonti di ignizione siano controllati in modo che non si verifichino incendi. I combustibili meno volatili, come il cherosene e il gasolio, devono essere maneggiati con cura per evitare fuoriuscite e possibili incendi, poiché i loro vapori sono combustibili anche se miscelati con aria nella gamma infiammabile. Quando si lavora in atmosfere contenenti vapori di carburante, le concentrazioni di vapori di prodotti altamente volatili e infiammabili nell'aria sono spesso limitate a non più del 10% dei limiti inferiori di infiammabilità (LFL) e le concentrazioni di vapori di prodotti meno volatili e combustibili a non più di 20 % LFL, a seconda delle normative aziendali e governative applicabili, al fine di ridurre il rischio di ignizione.
Sebbene i livelli di vapori di benzina nelle miscele di aria siano generalmente mantenuti al di sotto del 10% dell'LFL per motivi di sicurezza, questa concentrazione è notevolmente al di sopra dei limiti di esposizione da osservare per motivi di salute. Quando vengono inalate, piccole quantità di vapori di benzina nell'aria, ben al di sotto del limite inferiore di infiammabilità, possono causare irritazione, mal di testa e vertigini, mentre l'inalazione di concentrazioni maggiori può causare la perdita di coscienza e infine la morte. Possono anche essere possibili effetti sulla salute a lungo termine. La benzina contiene benzene, ad esempio, un noto cancerogeno con limiti di esposizione consentiti di poche parti per milione. Pertanto, anche lavorare in atmosfere di vapori di benzina a livelli inferiori al 10% LFL richiede adeguate precauzioni di igiene industriale, come la protezione delle vie respiratorie o la ventilazione locale degli scarichi.
In passato, molte benzine contenevano additivi antidetonanti al piombo tetraetile o tetrametilalchilico, che sono tossici e presentano seri rischi di assorbimento del piombo per contatto con la pelle o per inalazione. Serbatoi o recipienti che contenevano benzina con piombo in qualsiasi momento durante il loro utilizzo devono essere sfiatati, puliti a fondo, testati con uno speciale dispositivo di prova "piombo nell'aria" e certificati come privi di piombo per garantire che i lavoratori possano entrare senza utilizzare auto- contenevano o fornivano apparecchiature per l'aria respirabile, anche se i livelli di ossigeno sono normali e i serbatoi ora contengono benzina senza piombo o altri prodotti.
Le frazioni gassose del petrolio ei prodotti combustibili più volatili hanno un blando effetto anestetico, generalmente in rapporto inverso al peso molecolare. I combustibili liquidi a basso punto di ebollizione, come la benzina e il cherosene, producono una grave polmonite chimica se inalati e non devono essere aspirati con la bocca o ingeriti accidentalmente. Gas e vapori possono anche essere presenti in concentrazioni sufficientemente elevate da spostare l'ossigeno (nell'aria) al di sotto dei normali livelli respiratori. Il mantenimento delle concentrazioni di vapore al di sotto dei limiti di esposizione e dei livelli di ossigeno ai normali intervalli di respirazione viene solitamente ottenuto mediante spurgo o ventilazione.
I distillati crackizzati contengono piccole quantità di idrocarburi policiclici aromatici (IPA) cancerogeni; pertanto, l'esposizione dovrebbe essere limitata. La dermatite può anche svilupparsi dall'esposizione a benzina, cherosene e combustibili distillati, poiché hanno la tendenza a sgrassare la pelle. La prevenzione si ottiene mediante l'uso di dispositivi di protezione individuale, creme barriera o contatto ridotto e buone pratiche igieniche, come lavarsi con acqua calda e sapone invece di lavarsi le mani con benzina, cherosene o solventi. Alcune persone hanno sensibilità cutanea ai coloranti usati per colorare la benzina e altri prodotti distillati.
Gli oli combustibili residui contengono tracce di metalli e possono contenere idrogeno solforato, che è estremamente tossico. I carburanti residui che hanno scorte di cracking elevate con ebollizione superiore a 370 °C contengono IPA cancerogeni. L'esposizione ripetuta a combustibili residui senza un'adeguata protezione personale dovrebbe essere evitata, soprattutto durante l'apertura di serbatoi e recipienti, poiché potrebbe essere emesso gas di idrogeno solforato.
Materie prime petrolchimiche
Molti prodotti derivati dalla raffinazione del petrolio greggio, come l'etilene, il propilene e il butadiene, sono idrocarburi olefinici derivati dai processi di cracking delle raffinerie e sono destinati all'uso nell'industria petrolchimica come materie prime per la produzione di plastica, ammoniaca, gomma sintetica, glicole e presto.
Solventi petroliferi
Una varietà di composti puri, tra cui benzene, toluene, xilene, esano ed eptano, i cui punti di ebollizione e composizione di idrocarburi sono strettamente controllati, vengono prodotti per essere utilizzati come solventi. I solventi possono essere classificati come aromatici o non aromatici, a seconda della loro composizione. Il loro utilizzo come diluenti per vernici, fluidi per lavaggio a secco, sgrassanti, solventi industriali e antiparassitari e così via, è generalmente determinato dai loro punti di infiammabilità, che variano da ben al di sotto di –18 °C a oltre 60 °C.
I pericoli associati ai solventi sono simili a quelli dei combustibili in quanto i solventi con punto di infiammabilità inferiore sono infiammabili ei loro vapori, se miscelati con l'aria nell'intervallo infiammabile, sono infiammabili. I solventi aromatici di solito hanno una maggiore tossicità rispetto ai solventi non aromatici.
Oli di processo
Gli oli di processo comprendono l'alto intervallo di ebollizione, i flussi di distillati atmosferici o sottovuoto e quelli prodotti mediante cracking catalitico o termico. Queste miscele complesse, che contengono grandi molecole di idrocarburi paraffinici, naftenici e aromatici con più di 15 atomi di carbonio, sono utilizzate come materie prime per il cracking o la produzione di lubrificanti. Gli oli di processo hanno viscosità piuttosto elevate, punti di ebollizione compresi tra 260 °C e 538 °C e punti di infiammabilità superiori a 121 °C.
Gli oli di processo sono irritanti per la pelle e contengono elevate concentrazioni di IPA e composti di zolfo, azoto e ossigeno. L'inalazione di vapori e nebbie deve essere evitata e l'esposizione cutanea deve essere controllata mediante l'uso di protezioni personali e buone pratiche igieniche.
Lubrificanti e grassi
Le basi per oli lubrificanti sono prodotte mediante speciali processi di raffinazione per soddisfare le specifiche esigenze dei consumatori. Le basi lubrificanti sono miscele di oli paraffinici, naftenici e aromatici di colore da chiaro a medio, a bassa volatilità, da media ad alta viscosità, con intervalli di ebollizione da 371 °C a 538 °C. Gli additivi, come demulsionanti, antiossidanti e miglioratori di viscosità, vengono miscelati nelle basi dell'olio lubrificante per fornire le caratteristiche richieste per oli motore, oli per turbine e idraulici, grassi industriali, lubrificanti, oli per ingranaggi e oli da taglio. La qualità più critica per l'olio base lubrificante è un indice di viscosità elevato, che fornisce una minore variazione di viscosità al variare delle temperature. Questa caratteristica può essere presente nella materia prima del petrolio greggio o ottenuta mediante l'uso di additivi miglioratori dell'indice di viscosità. Vengono aggiunti detergenti per tenere in sospensione eventuali morchie formatesi durante l'utilizzo dell'olio.
I grassi sono miscele di oli lubrificanti e saponi metallici, con l'aggiunta di materiali speciali come amianto, grafite, molibdeno, siliconi e talco per fornire isolamento o lubrificazione. Gli oli da taglio e per la lavorazione dei metalli sono oli lubrificanti con additivi speciali come cloro, zolfo e additivi di acidi grassi che reagiscono sotto il calore per fornire lubrificazione e protezione agli utensili da taglio. Agli oli da taglio solubili in acqua vengono aggiunti emulsionanti e agenti antibatterici.
Sebbene gli oli lubrificanti di per sé non siano irritanti e abbiano poca tossicità, gli additivi possono presentare dei pericoli. Gli utenti devono consultare le informazioni sui dati sulla sicurezza dei materiali del fornitore per determinare i pericoli di specifici additivi, lubrificanti, oli da taglio e grassi. Il pericolo principale del lubrificante è la dermatite, che di solito può essere controllata mediante l'uso di dispositivi di protezione individuale insieme a pratiche igieniche adeguate. Occasionalmente i lavoratori possono sviluppare una sensibilità agli oli da taglio o ai lubrificanti che richiederà la riassegnazione a un lavoro in cui il contatto non può avvenire. Vi sono alcune preoccupazioni circa l'esposizione cancerogena alle nebbie derivanti da oli da taglio a base naftenica e oli per mandrini leggeri, che possono essere controllati mediante sostituzione, controlli tecnici o protezione personale. I pericoli dell'esposizione al grasso sono simili a quelli dell'olio lubrificante, con l'aggiunta di eventuali pericoli presentati dai materiali o dagli additivi del grasso. La maggior parte di questi pericoli sono discussi altrove in questo Enciclopedia.
Prodotti speciali
Cera è utilizzato per proteggere i prodotti alimentari; nei rivestimenti; come ingrediente in altri prodotti come cosmetici e lucido da scarpe e per candele.
Sulphur è prodotto come risultato della raffinazione del petrolio. Viene immagazzinato come liquido fuso riscaldato in serbatoi chiusi o come solido in contenitori o all'aperto.
Coca Cola è carbonio quasi puro, con una varietà di usi dagli elettrodi ai bricchetti di carbone, a seconda delle sue caratteristiche fisiche, che derivano dal processo di cokizzazione.
Asfalto, che viene utilizzato principalmente per pavimentare strade e materiali per coperture, dovrebbe essere inerte alla maggior parte dei prodotti chimici e delle condizioni meteorologiche.
Le cere e gli asfalti sono solidi a temperatura ambiente e sono necessarie temperature più elevate per lo stoccaggio, la manipolazione e il trasporto, con il conseguente rischio di ustioni. La cera di petrolio è così altamente raffinata che di solito non presenta alcun pericolo. Il contatto della pelle con la cera può portare all'ostruzione dei pori, che può essere controllata mediante adeguate pratiche igieniche. L'esposizione all'idrogeno solforato quando vengono aperti serbatoi di asfalto e zolfo fuso può essere controllata mediante l'uso di controlli tecnici appropriati o protezioni respiratorie. Lo zolfo è anche facilmente infiammabile a temperature elevate. L'asfalto è discusso altrove nel Enciclopedia.
Processi di raffinazione del petrolio
La raffinazione degli idrocarburi è l'uso di sostanze chimiche, catalizzatori, calore e pressione per separare e combinare i tipi fondamentali di molecole di idrocarburi che si trovano naturalmente nel petrolio greggio in gruppi di molecole simili. Il processo di raffinazione riorganizza anche le strutture e i modelli di legame delle molecole di base in molecole e composti di idrocarburi diversi e più desiderabili. Il tipo di idrocarburo (paraffinico, naftenico o aromatico) piuttosto che gli specifici composti chimici presenti, è il fattore più significativo nel processo di raffinazione.
In tutta la raffineria, sono necessarie procedure operative, pratiche di lavoro sicure e l'uso di indumenti e dispositivi di protezione individuale adeguati, compresa una protezione respiratoria approvata, per l'esposizione a fuoco, sostanze chimiche, particolato, calore e rumore e durante le operazioni di processo, campionamento, ispezione, turnaround e attività di manutenzione. Poiché la maggior parte dei processi di raffinazione sono continui ei flussi di processo sono contenuti in recipienti e tubazioni chiusi, il potenziale di esposizione è limitato. Tuttavia, esiste il potenziale di incendio perché anche se le operazioni di raffinazione sono processi chiusi, se si verifica una perdita o un rilascio di liquidi, vapori o gas di idrocarburi, i riscaldatori, i forni e gli scambiatori di calore in tutte le unità di processo sono fonti di ignizione.
Pretrattamento del petrolio greggio
Dissalazione
Il petrolio greggio contiene spesso acqua, sali inorganici, solidi sospesi e tracce di metalli solubili in acqua. Il primo passo nel processo di raffinazione è rimuovere questi contaminanti mediante desalinizzazione (disidratazione) al fine di ridurre la corrosione, l'ostruzione e l'incrostazione delle apparecchiature e prevenire l'avvelenamento dei catalizzatori nelle unità di lavorazione. La dissalazione chimica, la separazione elettrostatica e il filtraggio sono tre metodi tipici di dissalazione del petrolio greggio. Nella dissalazione chimica, acqua e tensioattivi chimici (demulsionanti) vengono aggiunti al petrolio greggio, riscaldati in modo che i sali e altre impurità si dissolvano nell'acqua o si attacchino all'acqua, quindi vengono tenuti in un serbatoio dove si depositano. La dissalazione elettrica applica cariche elettrostatiche ad alta tensione per concentrare i globuli d'acqua in sospensione nella parte inferiore della vasca di decantazione. I tensioattivi vengono aggiunti solo quando il petrolio greggio ha una grande quantità di solidi sospesi. Un terzo processo meno comune prevede la filtrazione del petrolio greggio riscaldato utilizzando farina fossile come mezzo di filtrazione.
Nella dissalazione chimica ed elettrostatica, la materia prima grezza viene riscaldata tra 66 °C e 177 °C, per ridurre la viscosità e la tensione superficiale per facilitare la miscelazione e la separazione dell'acqua. La temperatura è limitata dalla tensione di vapore della materia prima del petrolio greggio. Entrambi i metodi di dissalazione sono continui. È possibile aggiungere caustico o acido per regolare il pH del lavaggio con acqua e aggiungere ammoniaca per ridurre la corrosione. Le acque reflue, insieme ai contaminanti, vengono scaricate dal fondo della vasca di decantazione all'impianto di trattamento delle acque reflue. Il greggio dissalato viene prelevato in continuo dalla sommità delle vasche di decantazione e inviato a una torre atmosferica di distillazione del greggio (frazionamento). (Vedi figura 2.)
Figura 2. Processo di dissalazione (pretrattamento).
Una dissalazione inadeguata provoca l'incrostazione dei tubi del riscaldatore e degli scambiatori di calore in tutte le unità di processo della raffineria, limitando il flusso del prodotto e il trasferimento di calore e provocando guasti dovuti all'aumento di pressioni e temperature. La sovrapressione dell'unità di desalinizzazione causerà un guasto.
Anche la corrosione, che si verifica a causa della presenza di idrogeno solforato, acido cloridrico, acidi naftenici (organici) e altri contaminanti nel greggio, provoca guasti alle apparecchiature. La corrosione si verifica quando i sali neutralizzati (cloruri e solfuri di ammonio) vengono inumiditi dall'acqua condensata. Poiché la dissalazione è un processo chiuso, c'è poco potenziale per l'esposizione al petrolio greggio o ai prodotti chimici di processo, a meno che non si verifichi una perdita o un rilascio. Un incendio può verificarsi a seguito di una perdita nei riscaldatori, consentendo il rilascio di componenti a basso punto di ebollizione del petrolio greggio.
Esiste la possibilità di esposizione ad ammoniaca, demulsionanti chimici secchi, sostanze caustiche e/o acidi durante la dissalazione. Laddove si utilizzano temperature operative elevate durante la dissalazione di greggio acido, sarà presente idrogeno solforato. A seconda della materia prima grezza e dei prodotti chimici di trattamento utilizzati, le acque reflue conterranno quantità variabili di cloruri, solfuri, bicarbonati, ammoniaca, idrocarburi, fenolo e solidi sospesi. Se la terra di diatomee viene utilizzata nella filtrazione, le esposizioni dovrebbero essere ridotte al minimo o controllate poiché la terra di diatomee può contenere silice con una granulometria molto fine, che la rende un potenziale pericolo per le vie respiratorie.
Processi di separazione del petrolio greggio
Il primo passo nella raffinazione del petrolio è il frazionamento del greggio in torri di distillazione atmosferica e sotto vuoto. Il greggio riscaldato viene fisicamente separato in varie frazioni, o tagli di prima distillazione, differenziate per specifici intervalli di punto di ebollizione e classificate, in ordine di volatilità decrescente, come gas, distillati leggeri, distillati medi, gasoli e residuo. Il frazionamento funziona perché la gradazione di temperatura dal basso verso l'alto della torre di distillazione fa condensare prima i componenti con punto di ebollizione più alto, mentre le frazioni con punto di ebollizione più basso salgono più in alto nella torre prima di condensare. All'interno della torre, i vapori in salita ei liquidi in discesa (riflusso) si mescolano a livelli dove hanno composizioni in equilibrio tra loro. A questi livelli (o stadi) sono poste speciali vaschette che rimuovono una frazione del liquido che si condensa ad ogni livello. In una tipica unità grezza a due stadi, la torre atmosferica, che produce frazioni leggere e distillato, è immediatamente seguita da una torre sottovuoto che processa i residui atmosferici. Dopo la distillazione, solo pochi idrocarburi sono adatti per l'uso come prodotti finiti senza ulteriori lavorazioni.
Distillazione atmosferica
Nelle torri di distillazione atmosferica, la materia prima grezza dissalata viene preriscaldata utilizzando il calore di processo recuperato. Quindi scorre verso un riscaldatore di carica del greggio a combustione diretta, dove viene immesso nella colonna di distillazione verticale appena sopra il fondo a pressioni leggermente superiori all'atmosfera e a temperature comprese tra 343 ° C e 371 ° C, per evitare cracking termico indesiderato a temperature più elevate . Le frazioni più leggere (punto di ebollizione inferiore) si diffondono nella parte superiore della torre e vengono continuamente estratte e dirette ad altre unità per l'ulteriore lavorazione, trattamento, miscelazione e distribuzione.
Le frazioni con i punti di ebollizione più bassi, come il gas combustibile e la nafta leggera, vengono rimosse dalla sommità della torre da una linea aerea sotto forma di vapori. La nafta, o benzina di prima distillazione, viene prelevata dalla parte superiore della torre come flusso aereo. Questi prodotti sono utilizzati come materie prime petrolchimiche e per riformatori, scorte di miscelazione di benzina, solventi e GPL.
Le frazioni con intervallo di ebollizione intermedio, tra cui gasolio, nafta pesante e distillati, vengono rimosse dalla sezione centrale della torre come correnti laterali. Questi vengono inviati alle operazioni di finitura per essere utilizzati come cherosene, gasolio, olio combustibile, carburante per aerei, materia prima per cracker catalitici e materiali di miscelazione. Alcune di queste frazioni liquide vengono private delle loro estremità più leggere, che vengono restituite alla torre come flussi di riflusso verso il basso.
Le frazioni più pesanti, con punto di ebollizione più elevato (denominate residuo, fondi o grezzo superiore) che condensano o rimangono sul fondo della torre, vengono utilizzate per l'olio combustibile, la produzione di bitume o le materie prime per il cracking, oppure sono dirette a un riscaldatore e nel torre di distillazione sotto vuoto per ulteriore frazionamento. (Vedi figura 3 e figura 4.)
Figura 3. Processo di distillazione atmosferica
Figura 4. Schema del processo di distrillazione atmosferica
Distillazione sotto vuoto
Le torri di distillazione sotto vuoto forniscono la pressione ridotta necessaria per prevenire il cracking termico durante la distillazione del residuo, o del greggio rabboccato, dalla torre atmosferica a temperature più elevate. I design interni di alcune torri del vuoto sono diversi dalle torri atmosferiche in quanto al posto dei vassoi vengono utilizzati tamponi di imballaggio e antiappannamento casuali. Possono essere utilizzate anche torri di diametro maggiore per mantenere le velocità più basse. Una tipica torre a vuoto di prima fase può produrre gasoli, basi di olio lubrificante e residui pesanti per la deasfaltazione del propano. Una torre di seconda fase, operante a un vuoto inferiore, distilla il residuo in eccesso dalla torre atmosferica che non viene utilizzato per la lavorazione del materiale lubrificante, e il residuo in eccesso dalla prima torre in vuoto non utilizzato per la deasfaltazione.
Le torri a vuoto sono tipicamente utilizzate per separare le materie prime del cracker catalitico dal residuo in eccesso. I fondi delle torri sottovuoto possono anche essere inviati a un coker, utilizzati come lubrificante o stock di asfalto o desolforati e miscelati in olio combustibile a basso contenuto di zolfo. (Vedi figura 5 e figura 6.)
Figura 5. Processo di distillazione sotto vuoto
Figura 6. Schema del processo di distillazione sotto vuoto
Colonne di distillazione
All'interno delle raffinerie sono presenti numerose altre torri di distillazione più piccole, chiamate colonne, progettate per separare prodotti specifici e unici, che funzionano tutte secondo gli stessi principi delle torri atmosferiche. Ad esempio, un depropanizzatore è una piccola colonna progettata per separare il propano dall'isobutano e dai componenti più pesanti. Un'altra colonna più grande viene utilizzata per separare etilbenzene e xilene. Piccole torri "gorgogliatrici", chiamate stripper, utilizzano il vapore per rimuovere tracce di prodotti leggeri (benzina) dai flussi di prodotti più pesanti.
Le temperature di controllo, le pressioni e il riflusso devono essere mantenuti entro i parametri operativi per evitare che si verifichino rotture termiche all'interno delle torri di distillazione. I sistemi di scarico sono forniti perché possono verificarsi escursioni di pressione, temperatura o livelli di liquido se i dispositivi di controllo automatico si guastano. Le operazioni sono monitorate per evitare che il greggio entri nella carica del reformer. Le materie prime grezze possono contenere quantità apprezzabili di acqua in sospensione che si separa durante l'avviamento e, insieme all'acqua rimasta nella torre dallo spurgo del vapore, si deposita sul fondo della torre. Quest'acqua può riscaldarsi fino al punto di ebollizione e creare un'esplosione di vaporizzazione istantanea al contatto con l'olio nell'unità.
Lo scambiatore di preriscaldamento, il forno di preriscaldamento e lo scambiatore di fondo, la torre atmosferica e il forno a vuoto, la torre a vuoto e la parte superiore sono suscettibili alla corrosione da acido cloridrico (HCl), idrogeno solforato (H2S), acqua, composti solforati e acidi organici. Durante la lavorazione di greggi acidi, può verificarsi una grave corrosione sia nelle torri atmosferiche che in quelle a vuoto, dove le temperature del metallo superano i 232 °C, e nei tubi dei forni. Bagnato H2S causerà anche crepe nell'acciaio. Durante la lavorazione di greggi ad alto contenuto di azoto, nei fumi dei forni si formano ossidi di azoto, che sono corrosivi per l'acciaio se raffreddati a basse temperature in presenza di acqua.
I prodotti chimici sono usati per controllare la corrosione dell'acido cloridrico prodotto nelle unità di distillazione. L'ammoniaca può essere iniettata nel flusso di testa prima della condensazione iniziale e/o una soluzione alcalina può essere accuratamente iniettata nell'alimentazione di petrolio greggio caldo. Se non viene iniettata una quantità sufficiente di acqua di lavaggio, possono formarsi depositi di cloruro di ammonio, che provocano una grave corrosione.
La distillazione atmosferica e sotto vuoto sono processi chiusi e le esposizioni sono minime. Quando vengono lavorati greggi acidi (ad alto contenuto di zolfo), potrebbe esserci una potenziale esposizione all'idrogeno solforato nello scambiatore di preriscaldamento e nel forno, nella zona di flash della torre e nel sistema sopraelevato, nel forno e nella torre sotto vuoto e nello scambiatore di fondo. Gli oli grezzi e i prodotti di distillazione contengono tutti composti aromatici altobollenti, inclusi IPA cancerogeni. L'esposizione a breve termine ad alte concentrazioni di vapore di nafta può provocare mal di testa, nausea e vertigini e l'esposizione a lungo termine può provocare la perdita di coscienza. Il benzene è presente nelle nafte aromatiche e l'esposizione deve essere limitata. L'overhead del deesanizzatore può contenere grandi quantità di normale esano, che può influenzare il sistema nervoso. L'acido cloridrico può essere presente nello scambiatore di preriscaldamento, nelle zone superiori della torre e nelle parti superiori. Le acque reflue possono contenere solfuri idrosolubili in alte concentrazioni e altri composti idrosolubili, come ammoniaca, cloruri, fenolo e mercaptano, a seconda della materia prima grezza e dei prodotti chimici di trattamento.
Processi di conversione del petrolio greggio
I processi di conversione, come il cracking, la combinazione e il riarrangiamento, modificano le dimensioni e la struttura delle molecole di idrocarburi per convertire le frazioni in prodotti più desiderabili. (Vedi tabella 3.)
Tabella 3. Panoramica dei processi di raffinazione del petrolio
Nome del processo |
Action |
metodo |
Scopo |
Materie prime |
Prodotti |
Processi di frazionamento |
|||||
Distillazione atmosferica |
Separazione |
Termico |
Frazioni separate |
Petrolio greggio dissalato |
Gas, gasolio, distillato, residuo |
Distillazione sotto vuoto |
Separazione |
Termico |
Separare senza incrinarsi |
Residuo della torre atmosferica |
Gasolio, lubrificante, residuo |
Processi di conversione: decomposizione |
|||||
Cracking catalitico |
Alterazione |
catalitica |
Aggiorna la benzina |
Gasolio, distillato di coke |
Benzina, materie prime petrolchimiche |
cucinare |
Additivi per polimerizzazione |
Termico |
Converti i residui di vuoto |
Olio residuo, pesante, catrame |
Nafta, gasolio, coke |
Idrocracking |
Idrogenazione |
catalitica |
Conversione in idrocarburi più leggeri |
Gasolio, olio da cracking, residui |
Prodotti più leggeri e di qualità superiore |
Reforming a vapore di idrogeno |
Decomposizione |
Termico/catalitico |
Produrre idrogeno |
Gas desolforato, O2 ,vapore |
Idrogeno, CO, CO2 |
Cracking a vapore |
Decomposizione |
Termico |
Rompi le molecole di grandi dimensioni |
Combustibile pesante/distillato della torre atmosferica |
Nafta crackizzata, coke, residui |
Visbreak |
Decomposizione |
Termico |
Ridurre la viscosità |
Residuo della torre atmosferica |
Distillato, macchina |
Processi di conversione—Unificazione |
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alchilazione |
La combinazione di |
catalitica |
Unire le olefine e le isoparaffine |
Torre isobutano/olefina cracker |
Iso-ottano (alchilato) |
Composto di grasso |
La combinazione di |
Termico |
Combina saponi e oli |
Olio lubrificante, acido cattivo, metallo alchilico |
Grasso lubrificante |
Additivi per polimerizzazione |
Additivi per polimerizzazione |
catalitica |
Unire due o più olefine |
Olefine cracker |
Nafta ad alto numero di ottani, scorte petrolchimiche |
Processi di conversione: alterazione/riorganizzazione |
|||||
Riforma catalitica |
Alterazione/ |
catalitica |
Migliora la nafta a basso numero di ottani |
Nafta coker/hydrocracker |
Riformato/aromatico ad alto numero di ottani |
Isomerizzazione |
riordinamento |
catalitica |
Converti catena dritta in diramazione |
Butano, centano, cesano |
Isobutano/pentano/esano |
Processi di trattamento |
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Trattamento amminico |
Trattamento |
Assorbimento |
Rimuovere i contaminanti acidi |
Sour gas, idrocarburi con CO2 e H2S |
Gas privi di acidi e idrocarburi liquidi |
Dissalazione (pretrattamento) |
Disidratazione |
Assorbimento |
Rimuovere i contaminanti |
Olio crudo |
Petrolio greggio dissalato |
Essiccazione e dolcificazione |
Trattamento |
Assorbimento/termico |
Rimuovi H2O e composti solforati |
Idrocarburi liquidi, GPL, materie prime alchilate |
Idrocarburi dolci e secchi |
Estrazione del furfurolo |
Estrazione mediante solvente |
Assorbimento |
Aggiorna middistillate e lubrificanti |
Oli da ciclo e materie prime lubrificanti |
Olio diesel e lubrificante di alta qualità |
Idrodesolforazione |
Trattamento |
catalitica |
Rimuovere zolfo, contaminanti |
Residuo ad alto tenore di zolfo/gasolio |
Olefine desolforate |
Idrotrattamento |
Idrogenazione |
catalitica |
Rimuovere impurità/idrocarburi saturi |
Residui, idrocarburi crackizzati |
Mangime per cracker, cistillato, lubrificante |
Estrazione del fenolo |
Estrazione mediante solvente |
Assorbimento/termico |
Migliora l'indice di viscosità del lubrificante, il colore |
Scorte base di olio lubrificante |
Oli lubrificanti di alta qualità |
Deasfaltazione con solvente |
Trattamento |
Assorbimento |
Rimuovere l'asfalto |
Residuo della torre del vuoto, cropane |
Olio lubrificante pesante, csphalt |
Deparaffinazione con solvente |
Trattamento |
Freddo/filtro |
Rimuovere la cera dalle scorte di lubrificante |
Oli lubrificanti per torri sottovuoto |
Base lubrificante decerata |
Estrazione mediante solvente |
Estrazione mediante solvente |
Assorbimento/ |
Separare gli aromatici insaturi |
Gasolio, ceformato, cistillato |
Benzina ad alto numero di ottano |
Dolcificante |
Trattamento |
catalitica |
Rimuovi H2S, converti mercaptano |
Distillato/benzina non trattato |
Distillato/benzina di alta qualità |
Un certo numero di molecole di idrocarburi normalmente non presenti nel petrolio greggio ma importanti per il processo di raffinazione vengono create come risultato della conversione. Le olefine (alcheni, di-olefine e alchini) sono molecole di idrocarburi insaturi a catena o ad anello con almeno un doppio legame. Di solito sono formati da cracking termico e catalitico e raramente si trovano naturalmente nel greggio non lavorato.
alcheni sono molecole a catena lineare di formula CnHn contenente almeno un collegamento a doppio legame (insaturo) nella catena. La molecola di alchene più semplice è la mono-olefina etilene, con due atomi di carbonio, uniti da un doppio legame, e quattro atomi di idrogeno. Le di-olefine (contenenti due doppi legami), come 1,2-butadiene e 1,3-butadiene, e gli alchini (contenenti un triplo legame), come l'acetilene, si trovano in C5 e frazioni più leggere dal cracking. Le olefine sono più reattive delle paraffine o dei nafteni e si combinano facilmente con altri elementi come idrogeno, cloro e bromo.
Processi di cracking
Dopo la distillazione, i successivi processi di raffinazione vengono utilizzati per alterare le strutture molecolari delle frazioni per creare prodotti più desiderabili. Uno di questi processi, cracking, rompe (o incrina) frazioni di petrolio più pesanti e con punto di ebollizione più elevato in prodotti più preziosi come idrocarburi gassosi, scorte di miscelazione di benzina, gasolio e olio combustibile. Durante il processo, alcune delle molecole si combinano (polimerizzano) per formare molecole più grandi. I tipi fondamentali di cracking sono il cracking termico, il cracking catalitico e l'idro-cracking.
Processi di cracking termico
I processi di cracking termico, sviluppati nel 1913, riscaldano combustibili distillati e oli pesanti sotto pressione in grandi fusti finché non si rompono (si dividono) in molecole più piccole con migliori caratteristiche antidetonanti. Questo primo metodo, che produceva grandi quantità di coke solido indesiderato, si è evoluto nei moderni processi di cracking termico, tra cui visbreaking, steam cracking e coking.
Visbreak
Il visbreaking è una forma lieve di cracking termico che riduce il punto di scorrimento dei residui cerosi e abbassa significativamente la viscosità della materia prima senza influire sull'intervallo del punto di ebollizione. Il residuo della torre di distillazione atmosferica viene leggermente rotto in un riscaldatore a pressione atmosferica. Viene quindi spento con gasolio freddo per controllare l'overcracking e fatto lampeggiare in una torre di distillazione. Il catrame residuo crackizzato termicamente, che si accumula sul fondo della torre di frazionamento, viene sottoposto a flashing sottovuoto in uno stripper e il distillato viene riciclato. (Vedi figura 7.)
Figura 7. Processo di visbreaking
Cracking a vapore
Lo steam cracking produce olefine mediante cracking termico di grandi cariche di molecole di idrocarburi a pressioni leggermente superiori a quelle atmosferiche ea temperature molto elevate. I residui dello steam cracking vengono miscelati in combustibili pesanti. La nafta prodotta dallo steam cracking di solito contiene benzene, che viene estratto prima dell'idrotrattamento.
cucinare
Il coking è una forma grave di cracking termico utilizzata per ottenere benzina di prima distillazione (coker naphtha) e varie frazioni di distillato medio utilizzate come materie prime per il cracking catalitico. Questo processo riduce così completamente l'idrogeno dalla molecola di idrocarburo, che il residuo è una forma di carbonio quasi puro chiamato Coca Cola. I due processi di cokizzazione più comuni sono la cokizzazione ritardata e la cokizzazione continua (a contatto o fluida) che, a seconda del meccanismo di reazione, del tempo, della temperatura e della materia prima grezza, producono tre tipi di coke: spugna, a nido d'ape e ago. (Vedi figura 8.)
Figura 8. Processo di cottura
Considerazioni sulla salute e sicurezza
Nella cokeria, il controllo della temperatura dovrebbe essere mantenuto entro un intervallo ristretto, poiché le alte temperature produrranno coke troppo difficile da estrarre dal tamburo. Al contrario, temperature troppo basse si tradurranno in un impasto liquido ad alto contenuto asfaltico. Se le temperature di cokeria dovessero andare fuori controllo, potrebbe verificarsi una reazione esotermica.
Nel cracking termico quando vengono lavorati greggi acidi, può verificarsi corrosione dove le temperature del metallo sono comprese tra 232 °C e 482 °C. Sembra che il coke formi uno strato protettivo sul metallo sopra i 482 °C. Tuttavia, la corrosione da idrogeno solforato si verifica quando le temperature non sono adeguatamente controllate al di sopra di 482 °C. La parte inferiore della torre, gli scambiatori ad alta temperatura, il forno ei tamburi di macerazione sono soggetti a corrosione. I continui sbalzi termici provocano il rigonfiamento e la rottura dei fusti di coke.
L'iniezione di acqua o vapore viene utilizzata per prevenire l'accumulo di coke nei tubi della fornace ritardata. L'acqua deve essere completamente drenata dal coker, in modo da non provocare un'esplosione durante la ricarica con coke caldo. In caso di emergenza, sono necessari mezzi alternativi di uscita dalla piattaforma di lavoro sopra i fusti di coke.
Le ustioni possono verificarsi quando si maneggia coke caldo, dal vapore in caso di perdita nella linea del vapore, o dall'acqua calda, coke caldo o fanghi caldi che possono essere espulsi durante l'apertura dei coker. Esiste la possibilità di esposizione a nafte aromatiche contenenti benzene, idrogeno solforato e gas di monossido di carbonio e di tracce di IPA cancerogeni associati alle operazioni di cokefazione. L'acqua acida di scarico può essere altamente alcalina e contenere olio, solfuri, ammoniaca e fenolo. Quando il coke viene spostato come un impasto liquido, può verificarsi l'esaurimento dell'ossigeno all'interno di spazi ristretti come i silos di stoccaggio, poiché il carbonio umido assorbe l'ossigeno.
Processi di cracking catalitico
Il cracking catalitico scompone gli idrocarburi complessi in molecole più semplici al fine di aumentare la qualità e la quantità di prodotti più leggeri e desiderabili e diminuire la quantità di residui. Gli idrocarburi pesanti sono esposti ad alta temperatura e bassa pressione a catalizzatori che promuovono reazioni chimiche. Questo processo riorganizza la struttura molecolare, convertendo le materie prime di idrocarburi pesanti in frazioni più leggere come cherosene, benzina, GPL, olio combustibile e materie prime petrolchimiche (vedi figura 9 e figura 10). La scelta di un catalizzatore dipende da una combinazione della massima reattività possibile e della migliore resistenza all'attrito. I catalizzatori utilizzati nelle unità di cracking delle raffinerie sono tipicamente materiali solidi (zeolite, idrosilicato di alluminio, argilla bentonitica trattata, terra di Fuller, bauxite e silice-allumina) che si presentano sotto forma di polveri, perle, pellets o materiali sagomati detti estruditi.
Figura 9. Processo di cracking catalitico
Figura 10. Schema del processo di cracking catalitico
Ci sono tre funzioni di base in tutti i processi di cracking catalitico:
I processi di cracking catalitico sono molto flessibili e i parametri operativi possono essere regolati per soddisfare le mutevoli esigenze del prodotto. I tre tipi fondamentali di processi di cracking catalitico sono:
Cracking catalitico fluido
I cracker catalitici a letto fluido hanno una sezione di catalizzatore (montante, reattore e rigeneratore) e una sezione di frazionamento, che operano entrambe insieme come un'unità di elaborazione integrata. L'FCC utilizza un catalizzatore in polvere fine, sospeso in vapore d'olio o gas, che agisce come un fluido. Il cracking avviene nel tubo di alimentazione (riser) in cui la miscela di catalizzatore e idrocarburi scorre attraverso il reattore.
Il processo FCC miscela una carica di idrocarburi preriscaldata con un catalizzatore caldo e rigenerato mentre entra nel montante che porta al reattore. La carica si combina con l'olio di riciclo all'interno del montante, viene vaporizzata e portata alla temperatura del reattore dal catalizzatore caldo. Man mano che la miscela risale il reattore, la carica viene spezzata a bassa pressione. Questo cracking continua fino a quando i vapori d'olio vengono separati dal catalizzatore nei cicloni del reattore. Il flusso di prodotto risultante entra in una colonna dove viene separato in frazioni, con una parte dell'olio pesante reindirizzato nel montante come olio di riciclo.
Il catalizzatore esaurito viene rigenerato per rimuovere il coke che si accumula sul catalizzatore durante il processo. Il catalizzatore esaurito scorre attraverso l'estrattore di catalizzatore fino al rigeneratore dove si miscela con l'aria preriscaldata, bruciando la maggior parte dei depositi di coke. Il catalizzatore fresco viene aggiunto e il catalizzatore usurato viene rimosso per ottimizzare il processo di cracking.
Cracking catalitico a letto mobile
Il cracking catalitico a letto mobile è simile al cracking catalitico fluido; tuttavia, il catalizzatore è sotto forma di pellet anziché di polvere fine. I pellet si spostano continuamente tramite nastro trasportatore o tubi di sollevamento pneumatico verso una tramoggia di stoccaggio nella parte superiore dell'unità, quindi scorrono verso il basso per gravità attraverso il reattore fino a un rigeneratore. Il rigeneratore e la tramoggia sono isolati dal reattore mediante tenute al vapore. Il prodotto crackizzato viene separato in gas di riciclo, olio, olio chiarificato, distillato, nafta e gas umido.
Termofor cracking catalitico
Nel cracking catalitico termoforico, la materia prima preriscaldata scorre per gravità attraverso il letto del reattore catalitico. I vapori vengono separati dal catalizzatore e inviati ad una torre di frazionamento. Il catalizzatore esaurito viene rigenerato, raffreddato e riciclato ei fumi della rigenerazione vengono inviati ad una caldaia ad ossido di carbonio per il recupero del calore.
Considerazioni sulla salute e sicurezza
Dovrebbero essere eseguiti regolari campionamenti e test di materie prime, prodotti e flussi di riciclo per garantire che il processo di cracking funzioni come previsto e che nessun contaminante sia entrato nel flusso di processo. Corrosivi o depositi nella materia prima possono sporcare i compressori del gas. Durante la lavorazione del greggio acido, è possibile che si verifichi corrosione dove le temperature sono inferiori
482 °C. La corrosione si verifica dove esistono sia la fase liquida che quella vapore e nelle aree soggette a raffreddamento locale, come ugelli e supporti della piattaforma. Durante la lavorazione di materie prime ad alto contenuto di azoto, l'esposizione ad ammoniaca e cianuro può sottoporre le apparecchiature in acciaio al carbonio nel sistema aereo FCC a corrosione, screpolature o bolle di idrogeno, che possono essere ridotte al minimo mediante lavaggio con acqua o inibitori di corrosione. Il lavaggio con acqua può essere utilizzato per proteggere i condensatori sopraelevati nella colonna principale soggetti a incrostazioni da idrosolfuro di ammonio.
Le attrezzature critiche, comprese pompe, compressori, fornaci e scambiatori di calore dovrebbero essere ispezionate. Le ispezioni dovrebbero includere il controllo delle perdite dovute all'erosione o ad altri malfunzionamenti come l'accumulo di catalizzatore sugli espansori, coke nelle linee di alimentazione aeree da residui di materie prime e altre condizioni operative insolite.
Gli idrocarburi liquidi nel catalizzatore o che entrano nel flusso di aria di combustione riscaldata possono causare reazioni esotermiche. In alcuni processi, è necessario prestare attenzione per garantire che durante la ricarica o lo smaltimento non siano presenti concentrazioni esplosive di polvere di catalizzatore. Quando si scarica il catalizzatore coke, esiste la possibilità di incendi di solfuro di ferro. Il solfuro di ferro si accenderà spontaneamente se esposto all'aria e quindi deve essere inumidito con acqua per evitare che diventi una fonte di accensione per i vapori. Il catalizzatore coked può essere raffreddato a meno di 49 °C prima di scaricarlo dal reattore, oppure scaricarlo prima in contenitori spurgati con azoto inerte e quindi raffreddarlo prima di un'ulteriore manipolazione.
La possibilità di esposizione a liquidi o vapori di idrocarburi estremamente caldi è presente durante il campionamento del processo o se si verifica una perdita o un rilascio. Inoltre, durante il rilascio di IPA cancerogeni, nafta aromatica contenente benzene, gas acido (gas combustibile proveniente da processi come il cracking catalitico e l'idrotrattamento, che contiene idrogeno solforato e anidride carbonica), idrogeno solforato e/o monossido di carbonio può verificarsi prodotto o vapore. La formazione involontaria di carbonile di nichel altamente tossico può verificarsi nei processi di cracking che utilizzano catalizzatori di nichel con conseguente potenziale di esposizione pericolosa.
La rigenerazione del catalizzatore comporta lo stripping con vapore e il decoking, che si traduce in una potenziale esposizione a flussi di rifiuti fluidi che possono contenere quantità variabili di acqua acida, idrocarburi, fenolo, ammoniaca, idrogeno solforato, mercaptano e altri materiali, a seconda delle materie prime, dei greggi e dei processi. Pratiche di lavoro sicure e l'uso di adeguati dispositivi di protezione individuale (DPI) sono necessari quando si maneggia il catalizzatore esaurito, si ricarica il catalizzatore o se si verificano perdite o rilasci.
Processo di idrocracking
L'idrocracking è un processo in due fasi che combina il cracking catalitico e l'idrogenazione, in cui le frazioni di distillato vengono rotte in presenza di idrogeno e catalizzatori speciali per produrre prodotti più desiderabili. L'idrocracking ha un vantaggio rispetto al cracking catalitico in quanto le materie prime ad alto contenuto di zolfo possono essere lavorate senza una precedente desolforazione. Nel processo, la materia prima aromatica pesante viene convertita in prodotti più leggeri sotto pressioni molto elevate e temperature piuttosto elevate. Quando la materia prima ha un alto contenuto di paraffina, l'idrogeno previene la formazione di IPA, riduce la formazione di catrame e previene l'accumulo di coke sul catalizzatore. L'idrocracking produce quantità relativamente elevate di isobutano per le materie prime di alchilazione e provoca anche l'isomerizzazione per il controllo del punto di scorrimento e il controllo del punto di fumo, entrambi importanti nel carburante per aerei di alta qualità.
Nella prima fase, la materia prima viene miscelata con idrogeno riciclato, riscaldata e inviata al reattore primario, dove una grande quantità della materia prima viene convertita in distillati medi. I composti di zolfo e azoto vengono convertiti da un catalizzatore nel reattore dello stadio primario in idrogeno solforato e ammoniaca. Il residuo viene riscaldato e inviato ad un separatore ad alta pressione, dove i gas ricchi di idrogeno vengono rimossi e riciclati. Gli idrocarburi rimanenti vengono estratti o purificati per rimuovere l'idrogeno solforato, l'ammoniaca ei gas leggeri, che vengono raccolti in un accumulatore, dove la benzina viene separata dal gas acido.
Gli idrocarburi liquidi estratti dal reattore primario vengono miscelati con idrogeno e inviati al reattore di secondo stadio, dove vengono rotti in benzina di alta qualità, carburante per aerei e miscele di distillati. Questi prodotti passano attraverso una serie di separatori ad alta e bassa pressione per rimuovere i gas, che vengono riciclati. Gli idrocarburi liquidi vengono stabilizzati, splittati e strippati, con la nafta leggera prodotta dall'idrocracker utilizzata per miscelare la benzina mentre le nafte più pesanti vengono riciclate o inviate a un'unità di reforming catalitico. (Vedi figura 11.)
Figura 11. Processo di idrocracking
Considerazioni sulla salute e sicurezza
L'ispezione e il collaudo dei dispositivi di sicurezza sono importanti a causa delle pressioni molto elevate in questo processo. È necessario un adeguato controllo del processo per proteggere dall'intasamento dei letti del reattore. A causa delle temperature di esercizio e della presenza di idrogeno, il contenuto di idrogeno solforato della materia prima deve essere strettamente ridotto al minimo per ridurre la possibilità di grave corrosione. Si deve considerare anche la corrosione da anidride carbonica umida nelle aree di condensa. Durante la lavorazione di materie prime ad alto contenuto di azoto, l'ammoniaca e l'idrogeno solforato formano idrosolfuro di ammonio, che provoca una grave corrosione a temperature inferiori al punto di rugiada dell'acqua. L'idrosolfuro di ammonio è presente anche nello stripping dell'acqua acida. Poiché l'idrocracking opera a pressioni e temperature molto elevate, il controllo sia delle perdite di idrocarburi che dei rilasci di idrogeno è importante per prevenire gli incendi.
Poiché si tratta di un processo chiuso, le esposizioni sono minime in condizioni operative normali. Esiste la possibilità di esposizione a nafta alifatica contenente benzene, IPA cancerogeni, emissioni di gas e vapori di idrocarburi, gas ricco di idrogeno e gas di idrogeno solforato a seguito di perdite ad alta pressione. Grandi quantità di monossido di carbonio possono essere rilasciate durante la rigenerazione e la sostituzione del catalizzatore. Lo stripping e la rigenerazione del vapore del catalizzatore crea flussi di rifiuti contenenti acqua acida e ammoniaca. Quando si maneggia il catalizzatore esaurito, sono necessarie pratiche di lavoro sicure e dispositivi di protezione individuale adeguati. In alcuni processi, è necessario prestare attenzione per garantire che durante la ricarica non si formino concentrazioni esplosive di polvere catalitica. Lo scarico del catalizzatore coke richiede precauzioni speciali per prevenire incendi indotti da solfuro di ferro. Il catalizzatore coke deve essere raffreddato a una temperatura inferiore a 49 °C prima dello scarico o collocato in contenitori inertizzati con azoto fino al raffreddamento.
Processi combinati
Due processi di combinazione, polimerizzazione ed alchilazione, servono per unire tra loro piccole molecole carenti di idrogeno, chiamate olefine, recuperato dal cracking termico e catalitico, al fine di creare scorte di miscelazione di benzina più desiderabili.
Additivi per polimerizzazione
La polimerizzazione è il processo di combinazione di due o più molecole organiche insature (olefine) per formare un'unica molecola più pesante con gli stessi elementi nella stessa proporzione della molecola originale. Converte le olefine gassose, come l'etilene, il propilene e il butilene convertiti da unità di cracking termico e fluido, in molecole più pesanti, più complesse e con un numero di ottano superiore, tra cui nafta e materie prime petrolchimiche. La materia prima olefinica viene pretrattata per rimuovere i composti di zolfo e altri indesiderabili, e quindi fatta passare su un catalizzatore di fosforo, solitamente un catalizzatore solido o acido fosforico liquido, dove si verifica una reazione polimerica esotermica. Ciò richiede l'uso di acqua di raffreddamento e l'iniezione di materia prima fredda nel reattore per controllare le temperature a varie pressioni. L'acido nei liquidi viene rimosso mediante lavaggio caustico, i liquidi vengono frazionati e il catalizzatore acido viene riciclato. Il vapore viene frazionato per rimuovere i butani e neutralizzato per rimuovere le tracce di acido. (Vedi figura 12.)
Figura 12. Processo di polimerizzazione
Se l'acqua viene a contatto con l'acido fosforico, si verificherà una grave corrosione che porta al guasto dell'apparecchiatura, ad esempio durante il lavaggio con acqua durante gli arresti. La corrosione può verificarsi anche nei collettori delle tubazioni, nei ribollitori, negli scambiatori e in altri luoghi in cui l'acido può depositarsi. Esiste la possibilità di esposizione al lavaggio caustico (idrossido di sodio), all'acido fosforico utilizzato nel processo o dilavato durante i turnaround e alla polvere del catalizzatore. Esiste la possibilità di una reazione esotermica incontrollata in caso di perdita di acqua di raffreddamento.
alchilazione
L'alchilazione combina le molecole delle olefine prodotte dal cracking catalitico con quelle delle isoparaffine per aumentare il volume e l'ottano delle miscele di benzina. Le olefine reagiscono con le isoparaffine in presenza di un catalizzatore altamente attivo, solitamente acido solforico o acido fluoridrico (o cloruro di alluminio) per creare una molecola paraffinica a catena ramificata lunga, chiamata alcossido (iso-ottano), con eccezionale qualità antidetonante. L'alchilato viene quindi separato e frazionato. Le temperature di reazione relativamente basse da 10°C a 16°C per l'acido solforico, da 27°C a 0°C per l'acido fluoridrico (HF) e da 0°C per il cloruro di alluminio, sono controllate e mantenute mediante refrigerazione. (Vedi figura 13.)
Figura 13. Processo di alchilazione
Alchilazione dell'acido solforico. Nelle unità di alchilazione dell'acido solforico a cascata, le materie prime, tra cui propilene, butilene, amilene e isobutano fresco, entrano nel reattore, dove entrano in contatto con il catalizzatore dell'acido solforico. Il reattore è diviso in zone, con le olefine alimentate attraverso distributori a ciascuna zona, e l'acido solforico e gli isobutani che scorrono su deflettori da zona a zona. Il calore di reazione viene rimosso mediante evaporazione dell'isobutano. Il gas isobutano viene rimosso dalla sommità del reattore, raffreddato e riciclato, con una porzione diretta alla torre del depropanizzatore. Il residuo del reattore viene depositato e l'acido solforico viene rimosso dal fondo del recipiente e rimesso in circolo. Gli scrubber caustici e/o ad acqua vengono utilizzati per rimuovere piccole quantità di acido dal flusso di processo, che va quindi a una torre di deisobutanizzazione. L'isobutano di testa del debutanizzatore viene riciclato e gli idrocarburi rimanenti vengono separati in una torre di riciclo e/o avviati alla miscelazione.
Alchilazione dell'acido fluoridrico. Esistono due tipi di processi di alchilazione dell'acido fluoridrico: Phillips e UOP. Nel processo Phillips, la materia prima di olefina e isobutano viene essiccata e alimentata a un'unità combinata reattore/decantatore. L'idrocarburo proveniente dalla zona di sedimentazione viene caricato nel frazionatore principale. L'overhead principale del frazionatore va a un depropanizzatore. Il propano, con tracce di acido fluoridrico (HF), va a uno stripper HF, quindi viene cataliticamente defluorurato, trattato e inviato allo stoccaggio. L'isobutano viene prelevato dal frazionatore principale e riciclato al reattore/decantatore, e l'alchilato dal fondo del frazionatore principale viene inviato a uno splitter.
Il processo UOP utilizza due reattori con colonizzatori separati. La metà della materia prima essiccata viene caricata nel primo reattore, insieme all'isobutano di riciclo e reintegro, e quindi nel suo sedimentatore, dove l'acido viene riciclato e l'idrocarburo caricato nel secondo reattore. L'altra metà della materia prima va al secondo reattore, con l'acido del sedimentatore che viene riciclato e gli idrocarburi caricati nel frazionatore principale. L'elaborazione successiva è simile a Phillips in quanto l'overhead dal frazionatore principale va a un depropanizzatore, l'isobutano viene riciclato e l'alchilato viene inviato a uno splitter.
Considerazioni sulla salute e sicurezza
L'acido solforico e l'acido fluoridrico sono sostanze chimiche pericolose e la cura durante la consegna e lo scarico dell'acido è essenziale. È necessario mantenere concentrazioni di acido solforico dall'85 al 95% per un buon funzionamento e per ridurre al minimo la corrosione. Per prevenire la corrosione da acido fluoridrico, le concentrazioni di acido all'interno dell'unità di processo devono essere mantenute al di sopra del 65% e l'umidità al di sotto del 4%. Alcuni fenomeni di corrosione e incrostazione nelle unità di acido solforico si verificano a causa della rottura degli esteri dell'acido solforico o quando viene aggiunto caustico per la neutralizzazione. Questi esteri possono essere rimossi mediante trattamento con acido fresco e lavaggio con acqua calda.
Gli sconvolgimenti possono essere causati dalla perdita dell'acqua di raffreddamento necessaria per mantenere le temperature di processo. La pressione sul lato dell'acqua di raffreddamento e del vapore degli scambiatori deve essere mantenuta al di sotto della pressione minima sul lato di servizio dell'acido per evitare la contaminazione dell'acqua. Gli sfiati possono essere indirizzati agli scrubber di carbonato di sodio per neutralizzare il gas di fluoruro di idrogeno oi vapori di acido fluoridrico prima del rilascio. Possono essere previsti cordoli, drenaggio e isolamento per il contenimento dell'unità di processo in modo che l'effluente possa essere neutralizzato prima del rilascio nel sistema fognario.
Le unità di acido fluoridrico devono essere accuratamente drenate e pulite chimicamente prima di essere ritirate e di entrare, per rimuovere ogni traccia di fluoruro di ferro e acido fluoridrico. Dopo lo spegnimento, in cui è stata utilizzata acqua, l'unità deve essere asciugata accuratamente prima di introdurre acido fluoridrico. Perdite, fuoriuscite o rilasci di acido fluoridrico o idrocarburi contenenti acido fluoridrico sono estremamente pericolosi. Sono necessarie precauzioni per garantire che le attrezzature ei materiali che sono stati a contatto con l'acido siano maneggiati con cura e puliti a fondo prima che lascino l'area di processo o la raffineria. Le vasche di lavaggio ad immersione sono spesso previste per la neutralizzazione delle apparecchiature che sono venute a contatto con l'acido fluoridrico.
Esiste la possibilità di esposizioni pericolose e tossiche gravi in caso di perdite, fuoriuscite o rilasci. Il contatto diretto con acido solforico o fluoridrico causerà gravi danni alla pelle e agli occhi e l'inalazione di nebbie acide o vapori di idrocarburi contenenti acido causerà gravi irritazioni e danni al sistema respiratorio. Dovrebbero essere utilizzate speciali misure precauzionali di preparazione alle emergenze e dovrebbe essere fornita una protezione adeguata al potenziale pericolo e alle aree potenzialmente interessate. Pratiche di lavoro sicure e adeguati dispositivi di protezione individuale della pelle e delle vie respiratorie sono necessari laddove esistano potenziali esposizioni agli acidi fluoridrico e solforico durante le normali operazioni, come indicatori di lettura, ispezione e campionamento del processo, nonché durante la risposta alle emergenze, la manutenzione e le attività di turnaround. Devono essere messe in atto procedure per garantire che i dispositivi di protezione e gli indumenti indossati in attività con acido solforico o fluoridrico, comprese tute di protezione chimica, copricapo e copriscarpe, guanti, protezione per viso e occhi e dispositivi di protezione respiratoria, siano accuratamente puliti e decontaminati prima della riemissione.
Riorganizzare i processi
Riforma catalitica ed isomerizzazione sono processi che riorganizzano le molecole di idrocarburi per produrre prodotti con caratteristiche diverse. Dopo il cracking, alcuni flussi di benzina, sebbene della dimensione molecolare corretta, richiedono un'ulteriore lavorazione per migliorare le loro prestazioni, poiché sono carenti di alcune qualità, come il numero di ottano o il contenuto di zolfo. Il reforming dell'idrogeno (vapore) produce ulteriore idrogeno da utilizzare nel processo di idrogenazione.
Riforma catalitica
I processi di reforming catalitico convertono le nafte pesanti a basso numero di ottano in idrocarburi aromatici per materie prime petrolchimiche e componenti di benzina ad alto numero di ottano, chiamati riforma, per riarrangiamento molecolare o deidrogenazione. A seconda della materia prima e dei catalizzatori, i riformati possono essere prodotti con concentrazioni molto elevate di toluene, benzene, xilene e altri aromatici utili nella miscelazione della benzina e nella lavorazione petrolchimica. L'idrogeno, un importante sottoprodotto, viene separato dal riformato per essere riciclato e utilizzato in altri processi. Il prodotto risultante dipende dalla temperatura e dalla pressione del reattore, dal catalizzatore utilizzato e dalla velocità di riciclo dell'idrogeno. Alcuni riformatori catalitici operano a bassa pressione e altri ad alta pressione. Alcuni sistemi di reforming catalitico rigenerano continuamente il catalizzatore, alcuni impianti rigenerano tutti i reattori durante i turnaround e altri prendono un reattore alla volta fuori flusso per la rigenerazione del catalizzatore.
Nel reforming catalitico, la materia prima della nafta viene pretrattata con idrogeno per rimuovere contaminanti come composti di cloro, zolfo e azoto, che potrebbero avvelenare il catalizzatore. Il prodotto viene sottoposto a flashing e frazionato in torri dove vengono rimossi i restanti contaminanti e gas. La carica di nafta desolforata viene inviata al reformer catalitico, dove viene riscaldata a vapore e fatta passare attraverso un reattore con un letto stazionario di catalizzatore bimetallico o metallico contenente una piccola quantità di platino, molibdeno, renio o altri metalli nobili. Le due reazioni primarie che si verificano sono la produzione di aromatici ad alto numero di ottano rimuovendo l'idrogeno dalle molecole della materia prima e la conversione delle paraffine normali in catene ramificate o isoparaffine.
Nel platforming, un altro processo di reforming catalitico, la materia prima che non è stata idrodesolforata viene combinata con il gas di riciclo e prima fatta passare su un catalizzatore meno costoso. Eventuali impurità rimanenti vengono convertite in idrogeno solforato e ammoniaca e rimosse prima che il flusso passi sul catalizzatore di platino. Il vapore ricco di idrogeno viene rimesso in circolo per inibire le reazioni che potrebbero avvelenare il catalizzatore. L'uscita del reattore viene separata in riformato liquido, che viene inviato ad una torre di strippaggio, e gas, che viene compresso e riciclato. (Vedi figura 14.)
Figura 14. Processo di reforming catalitico
Le procedure operative sono necessarie per controllare i punti caldi durante l'avvio. È necessario prestare attenzione a non rompere o schiacciare il catalizzatore durante il caricamento dei letti, poiché piccole particelle finiranno per intasare gli schermi del riformatore. Sono necessarie precauzioni contro la polvere durante la rigenerazione o la sostituzione del catalizzatore. Durante la rigenerazione del catalizzatore possono verificarsi piccole emissioni di monossido di carbonio e idrogeno solforato.
Il lavaggio con acqua deve essere preso in considerazione laddove si è verificata incrostazione dello stabilizzatore nei reformer a causa della formazione di cloruro di ammonio e sali di ferro. Il cloruro di ammonio può formarsi negli scambiatori di pretrattamento e causare corrosione e incrostazioni. Il cloruro di idrogeno, dall'idrogenazione dei composti del cloro, può formare acidi o sale di cloruro di ammonio. Esiste la possibilità di esposizione a nafte alifatiche e aromatiche, gas di processo ricchi di idrogeno, idrogeno solforato e benzene in caso di perdita o rilascio.
Isomerizzazione
Converte l'isomerizzazione n-butano, n-pentano e n-esano nelle rispettive iso-paraffine. Alcuni dei normali componenti paraffinici a catena lineare della nafta leggera di prima distillazione sono a basso numero di ottani. Questi possono essere convertiti in isomeri a catena ramificata ad alto numero di ottani riorganizzando i legami tra gli atomi, senza modificare il numero o il tipo di atomi. L'isomerizzazione è simile al reforming catalitico in quanto le molecole di idrocarburi vengono riorganizzate, ma a differenza del reforming catalitico, l'isomerizzazione converte semplicemente le normali paraffine in iso-paraffine. L'isomerizzazione utilizza un catalizzatore diverso rispetto al reforming catalitico.
I due distinti processi di isomerizzazione sono il butano (C4) e pentano/esano. (C5/C6).
Butano (C4) l'isomerizzazione produce materia prima per l'alchilazione. Un processo a bassa temperatura utilizza cloruro di alluminio altamente attivo o catalizzatore di acido cloridrico senza riscaldatori accesi, per isomerizzare n-butano. La materia prima trattata e preriscaldata viene aggiunta al flusso di riciclo, miscelata con HCl e fatta passare attraverso il reattore (vedi figura 15).
Figura 15. Isomerizzazione C4
L'isomerizzazione pentano/esano viene utilizzata per aumentare il numero di ottano mediante conversione n-pentano e n-esano. In un tipico processo di isomerizzazione pentano/esano, la materia prima essiccata e desolforata viene miscelata con una piccola quantità di cloruro organico e idrogeno riciclato e riscaldata alla temperatura del reattore. Viene quindi passato sul catalizzatore di metallo supportato nel primo reattore, dove vengono idrogenati il benzene e le olefine. L'alimentazione passa quindi al reattore di isomerizzazione, dove le paraffine vengono isomerizzate cataliticamente in isoparaffine, raffreddate e passate a un separatore. Il gas di separazione e l'idrogeno, con l'idrogeno di reintegro, vengono riciclati. Il liquido viene neutralizzato con materiali alcalini e inviato ad una colonna di stripper, dove l'acido cloridrico viene recuperato e riciclato. (Vedi figura 16.)
Figura 16. Processo di isomerizzazione
Se la materia prima non è completamente essiccata e desolforata, esiste il potenziale per la formazione di acido, che porta all'avvelenamento del catalizzatore e alla corrosione del metallo. Acqua o vapore non devono entrare in aree in cui è presente acido cloridrico. Sono necessarie precauzioni per evitare che l'HCl entri nelle fogne e negli scarichi. Esiste la possibilità di esposizione a vapori e liquidi di isopentano e nafta alifatica, nonché a gas di processo ricchi di idrogeno, acido cloridrico e acido cloridrico e alla polvere quando si utilizza un catalizzatore solido.
Produzione di idrogeno (steam reforming)
L'idrogeno ad alta purezza (dal 95 al 99%) è necessario per i processi di idrodesolforazione, idrogenazione, idrocracking e petrolchimici. Se non viene prodotto abbastanza idrogeno come sottoprodotto dei processi di raffineria per soddisfare la domanda totale della raffineria, è necessaria la produzione di idrogeno aggiuntivo.
Nel reforming con vapore di idrogeno, i gas desolforati vengono miscelati con vapore surriscaldato e riformati in tubi contenenti un catalizzatore a base di nichel. Il gas riformato, costituito da vapore, idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica, viene raffreddato e fatto passare attraverso convertitori dove il monossido di carbonio reagisce con il vapore per formare idrogeno e anidride carbonica. L'anidride carbonica viene lavata con soluzioni amminiche e scaricata nell'atmosfera quando le soluzioni vengono riattivate mediante riscaldamento. L'eventuale monossido di carbonio rimasto nel flusso del prodotto viene convertito in metano. (Vedi figura 17.)
Figura 17. Processo di steam reforming
Le ispezioni e le prove devono essere condotte laddove esista la possibilità di guasto della valvola a causa di contaminanti nell'idrogeno. Il carryover dagli scrubber caustici per prevenire la corrosione nei preriscaldatori deve essere controllato e i cloruri dalla materia prima o dal sistema a vapore devono essere evitati dall'entrare nei tubi del reformer e contaminare il catalizzatore. Le esposizioni possono derivare dalla contaminazione della condensa da parte di materiali di processo come sostanze caustiche e composti amminici e dall'eccesso di idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica. Esiste il rischio di ustioni da gas caldi e vapore surriscaldato in caso di rilascio.
Processi vari di raffinazione
Base lubrificante e processi di cera
Oli lubrificanti e cere vengono raffinati da varie frazioni di distillazione atmosferica e sotto vuoto. Con l'invenzione della distillazione sotto vuoto, si scoprì che il residuo ceroso produceva un lubrificante migliore di qualsiasi grasso animale allora in uso, che fu l'inizio della moderna tecnologia di raffinazione di lubrificanti di idrocarburi, il cui obiettivo principale è rimuovere prodotti indesiderati, quali asfalti, aromatici solfonati e cere paraffiniche ed isoparaffiniche dalle frazioni residuali per produrre lubrificanti di alta qualità. Questo viene fatto mediante una serie di processi tra cui la deasfaltazione, l'estrazione con solvente e processi di separazione e trattamento come la deparaffinazione e l'idrofinitura. (Vedi figura 18)
Figura 18. Processo di produzione di olio lubrificante e cera
Nel processo di estrazione, il greggio ridotto dall'unità del vuoto viene deasfaltato con propano e combinato con la materia prima di olio lubrificante di prima distillazione, preriscaldato ed estratto con solvente per produrre una materia prima chiamata raffinato. In un tipico processo di estrazione che utilizza il fenolo come solvente, la materia prima viene miscelata con il fenolo nella sezione di trattamento a temperature inferiori a 204 °C. Il fenolo viene quindi separato dal raffinato e riciclato. Il raffinato può quindi essere sottoposto a un altro processo di estrazione che utilizza il furfurolo per separare i composti aromatici dagli idrocarburi non aromatici, producendo un raffinato di colore più chiaro con indice di viscosità migliorato e stabilità all'ossidazione e termica.
Il raffinato deparaffinato può anche essere soggetto a ulteriore lavorazione per migliorare le qualità dello stock di base. Gli adsorbenti di argilla vengono utilizzati per rimuovere le molecole instabili di colore scuro dalle basi di olio lubrificante. Un processo alternativo, lube hydrofinishing, fa passare il raffinato decerato a caldo e l'idrogeno attraverso un catalizzatore che modifica leggermente la struttura molecolare, ottenendo un olio di colore più chiaro con caratteristiche migliorate. Le basi di olio lubrificante trattate vengono quindi miscelate e/o miscelate con additivi per soddisfare le caratteristiche fisiche e chimiche richieste degli oli motore, dei lubrificanti industriali e degli oli per la lavorazione dei metalli.
I due distinti tipi di cera derivati dal petrolio greggio sono la paraffina, prodotta da scorte di distillato, e la cera microcristallina, prodotta da scorte residue. Il raffinato dall'unità di estrazione contiene una notevole quantità di cera, che può essere rimossa mediante estrazione con solvente e cristallizzazione. Il raffinato viene miscelato con un solvente, come propano, metiletilchetone (MEK) e miscela di toluene o metilisobutilchetone (MIBK), e preraffreddato in scambiatori di calore. La temperatura di cristallizzazione viene raggiunta mediante l'evaporazione del propano nel refrigeratore e nei serbatoi di alimentazione del filtro. La cera viene continuamente rimossa dai filtri e lavata con solvente a freddo per recuperare l'olio trattenuto. Il solvente viene recuperato dal raffinato deparaffinato mediante flashing e strippaggio con vapore, e riciclato.
La cera viene riscaldata con solvente caldo, raffreddata, filtrata e sottoposta a un lavaggio finale per rimuovere ogni traccia di olio. Prima dell'utilizzo la cera può essere idrofinita per migliorarne l'odore ed eliminare ogni traccia di aromatici in modo che la cera possa essere utilizzata nella lavorazione alimentare. Il raffinato decerato, che contiene piccole quantità di paraffine, nafteni e alcuni aromatici, può essere ulteriormente lavorato per essere utilizzato come base per oli lubrificanti.
Il controllo della temperatura del dispositivo di trattamento è importante per prevenire la corrosione da fenolo. La cera può intasare le fognature o i sistemi di drenaggio dell'olio e interferire con il trattamento delle acque reflue. Esiste il rischio di esposizione a solventi di processo come fenolo, propano, una miscela di metiletilchetone e toluene o metilisobutilchetone. L'inalazione di gas e vapori di idrocarburi, nafta aromatica contenente benzene, idrogeno solforato e gas di processo ricchi di idrogeno rappresenta un pericolo.
Lavorazione dell'asfalto
Dopo le operazioni di distillazione primaria, l'asfalto è una porzione di materia residua che necessita di ulteriori lavorazioni per conferire le caratteristiche richieste dal suo utilizzo finale. L'asfalto per i materiali di copertura viene prodotto mediante soffiaggio d'aria. Il residuo viene riscaldato in un tubo ancora quasi fino al suo punto di infiammabilità e caricato in una torre di soffiaggio dove viene iniettata aria calda per un periodo di tempo prestabilito. La deidrogenazione dell'asfalto forma idrogeno solforato e l'ossidazione crea anidride solforosa. Il vapore viene utilizzato per ricoprire la parte superiore della torre per trascinare i contaminanti e viene fatto passare attraverso uno scrubber per condensare gli idrocarburi.
La distillazione sotto vuoto viene generalmente utilizzata per produrre asfalto catramato stradale. Il residuo viene riscaldato e caricato in una colonna dove viene applicato il vuoto per evitare la rottura.
Il vapore condensato dei vari processi di asfalto conterrà tracce di idrocarburi. Qualsiasi interruzione del vuoto può provocare l'ingresso di aria atmosferica e il conseguente incendio. Nella produzione di asfalto, l'innalzamento della temperatura del fondo della torre a vuoto per migliorare l'efficienza può generare metano mediante cracking termico. Questo crea vapori nei serbatoi di stoccaggio dell'asfalto che sono nella gamma infiammabile, ma non rilevabili dai test flash. Il soffio d'aria può creare alcuni aromatici polinucleari (cioè IPA). Anche il vapore condensato proveniente dal processo di soffiaggio dell'asfalto può contenere vari contaminanti.
Processi di addolcimento e trattamento degli idrocarburi
Molti prodotti, come le nafte termiche da visbreaking, coking o cracking termico e nafte e distillati ad alto contenuto di zolfo dalla distillazione del petrolio greggio, richiedono un trattamento per essere utilizzati nelle miscele di benzina e olio combustibile. I prodotti della distillazione, compreso il cherosene e altri distillati, possono contenere tracce di aromatici, mentre i nafteni e le basi per oli lubrificanti possono contenere cera. Questi indesiderabili vengono rimossi nelle fasi di raffinazione intermedie o appena prima dell'invio dei prodotti alla miscelazione e allo stoccaggio, mediante processi di raffinazione come l'estrazione con solvente e la deparaffinazione con solvente. Una varietà di prodotti intermedi e finiti, inclusi distillati medi, benzina, cherosene, jet fuel e gas acidi devono essere essiccati e addolciti.
Il trattamento viene eseguito in una fase intermedia del processo di raffinazione o poco prima di inviare i prodotti finiti alla miscelazione e allo stoccaggio. Il trattamento rimuove i contaminanti dall'olio, come composti organici contenenti zolfo, azoto e ossigeno, metalli disciolti, sali inorganici e sali solubili disciolti in acqua emulsionata. I materiali di trattamento includono acidi, solventi, alcali e agenti ossidanti e adsorbenti. I trattamenti acidi vengono utilizzati per migliorare l'odore, il colore e altre proprietà delle basi lubrificanti, per prevenire la corrosione e la contaminazione del catalizzatore e per migliorare la stabilità del prodotto. L'idrogeno solforato che viene rimosso dal gas acido "secco" mediante un agente assorbente (dietanolammina) viene bruciato in torcia, utilizzato come combustibile o convertito in zolfo. Il tipo di trattamento e gli agenti dipendono dalla materia prima grezza, dai processi intermedi e dalle specifiche del prodotto finale.
Processi di trattamento con solventi
Estrazione mediante solvente separa aromatici, nafteni e impurità dai flussi di prodotto mediante dissoluzione o precipitazione. L'estrazione con solvente previene la corrosione, protegge il catalizzatore nei processi successivi e migliora i prodotti finiti rimuovendo gli idrocarburi aromatici insaturi dai lubrificanti e dalle basi di grasso.
La materia prima viene essiccata e sottoposta a trattamento con solvente in controcorrente continuo. In un processo, la materia prima viene lavata con un liquido in cui le sostanze da rimuovere sono più solubili rispetto al prodotto risultante desiderato. In un altro processo, vengono aggiunti solventi selezionati, provocando la precipitazione delle impurità dal prodotto. Il solvente viene separato dalla corrente del prodotto mediante riscaldamento, evaporazione o frazionamento, con quantità residue in tracce successivamente rimosse dal raffinato mediante strippaggio con vapore o flashing sotto vuoto. La precipitazione elettrica può essere utilizzata per la separazione di composti inorganici. Il solvente viene quindi rigenerato per essere riutilizzato nel processo.
Le sostanze chimiche tipiche utilizzate nel processo di estrazione includono un'ampia varietà di acidi, alcali e solventi, inclusi fenolo e furfurolo, nonché agenti ossidanti e agenti di adsorbimento. Nel processo di adsorbimento, i materiali solidi altamente porosi raccolgono molecole liquide sulla loro superficie. La selezione di specifici processi e agenti chimici dipende dalla natura della materia prima da trattare, dai contaminanti presenti e dai requisiti del prodotto finito. (Vedi figura 19.)
Figura 19. Processo di estrazione con solvente
Deparaffinazione con solvente rimuove la cera dal distillato o dalle basi residue e può essere applicato in qualsiasi fase del processo di raffinazione. Nella deparaffinazione con solvente, le materie prime cerose vengono raffreddate mediante scambiatore di calore e refrigerazione e viene aggiunto solvente per favorire lo sviluppo di cristalli che vengono rimossi mediante filtrazione sotto vuoto. L'olio deparaffinato e il solvente vengono sottoposti a flashing e stripping e la cera passa attraverso un decantatore ad acqua, un frazionatore di solventi e una torre flash. (Vedi figura 20.)
Figura 20. Processo di deparaffinazione con solvente
Deasfaltazione a solvente separa le frazioni di olio pesante per produrre olio lubrificante pesante, materie prime per il cracking catalitico e asfalto. La materia prima e il propano liquido (o esano) vengono pompati in una torre di estrazione a miscele, temperature e pressioni controllate con precisione. La separazione avviene in un contattore a disco rotante, in base alle differenze di solubilità. I prodotti vengono quindi evaporati e sottoposti a stripping con vapore per recuperare il propano per il riciclo. La deasfaltazione con solvente rimuove anche composti di zolfo e azoto, metalli, residui carboniosi e paraffine dalla materia prima. (Vedi figura 21.)
Figura 21. Processo di deasfaltazione con solvente
Considerazioni sulla salute e la sicurezza.
Nella deparaffinazione con solvente, l'interruzione del vuoto creerà un potenziale rischio di incendio consentendo all'aria di entrare nell'unità. Esiste il potenziale per l'esposizione ai vapori di solvente deparaffinante, una miscela di MEK e toluene. Sebbene l'estrazione con solvente sia un processo chiuso, esiste una potenziale esposizione agli IPA cancerogeni negli oli di processo e ai solventi di estrazione come fenolo, furfurolo, glicole, MEK, ammine e altri prodotti chimici di processo durante la manipolazione e le operazioni.
La disasfalto richiede un controllo preciso della temperatura e della pressione per evitare ribaltamenti. Inoltre, l'umidità, l'eccesso di solvente o un abbassamento della temperatura di esercizio possono causare la formazione di schiuma che influisce sul controllo della temperatura del prodotto e può creare problemi. Il contatto con flussi di olio caldo provoca ustioni alla pelle. Esiste il rischio di esposizione a flussi di olio caldo contenenti composti aromatici policiclici cancerogeni, propano liquefatto e vapori di propano, idrogeno solforato e anidride solforosa.
Processi di idrotrattamento
L'idrotrattamento viene utilizzato per rimuovere circa il 90% dei contaminanti, inclusi azoto, zolfo, metalli e idrocarburi insaturi (olefine), dalle frazioni liquide del petrolio come la benzina di prima distillazione. L'idrotrattamento è simile all'idrocracking in quanto sia l'idrogeno che il catalizzatore vengono utilizzati per arricchire il contenuto di idrogeno della materia prima olefinica. Tuttavia, il grado di saturazione non è così elevato come quello raggiunto nell'idrocracking. Tipicamente, l'idrotrattamento viene eseguito prima di processi come il reforming catalitico, in modo che il catalizzatore non sia contaminato da materie prime non trattate. L'idrotrattamento viene utilizzato anche prima del cracking catalitico per ridurre lo zolfo e migliorare la resa del prodotto e per migliorare le frazioni di petrolio distillato medio in cherosene finito, gasolio e oli combustibili per riscaldamento.
I processi di hydrotreating differiscono a seconda delle materie prime e dei catalizzatori. L'idrodesolforazione rimuove lo zolfo dal cherosene, riduce gli aromatici e le caratteristiche di formazione di gomma e satura le eventuali olefine. L'idroformatura è un processo di deidrogenazione utilizzato per recuperare l'idrogeno in eccesso e produrre benzina ad alto numero di ottano. I prodotti idrotrattati vengono miscelati o utilizzati come materia prima per il reforming catalitico.
In idrodesolforazione catalitica, la materia prima viene disaerata, miscelata con idrogeno, preriscaldata e caricata ad alta pressione attraverso un reattore catalitico a letto fisso. L'idrogeno viene separato e riciclato e il prodotto stabilizzato in una colonna di stripping dove vengono rimosse le estremità leggere.
Durante questo processo, i composti di zolfo e azoto presenti nella materia prima vengono convertiti in idrogeno solforato (H2S) e ammoniaca (NH3). L'idrogeno solforato residuo e l'ammoniaca vengono rimossi mediante stripping con vapore, mediante un separatore combinato ad alta e bassa pressione o mediante lavaggio amminico che recupera l'idrogeno solforato in un flusso altamente concentrato adatto alla conversione in zolfo elementare. (Vedi figura 22 e figura 23.)
Figura 22. Processo di idrodesolforazione
Figura 23. Schema del processo di idrodesolforazione
Nell'hydrotreating, il contenuto di idrogeno solforato della materia prima deve essere strettamente controllato al minimo per ridurre la corrosione. Il cloruro di idrogeno può formarsi e condensarsi come acido cloridrico nelle parti a temperatura più bassa dell'unità. L'idrosolfuro di ammonio può formarsi in unità ad alta temperatura e alta pressione. In caso di rilascio, esiste la possibilità di esposizione a vapori di nafta aromatica che contengono benzene, idrogeno solforato o idrogeno gassoso o ad ammoniaca in caso di fuoriuscita o fuoriuscita di acqua acida. Il fenolo può anche essere presente se vengono lavorate materie prime ad alto punto di ebollizione.
Un tempo di contatto e/o una temperatura eccessivi creeranno coke nell'unità. Devono essere prese precauzioni quando si scarica il catalizzatore coke dall'unità per evitare incendi di solfuro di ferro. Il catalizzatore cokizzato deve essere raffreddato a una temperatura inferiore a 49 °C prima della rimozione o scaricato in contenitori inertizzati con azoto dove può essere raffreddato prima di un'ulteriore manipolazione. Speciali additivi antischiuma possono essere usati per prevenire l'avvelenamento del catalizzatore dovuto al residuo di silicone nella materia prima del coker.
Altri processi di dolcificazione e trattamento
I processi di trattamento, essiccazione e addolcimento vengono utilizzati per rimuovere le impurità dagli stock di miscelazione. (Vedi figura 24.)
Figura 24. Processi di addolcimento e trattamento
I processi di addolcimento utilizzano aria o ossigeno. Se l'ossigeno in eccesso entra in questi processi, è possibile che si verifichi un incendio nel sedimentatore a causa della generazione di elettricità statica. Esiste la possibilità di esposizione a idrogeno solforato, anidride solforosa, sostanze caustiche (idrossido di sodio), sostanze caustiche esaurite, catalizzatore esaurito (Merox), polvere di catalizzatore e agenti dolcificanti (carbonato di sodio e bicarbonato di sodio).
Impianti di ammine (trattamento gas acidi).
Il gas acido (gas combustibile proveniente da processi come il cracking catalitico e l'idrotrattamento, che contiene idrogeno solforato e anidride carbonica) deve essere trattato prima di poter essere utilizzato come combustibile di raffineria. Gli impianti amminici rimuovono i contaminanti acidi dai gas acidi e dai flussi di idrocarburi. Negli impianti amminici, i flussi di idrocarburi gassosi e liquidi contenenti anidride carbonica e/o idrogeno solforato vengono caricati in una torre di assorbimento del gas o in un contattore liquido, dove i contaminanti acidi vengono assorbiti da soluzioni amminiche in controcorrente: monoetanolammina (MEA), dietanolammina (DEA) o metildietanolammina (MDEA). Il gas o il liquido strippato viene rimosso dall'alto e l'ammina viene inviata a un rigeneratore. Nel rigeneratore, i componenti acidi vengono rimossi dal calore e dall'azione di ribollitura e smaltiti, mentre l'ammina viene riciclata.
Per ridurre al minimo la corrosione, è necessario stabilire pratiche operative adeguate e controllare le temperature del fondo del rigeneratore e del ribollitore. L'ossigeno dovrebbe essere tenuto fuori dal sistema per prevenire l'ossidazione dell'ammina. Esiste la possibilità di esposizione a composti amminici (ad es. MEA, DEA, MDEA), idrogeno solforato e anidride carbonica.
Dolcificante ed essiccante
L'addolcimento (rimozione del mercaptano) tratta i composti dello zolfo (idrogeno solforato, tiofene e mercaptano) per migliorare il colore, l'odore e la stabilità all'ossidazione e riduce le concentrazioni di anidride carbonica nella benzina. Alcuni mercaptani vengono rimossi facendo entrare il prodotto in contatto con sostanze chimiche idrosolubili (p. es., acido solforico) che reagiscono con i mercaptani. Il liquido caustico (idrossido di sodio), i composti amminici (dietanolammina) o l'addolcimento del catalizzatore a letto fisso possono essere utilizzati per convertire i mercaptani in disolfuri meno discutibili.
L'essiccazione del prodotto (rimozione dell'acqua) si ottiene mediante assorbimento d'acqua, con o senza agenti adsorbenti. Alcuni processi essiccano e addolciscono contemporaneamente mediante adsorbimento su setacci molecolari.
Recupero dello zolfo
Il recupero dello zolfo rimuove l'idrogeno solforato dai gas acidi e dai flussi di idrocarburi. Il processo Clause converte l'idrogeno solforato in zolfo elementare attraverso l'uso di reazioni termiche e catalitiche. Dopo aver bruciato l'idrogeno solforato in condizioni controllate, i recipienti knockout rimuovono l'acqua e gli idrocarburi dai flussi di gas di alimentazione, che vengono quindi esposti a un catalizzatore per recuperare ulteriore zolfo. Il vapore di zolfo derivante dalla combustione e dalla conversione viene condensato e recuperato.
Trattamento dei gas di coda
Sia l'ossidazione che la riduzione sono utilizzate per trattare il gas di coda dalle unità di recupero dello zolfo, a seconda della composizione del gas e dell'economia della raffineria. I processi di ossidazione bruciano il gas di coda per convertire tutti i composti di zolfo in anidride solforosa, mentre i processi di riduzione convertono i composti di zolfo in idrogeno solforato.
Lavaggio con idrogeno solforato
Il lavaggio con idrogeno solforato è un processo primario di trattamento della materia prima di idrocarburi utilizzato per prevenire l'avvelenamento del catalizzatore. A seconda della materia prima e della natura dei contaminanti, i metodi di desolforazione varieranno dall'assorbimento di carbone attivo a temperatura ambiente all'idrogenazione catalitica ad alta temperatura seguita dal trattamento con ossido di zinco.
Impianti a gas sat e non sat
Le materie prime provenienti da varie unità di raffinazione vengono inviate agli impianti di trattamento del gas, dove butani e buteni vengono rimossi per essere utilizzati come materie prime per l'alchilazione, i componenti più pesanti vengono inviati alla miscelazione della benzina, il propano viene recuperato per il GPL e il propilene viene rimosso per l'uso nei prodotti petrolchimici.
Impianti a gas sat componenti separati dai gas di raffineria, inclusi butani per l'alchilazione, pentani per la miscelazione della benzina, GPL per carburanti ed etano per prodotti petrolchimici. Esistono due diversi processi di gas sat: assorbimento-frazionamento o frazionamento diretto. Nel frazionamento ad assorbimento, gas e liquidi provenienti da varie unità vengono alimentati ad un assorbitore/de-etanizzatore dove C2 e le frazioni più leggere vengono separate mediante assorbimento di olio povero e rimosse per l'uso come gas combustibile o alimentazione petrolchimica. Le rimanenti frazioni più pesanti vengono rimosse e inviate a un debutanizzatore, e l'olio magro viene riciclato nuovamente all'assorbitore/de-etanizzatore. C3/C4 viene separato dai pentani nel debutanizzatore, lavato per rimuovere l'idrogeno solforato e alimentato a uno splitter per separare propano e butano. La fase di assorbimento viene eliminata negli impianti di frazionamento. I processi del gas sat dipendono dalla materia prima e dalla domanda di prodotti.
La corrosione si verifica a causa della presenza di idrogeno solforato, anidride carbonica e altri composti come risultato di un precedente trattamento. I flussi contenenti ammoniaca devono essere asciugati prima della lavorazione. Gli additivi antivegetativi sono utilizzati nell'olio di assorbimento per proteggere gli scambiatori di calore. Gli inibitori di corrosione vengono utilizzati per controllare la corrosione nei sistemi sopraelevati. Esiste la possibilità che l'esposizione a idrogeno solforato, anidride carbonica, idrossido di sodio, MEA, DEA e MDEA venga trasferita dal trattamento precedente.
Impianti a gas non saturati recuperare gli idrocarburi leggeri dai flussi di gas umido dai cracker catalitici e dagli accumulatori di testa del coker ritardato o dai ricevitori di frazionamento. In un processo tipico, i gas umidi vengono compressi e trattati con ammina per rimuovere l'idrogeno solforato prima o dopo essere entrati in un assorbitore di frazionamento, dove si mescolano in un flusso simultaneo di benzina debutanizzata. Le frazioni leggere vengono separate a caldo in un ribollitore, con i gas di scarico inviati ad un assorbitore di spugne ei fondi inviati ad un debutanizzatore. Una parte dell'idrocarburo debutanizzato viene riciclata e il resto va a uno splitter per la separazione. I gas di testa vanno a un depropanizzatore per essere utilizzati come materia prima per l'unità di alchilazione. (Vedi figura 25.)
Figura 25. Processo dell'impianto a gas non saturato
La corrosione può verificarsi a causa dell'idrogeno solforato umido e dei cianuri negli impianti di gas insaturo che gestiscono materie prime FCC. La corrosione da acido solfidrico e depositi nelle sezioni ad alta pressione dei compressori di gas da composti di ammonio è possibile quando le materie prime provengono dal coker ritardato o dal TCC. Esiste il potenziale per l'esposizione all'idrogeno solforato e ai composti amminici come MEA, DEA e MDEA.
Processi di miscelazione di benzina, combustibili distillati e lubrificanti
La miscelazione è la miscela fisica di un numero di diverse frazioni di idrocarburi liquidi per produrre prodotti finiti con specifiche caratteristiche desiderate. I prodotti possono essere miscelati in linea attraverso un sistema a collettore o miscelati in lotti in serbatoi e recipienti. La miscelazione in linea di benzina, distillati, carburanti per aerei e basi di lubrificanti viene eseguita iniettando quantità proporzionate di ciascun componente nel flusso principale dove la turbolenza favorisce una miscelazione completa.
Gli additivi vengono spesso miscelati nella benzina e nei carburanti durante o dopo la miscelazione per fornire proprietà specifiche non inerenti agli idrocarburi del petrolio. Questi additivi includono potenziatori di ottano, agenti antidetonanti, antiossidanti, inibitori di gomma, inibitori di schiuma, inibitori di ruggine, detergenti per carburatori (carbonio), detergenti per la pulizia degli iniettori, profumatori diesel, coloranti, distillati antistatici, ossidanti per benzina come metanolo, etanolo e metil-terz-butil etere, disattivatori di metalli e altri.
Le operazioni di miscelazione batch e in linea richiedono controlli rigorosi per mantenere la qualità del prodotto desiderata. Le fuoriuscite devono essere pulite e le perdite riparate per evitare scivolamenti e cadute. Gli additivi in fusti e sacchi devono essere maneggiati correttamente per evitare sforzi ed esposizione. Esiste la possibilità di contatto con additivi pericolosi, prodotti chimici, benzene e altri materiali durante la miscelazione e sono necessari controlli tecnici appropriati, dispositivi di protezione individuale e un'adeguata igiene per ridurre al minimo le esposizioni.
Operazioni ausiliarie di raffineria
Le operazioni ausiliarie a supporto dei processi di raffinazione includono quelle che forniscono calore e raffreddamento di processo; fornire sollievo dalla pressione; controllare le emissioni in aria; raccogliere e trattare le acque reflue; fornire utenze come elettricità, vapore, aria e gas di impianto; e pompare, immagazzinare, trattare e raffreddare l'acqua di processo.
Trattamento delle acque reflue
Le acque reflue di raffineria comprendono vapore condensato, acqua di strippaggio, soluzioni caustiche esauste, spurgo di torri di raffreddamento e caldaie, acque di lavaggio, acque di neutralizzazione dei rifiuti alcalini e acidi e altre acque associate al processo. Le acque reflue contengono tipicamente idrocarburi, materiali disciolti, solidi sospesi, fenoli, ammoniaca, solfuri e altri composti. Il trattamento delle acque reflue viene utilizzato per l'acqua di processo, l'acqua di ruscellamento e l'acqua di fognatura prima del loro scarico. Questi trattamenti possono richiedere permessi o ci deve essere il riciclaggio.
Esiste il rischio di incendio nel caso in cui i vapori delle acque reflue contenenti idrocarburi raggiungano una fonte di ignizione durante il processo di trattamento. Esiste il potenziale per l'esposizione a varie sostanze chimiche e prodotti di scarto durante il campionamento del processo, l'ispezione, la manutenzione e i turnaround.
Pretrattamento
Il pretrattamento è la separazione iniziale di idrocarburi e solidi dalle acque reflue. I separatori API, le piastre intercettrici e i bacini di decantazione vengono utilizzati per rimuovere idrocarburi sospesi, fanghi oleosi e solidi mediante separazione per gravità, scrematura e filtrazione. Le acque reflue acide vengono neutralizzate con ammoniaca, calce o carbonato di sodio. Le acque reflue alcaline vengono trattate con acido solforico, acido cloridrico, fumi ricchi di anidride carbonica o zolfo. Alcune emulsioni olio in acqua vengono prima riscaldate per aiutare a separare l'olio e l'acqua. La separazione per gravità dipende dai diversi pesi specifici dell'acqua e dei globuli di olio immiscibili, che consente di rimuovere l'olio libero dalla superficie delle acque reflue.
Stripping con acqua acida
L'acqua contenente solfuri, chiamata acqua acida, viene prodotta nei processi di cracking catalitico e hydro-treating, e ogni volta che il vapore viene condensato in presenza di gas contenenti idrogeno solforato.
Lo stripping viene utilizzato su acque reflue contenenti solfuri e/o ammoniaca e l'estrazione con solvente viene utilizzata per rimuovere i fenoli dalle acque reflue. Le acque reflue che devono essere riciclate possono richiedere il raffreddamento per rimuovere il calore e/o l'ossidazione mediante spruzzatura o strippaggio dell'aria per rimuovere eventuali residui di fenoli, nitrati e ammoniaca.
Trattamento secondario
Dopo il pretrattamento, i solidi sospesi vengono rimossi mediante sedimentazione o flottazione ad aria. Le acque reflue con bassi livelli di solidi vengono vagliate o filtrate e possono essere aggiunti agenti flocculanti per favorire la separazione. I materiali con elevate caratteristiche di adsorbimento vengono utilizzati nei filtri a letto fisso o aggiunti alle acque reflue per formare un impasto liquido che viene rimosso mediante sedimentazione o filtrazione. I processi di trattamento secondario degradano biologicamente e ossidano la materia organica solubile mediante l'uso di fanghi attivi, lagune non aerate o aerate, metodi di filtrazione percolante o trattamenti anaerobici. Ulteriori metodi di trattamento vengono utilizzati per rimuovere oli e sostanze chimiche dalle acque reflue.
Trattamento terziario
I trattamenti terziari rimuovono inquinanti specifici al fine di soddisfare i requisiti normativi di scarico. Questi trattamenti includono clorazione, ozonizzazione, scambio ionico, osmosi inversa, adsorbimento di carbone attivo e altri. L'ossigeno compresso può essere diffuso nei flussi di acque reflue per ossidare determinate sostanze chimiche o per soddisfare i requisiti normativi sul contenuto di ossigeno.
Torri di raffreddamento
Le torri di raffreddamento rimuovono il calore dall'acqua di processo mediante evaporazione e trasferimento di calore latente tra acqua calda e aria. I due tipi di torri sono controcorrente e a flusso incrociato.
L'acqua di raffreddamento ricircolata deve essere trattata per rimuovere le impurità e gli eventuali idrocarburi disciolti. Le impurità nell'acqua di raffreddamento possono corrodere e sporcare le tubazioni e gli scambiatori di calore, le incrostazioni dei sali disciolti possono depositarsi sui tubi e le torri di raffreddamento in legno possono essere danneggiate dai microrganismi.
L'acqua della torre di raffreddamento può essere contaminata da materiali di processo e sottoprodotti, tra cui anidride solforosa, idrogeno solforato e anidride carbonica, con conseguenti esposizioni. Esiste la possibilità di esposizione a sostanze chimiche per il trattamento dell'acqua o all'idrogeno solforato quando le acque reflue vengono trattate insieme a torri di raffreddamento. Poiché l'acqua è satura di ossigeno per il raffreddamento con l'aria, le possibilità di corrosione aumentano. Un mezzo per prevenire la corrosione è l'aggiunta di un materiale all'acqua di raffreddamento che forma una pellicola protettiva su tubi e altre superfici metalliche.
Quando l'acqua di raffreddamento è contaminata da idrocarburi, i vapori infiammabili possono evaporare nell'aria di scarico. Se è presente una fonte di ignizione o un fulmine, possono scoppiare incendi. Esistono rischi di incendio quando ci sono aree relativamente asciutte nelle torri di raffreddamento a tiraggio indotto di costruzione combustibile. La perdita di alimentazione ai ventilatori delle torri di raffreddamento o alle pompe dell'acqua può creare gravi conseguenze nelle operazioni di processo.
Generazione di vapore
Il vapore viene prodotto attraverso le operazioni di riscaldamento e caldaia negli impianti centrali di generazione del vapore e in varie unità di processo, utilizzando il calore dei gas di combustione o altre fonti. I sistemi di generazione del vapore includono:
L'operazione potenzialmente più pericolosa nella generazione di vapore è l'avvio del riscaldatore. Una miscela infiammabile di gas e aria può accumularsi a causa della perdita di fiamma in uno o più bruciatori durante lo spegnimento. Per ogni diverso tipo di unità sono richieste procedure di avviamento specifiche, incluso lo spurgo prima dello spegnimento e le procedure di emergenza in caso di mancata accensione o perdita di fiamma del bruciatore. Se l'acqua di alimentazione è bassa e le caldaie sono asciutte, i tubi si surriscaldano e si guastano. L'acqua in eccesso verrà trasportata nel sistema di distribuzione del vapore, causando danni alle turbine. Le caldaie dovrebbero avere sistemi di spurgo continui o intermittenti per rimuovere l'acqua dai corpi cilindrici del vapore e per limitare l'accumulo di incrostazioni sulle pale delle turbine e sui tubi del surriscaldatore. Bisogna fare attenzione a non surriscaldare il surriscaldatore durante l'avvio e lo spegnimento. Fonti di combustibile alternative dovrebbero essere fornite in caso di perdita di gas combustibile a causa dell'arresto o dell'emergenza dell'unità di raffineria.
Combustibile del riscaldatore
Nei riscaldatori può essere utilizzato uno qualsiasi o qualsiasi combinazione di combustibili, inclusi gas di raffineria, gas naturale, olio combustibile e carbone in polvere. Il gas di scarico della raffineria viene raccolto dalle unità di processo e combinato con gas naturale e GPL in un fusto di bilanciamento del gas combustibile. Il tamburo di bilanciamento fornisce una pressione costante del sistema, un contenuto di BTU (energia) abbastanza stabile e la separazione automatica dei liquidi sospesi nei vapori gassosi e impedisce il trascinamento di grosse quantità di condensa nel sistema di distribuzione.
L'olio combustibile è tipicamente una miscela di greggio di raffineria e residui di prima distillazione e crackizzati, miscelati con altri prodotti. Il sistema dell'olio combustibile fornisce combustibile agli aerotermi e ai generatori di vapore alle temperature e pressioni richieste. L'olio combustibile viene riscaldato alla temperatura di pompaggio, aspirato attraverso un filtro di aspirazione grossolano, pompato in un riscaldatore di controllo della temperatura e quindi attraverso un filtro a maglia fine prima di essere bruciato. I recipienti di sfondamento, forniti nelle unità di processo, vengono utilizzati per rimuovere i liquidi dal gas combustibile prima della combustione.
In un esempio di generazione di calore dell'unità di processo, le caldaie a monossido di carbonio (CO) recuperano il calore nelle unità di cracking catalitico mentre il monossido di carbonio nei gas di combustione viene bruciato per completare la combustione. In altri processi, le unità di recupero del calore residuo utilizzano il calore dei fumi per produrre vapore.
Distribuzione del vapore
Il vapore viene tipicamente generato da riscaldatori e caldaie combinati in un'unica unità. Il vapore esce dalle caldaie alla massima pressione richiesta dalle unità di processo o dal generatore elettrico. La pressione del vapore viene quindi ridotta nelle turbine che azionano pompe di processo e compressori. Quando il vapore di raffineria viene utilizzato anche per azionare i generatori a turbina a vapore per produrre elettricità, il vapore deve essere prodotto a una pressione molto più elevata di quella richiesta per il vapore di processo. Il sistema di distribuzione del vapore è costituito da valvole, raccordi, tubazioni e raccordi adeguati alla pressione del vapore trasportato. La maggior parte del vapore utilizzato nella raffineria viene condensato in acqua negli scambiatori di calore e riutilizzato come acqua di alimentazione della caldaia o scaricato nel trattamento delle acque reflue.
Acqua di alimentazione del vapore
La fornitura di acqua di alimentazione è una parte importante della generazione di vapore. Devono esserci sempre tante libbre d'acqua che entrano nel sistema di generazione del vapore quante sono le libbre di vapore che ne escono. L'acqua utilizzata nella generazione del vapore deve essere priva di contaminanti, inclusi minerali e impurità disciolte, che possono danneggiare il sistema o comprometterne il funzionamento. I materiali in sospensione come limo, liquami e olio, che formano incrostazioni e fanghi, vengono coagulati o filtrati dall'acqua. I gas disciolti, in particolare l'anidride carbonica e l'ossigeno che causano la corrosione della caldaia, vengono rimossi mediante disaerazione e trattamento. I minerali disciolti come sali metallici, calcio e carbonati, che causano depositi di incrostazioni, corrosione e pale delle turbine, vengono trattati con calce o carbonato di sodio per farli precipitare fuori dall'acqua. A seconda delle sue caratteristiche, l'acqua grezza di alimentazione della caldaia può essere trattata mediante chiarificazione, sedimentazione, filtrazione, scambio ionico, disaerazione e trattamento interno. Anche l'acqua di raffreddamento ricircolata deve essere trattata per rimuovere idrocarburi e altri contaminanti.
Riscaldatori di processo, scambiatori di calore e raffreddatori
I riscaldatori di processo e gli scambiatori di calore preriscaldano le materie prime nelle torri di distillazione e nei processi di raffinazione alle temperature di reazione. La maggior parte del calore fornito alle unità di processo proviene da riscaldatori a fuoco presenti su unità di preriscaldamento del greggio e di reforming, riscaldatori di coker e ribollitori a grande colonna, che sono alimentati da raffineria o gas naturale, distillati e oli residui. I riscaldatori sono generalmente progettati per operazioni di processo specifiche e la maggior parte sono cilindrici verticali o a scatola. Gli scambiatori di calore utilizzano vapore o idrocarburi caldi, trasferiti da qualche altra sezione del processo, per l'apporto di calore.
Il calore viene inoltre rimosso da alcuni processi mediante scambiatori di aria e acqua, ventole ad alette, raffreddatori di gas e liquidi e condensatori aerei o trasferendo il calore ad altri sistemi. Il sistema di refrigerazione meccanico a compressione di vapore di base è progettato per servire una o più unità di processo e comprende un evaporatore, un compressore, un condensatore, controlli e tubazioni. I refrigeranti comuni sono acqua, miscela di alcool/acqua o varie soluzioni di glicole.
È necessario un mezzo per fornire un adeguato tiraggio o spurgo del vapore per ridurre la possibilità di esplosioni quando si accendono fuochi nei forni di riscaldamento. Per ogni tipologia di unità sono richieste specifiche procedure di avviamento e di emergenza. Se il fuoco colpisce i ventilatori delle alette, potrebbe verificarsi un guasto a causa del surriscaldamento. Se un prodotto infiammabile fuoriesce da uno scambiatore di calore o da un refrigeratore a causa di una perdita, potrebbe verificarsi un incendio.
È necessario prestare attenzione per garantire che tutta la pressione venga rimossa dai tubi del riscaldatore prima di rimuovere qualsiasi collettore o tappo di montaggio. Si dovrebbe prendere in considerazione la possibilità di prevedere uno scarico della pressione nei sistemi di tubazioni dello scambiatore di calore nel caso in cui siano bloccati mentre sono pieni di liquido. Se i controlli falliscono, potrebbero verificarsi variazioni di temperatura e pressione su entrambi i lati dello scambiatore di calore. Se i tubi dello scambiatore di calore si guastano e la pressione di processo è maggiore della pressione del riscaldatore, il prodotto potrebbe entrare nel riscaldatore con conseguenze a valle. Se la pressione è inferiore, il flusso del riscaldatore potrebbe entrare nel flusso del fluido di processo. Se si verifica una perdita di circolazione nei refrigeratori di liquido o gas, l'aumento della temperatura del prodotto potrebbe influire sulle operazioni a valle, richiedendo uno scarico della pressione.
A seconda del combustibile, del funzionamento del processo e della progettazione dell'unità, esiste la possibilità di esposizione a idrogeno solforato, monossido di carbonio, idrocarburi, fanghi dell'acqua di alimentazione delle caldaie a vapore e sostanze chimiche per il trattamento delle acque. Evitare il contatto della pelle con lo scarico della caldaia che può contenere composti fenolici. È possibile l'esposizione a calore radiante, vapore surriscaldato e idrocarburi caldi.
Sistemi di scarico della pressione e svasatura
I controlli tecnici incorporati nei processi includono la riduzione delle concentrazioni di vapori infiammabili mediante ventilazione, diluizione e inertizzazione. La pressurizzazione viene utilizzata per mantenere le sale di controllo al di sopra della pressione atmosferica al fine di ridurre la possibilità di ingresso di vapori. I sistemi di scarico della pressione sono forniti per controllare vapori e liquidi che vengono rilasciati da dispositivi di scarico della pressione e scarichi. Lo scarico della pressione è un rilascio automatico e pianificato quando la pressione di esercizio raggiunge un livello predeterminato. Lo scarico di solito si riferisce al rilascio intenzionale di materiale, come gli scarichi dall'avvio dell'unità di processo, gli scarichi del forno, gli arresti e le emergenze. La depressurizzazione del vapore è la rapida rimozione dei vapori dai recipienti a pressione in caso di emergenza. Ciò può essere ottenuto mediante l'uso di un disco di rottura, solitamente regolato a una pressione maggiore rispetto alla valvola di sicurezza.
Valvole di sicurezza
Le valvole di sicurezza, utilizzate per controllare le pressioni di aria, vapore, gas e vapori di idrocarburi e liquidi, si aprono in proporzione all'aumento della pressione rispetto alla normale pressione di esercizio. Le valvole di sicurezza, progettate principalmente per rilasciare elevati volumi di vapore, di solito si aprono a piena capacità. La sovrapressione necessaria per aprire le valvole di scarico del liquido, dove non è richiesto lo scarico di grandi volumi, aumenta quando la valvola si solleva a causa della maggiore resistenza della molla. Le valvole di rilascio di sicurezza pilotate, con una capacità fino a sei volte superiore alle normali valvole di sfioro, vengono utilizzate dove sono richieste una tenuta più stretta e scarichi di volume maggiore. I liquidi non volatili vengono solitamente pompati ai sistemi di separazione e recupero olio/acqua, mentre i liquidi volatili vengono inviati alle unità che operano a pressione inferiore.
Razzi
Un tipico sistema chiuso di scarico della pressione e torcia comprende valvole di sfiato e linee dalle unità di processo per la raccolta degli scarichi, fusti di abbattimento per separare vapori e liquidi, guarnizioni e/o gas di spurgo per la protezione dal ritorno di fiamma e un sistema di torcia e accenditore, che brucia i vapori se lo scarico diretto nell'atmosfera non è consentito. Il vapore può essere iniettato nella punta svasata per ridurre il fumo visibile.
I liquidi non devono essere scaricati in un sistema di smaltimento dei vapori. I tamburi e le torce di svasatura devono essere sufficientemente grandi da gestire gli scarichi di emergenza e i tamburi richiedono uno scarico in caso di sovrapressione. Fornire valvole limitatrici di pressione laddove esista la possibilità di sovrapressione nei processi di raffineria, ad esempio a causa delle seguenti cause:
Poiché la quantità di riflusso influisce sul volume dei vapori che escono dalla torre di distillazione, la perdita di volume provoca una caduta di pressione nei condensatori e un aumento di pressione nelle torri di distillazione.
La manutenzione è importante perché le valvole devono funzionare correttamente. I problemi comuni di funzionamento della valvola includono:
Utilità
Water. A seconda della posizione e delle risorse della comunità, le raffinerie possono attingere alle forniture idriche pubbliche per l'acqua potabile e di processo o possono dover pompare e trattare la propria acqua potabile. Il trattamento può includere un'ampia gamma di requisiti, dalla dissalazione alla filtrazione, alla clorazione e ai test.
Liquame. Inoltre, a seconda della disponibilità di impianti di trattamento fuori sede comunitari o privati, le raffinerie potrebbero dover provvedere all'autorizzazione, alla raccolta, al trattamento e allo scarico dei loro rifiuti sanitari.
energia elettrica. Le raffinerie ricevono elettricità da fonti esterne o la producono in proprio, utilizzando generatori elettrici azionati da turbine a vapore o motori a gas. Le aree sono classificate in base al tipo di protezione elettrica richiesta per evitare che una scintilla inneschi vapori o contenga un'esplosione all'interno di apparecchiature elettriche. Le sottostazioni elettriche, che sono normalmente ubicate in aree non classificate, lontano da fonti di vapori di idrocarburi infiammabili o spruzzi d'acqua di torri di raffreddamento, contengono trasformatori, interruttori e interruttori di alimentazione. Le sottostazioni forniscono energia alle stazioni di distribuzione all'interno delle aree delle unità di processo. Le stazioni di distribuzione possono essere ubicate in aree classificate, a condizione che siano soddisfatti i requisiti di classificazione elettrica. Le stazioni di distribuzione utilizzano tipicamente un trasformatore a riempimento di liquido dotato di un dispositivo di disconnessione a riempimento d'olio o in aria.
Le normali precauzioni di sicurezza elettrica, tra cui piedi asciutti, segnali di avvertimento di "alta tensione" e protezioni dovrebbero essere implementate per proteggersi dalla folgorazione. I dipendenti devono avere familiarità con le procedure di lavoro sicure dal punto di vista elettrico della raffineria. Lockout/tagout e altre pratiche di lavoro sicure appropriate dovrebbero essere implementate per prevenire l'eccitazione mentre si lavora su apparecchiature elettriche ad alta tensione. Possono verificarsi esposizioni pericolose quando si lavora intorno a trasformatori e interruttori che contengono un fluido dielettrico che richiede speciali precauzioni di manipolazione. Questi argomenti sono discussi più ampiamente altrove in questo Enciclopedia.
Operazioni con turbine, gas e compressori d'aria
Compressori aria e gas
I sistemi di ventilazione di scarico delle raffinerie e di alimentazione dell'aria sono progettati per catturare o diluire gas, fumi, polveri e vapori che possono contaminare gli spazi di lavoro o l'atmosfera esterna. I contaminanti catturati vengono recuperati, se possibile, o indirizzati ai sistemi di smaltimento dopo essere stati puliti o bruciati. I sistemi di alimentazione dell'aria includono compressori, refrigeratori, serbatoi d'aria, essiccatori d'aria, controlli e tubazioni di distribuzione. I soffiatori vengono utilizzati anche per fornire aria a determinati processi. L'aria dell'impianto è fornita per il funzionamento di utensili pneumatici, rigenerazione del catalizzatore, riscaldatori di processo, decoking aria-vapore, ossidazione dell'acqua acida, addolcimento della benzina, soffiaggio dell'asfalto e altri usi. L'aria strumenti viene fornita per l'uso in strumenti e controlli pneumatici, motori pneumatici e connessioni di spurgo. Il gas vegetale, come l'azoto, viene fornito per l'inertizzazione dei recipienti e per altri usi. Entrambi i compressori alternativi e centrifughi sono utilizzati per gas e aria compressa.
I compressori d'aria devono essere posizionati in modo che l'aspirazione non assorba vapori infiammabili o gas corrosivi. Esiste il rischio di incendio in caso di perdita nei compressori del gas. I tamburi knockout sono necessari per evitare che i picchi di liquido entrino nei compressori di gas. Se i gas sono contaminati da materiali solidi, sono necessari filtri. Il guasto dei controlli automatici del compressore influirà sui processi. Se la pressione massima potrebbe potenzialmente essere superiore alla pressione di progetto del compressore o dell'apparecchiatura di processo, è necessario prevedere uno scarico della pressione. La protezione è necessaria per le parti mobili esposte sui compressori. Gli edifici dei compressori devono essere opportunamente classificati elettricamente e predisposti per un'adeguata ventilazione.
Quando l'aria dell'impianto viene utilizzata come riserva per l'aria degli strumenti, le interconnessioni devono essere a monte del sistema di essiccamento dell'aria degli strumenti per evitare la contaminazione degli strumenti con l'umidità. Potrebbero essere necessarie fonti alternative di alimentazione dell'aria strumenti, come l'uso di azoto, in caso di interruzioni di corrente o guasto del compressore. Applicare adeguate misure di sicurezza in modo che il gas, l'aria dell'impianto e l'aria strumentale non vengano utilizzati come fonte per respirare o per pressurizzare i sistemi di acqua potabile.
Turbine
Le turbine sono generalmente alimentate a gas o vapore e sono utilizzate per azionare pompe, compressori, soffianti e altre apparecchiature di processo di raffineria. Il vapore entra nelle turbine ad alte temperature e pressioni, espandendosi e guidando le pale rotanti mentre è diretto da pale fisse.
Le turbine a vapore utilizzate per lo scarico funzionanti sotto vuoto necessitano di una valvola di sicurezza sul lato di scarico per la protezione e per mantenere il vapore in caso di mancanza di vuoto. Laddove la pressione massima di esercizio potrebbe essere maggiore della pressione di progetto, le turbine a vapore necessitano di dispositivi di sfogo. Dovrebbe essere presa in considerazione la possibilità di fornire regolatori e dispositivi di controllo della velocità eccessiva sulle turbine.
Pompe, tubazioni e valvole
Le pompe centrifughe e volumetriche (alternative) vengono utilizzate per movimentare idrocarburi, acqua di processo, acqua antincendio e acque reflue all'interno della raffineria. Le pompe sono azionate da motori elettrici, turbine a vapore o motori a combustione interna.
I sistemi di tubazioni di processo e di servizio distribuiscono idrocarburi, vapore, acqua e altri prodotti in tutta la struttura. Sono dimensionati e costruiti con materiali dipendenti dal tipo di servizio, pressione, temperatura e natura dei prodotti. Sono presenti connessioni di sfiato, scarico e campionamento sulle tubazioni, nonché disposizioni per la chiusura. Vengono utilizzati diversi tipi di valvole, comprese valvole a saracinesca, valvole di bypass, valvole a globo ea sfera, valvole a maschio, valvole di blocco e sfiato e valvole di ritegno, a seconda del loro scopo operativo. Queste valvole possono essere azionate manualmente o automaticamente.
Le valvole e la strumentazione che richiedono manutenzione o altri lavori devono essere accessibili a livello di livello o da una piattaforma operativa. Valvole telecomandate, valvole antincendio e valvole di intercettazione possono essere utilizzate per limitare la perdita di prodotto nelle linee di aspirazione della pompa in caso di perdite o incendio. Le connessioni di sfiato e drenaggio possono essere dotate di valvole a doppio blocco o di una valvola di blocco e tappo o flangia cieca per la protezione contro i rilasci. A seconda del prodotto e del servizio, potrebbe essere necessaria la prevenzione del riflusso dalla linea di scarico. Possono essere presi provvedimenti per l'espansione della tubazione, il movimento e le variazioni di temperatura per evitare la rottura. Le pompe azionate con portata ridotta o assente possono surriscaldarsi e rompersi. Il guasto dei controlli automatici della pompa potrebbe causare una deviazione della pressione e della temperatura del processo. Lo scarico della pressione nella tubazione di scarico dovrebbe essere fornito dove le pompe possono essere sovrapressurizzate.
Stoccaggio in cisterna
Serbatoi atmosferici e serbatoi in pressione sono utilizzati in tutta la raffineria per lo stoccaggio di greggi, idrocarburi intermedi (quelli utilizzati per la lavorazione) e prodotti finiti, sia liquidi che gassosi. Sono inoltre previsti serbatoi per acqua antincendio, acque di processo e trattamento, acidi, aria e idrogeno, additivi e altri prodotti chimici. Il tipo, la costruzione, la capacità e l'ubicazione dei serbatoi dipende dal loro utilizzo e dalla natura, tensione di vapore, punti di infiammabilità e punti di scorrimento dei materiali stoccati. Nelle raffinerie vengono utilizzati molti tipi di serbatoi, i più semplici sono i serbatoi fuori terra a tetto conico per lo stoccaggio di liquidi combustibili (non volatili) come gasolio, oli combustibili e oli lubrificanti. Serbatoi con tetto galleggiante aperto e coperto (interno), che immagazzinano liquidi infiammabili (volatili) come benzina e petrolio greggio, limitano la quantità di spazio tra la parte superiore del prodotto e il tetto del serbatoio al fine di mantenere un ambiente ricco di vapore atmosfera per impedire l'accensione.
Esiste il rischio di incendio se i serbatoi di stoccaggio degli idrocarburi sono riempiti eccessivamente o sviluppano perdite che consentono la fuoriuscita di liquidi e vapori e raggiungono fonti di ignizione. Le raffinerie dovrebbero stabilire procedure manuali di misurazione e ricezione del prodotto per controllare i traboccamenti o fornire sistemi automatici di controllo e segnalazione di traboccamento sui serbatoi. I serbatoi possono essere dotati di sistemi antincendio schiuma-acqua fissi o semifissi. Valvole telecomandate, valvole di intercettazione e valvole antincendio possono essere fornite ai serbatoi per lo svuotamento o la chiusura in caso di incendio all'interno del serbatoio o nell'argine del serbatoio o nell'area di stoccaggio. I programmi di sfiato, pulizia e ingresso in spazi ristretti dei serbatoi vengono utilizzati per controllare il lavoro all'interno dei serbatoi, mentre i sistemi di autorizzazione al lavoro a caldo vengono utilizzati per controllare le fonti di ignizione all'interno e intorno ai serbatoi di stoccaggio.
Movimentazione, spedizione e trasporto
Il caricamento di gas e idrocarburi liquidi in oleodotti, vagoni cisterna, autocisterne e navi marittime e chiatte per il trasporto ai terminali e ai consumatori è l'operazione finale della raffineria. Le caratteristiche del prodotto, le esigenze di distribuzione, i requisiti di spedizione, la prevenzione degli incendi, la protezione ambientale e i criteri operativi sono importanti nella progettazione di banchine marittime, scaffalature di carico e collettori di tubazioni. Le procedure operative devono essere stabilite e accettate dal mittente e dal destinatario e le comunicazioni devono essere mantenute durante il trasferimento del prodotto. I camion cisterna e i vagoni cisterna ferroviari possono essere caricati dall'alto o dal basso. Il carico e lo scarico del gas di petrolio liquefatto (GPL) richiede considerazioni speciali oltre a quelle per gli idrocarburi liquidi. Ove richiesto, i sistemi di recupero dei vapori devono essere forniti presso le scaffalature di carico e le banchine marittime.
Pratiche di lavoro sicure e adeguati dispositivi di protezione individuale possono essere necessari durante il carico o lo scarico, la pulizia di fuoriuscite o perdite, o durante la misurazione, l'ispezione, il campionamento o l'esecuzione di attività di manutenzione sulle strutture di carico o sui sistemi di recupero dei vapori. La consegna deve essere interrotta o deviata in caso di emergenza come un camion cisterna o un riempimento eccessivo del compartimento di un vagone cisterna.
Nelle raffinerie vengono utilizzate diverse sostanze chimiche pericolose e tossiche, che variano da piccole quantità di reagenti di prova utilizzati nei laboratori a grandi quantità di acido solforico e acido fluoridrico utilizzati nella lavorazione alcalina. Queste sostanze chimiche devono essere ricevute, conservate e maneggiate correttamente. I produttori di sostanze chimiche forniscono informazioni sulla sicurezza dei materiali che possono essere utilizzate dalle raffinerie per sviluppare procedure di sicurezza, controlli tecnici, requisiti di protezione personale e procedure di risposta alle emergenze per la manipolazione di sostanze chimiche.
La natura del pericolo nelle strutture di carico e scarico dipende dai prodotti che vengono caricati e dai prodotti precedentemente trasportati nel vagone cisterna, nell'autocisterna o nella nave. L'incollaggio equalizza la carica elettrica tra la rastrelliera di carico e l'autocisterna o il vagone cisterna. La messa a terra impedisce il flusso di correnti vaganti nelle strutture di carico di camion e rotaie. Le flange isolanti vengono utilizzate sui collegamenti delle tubazioni del bacino marittimo per prevenire l'accumulo e le scariche di elettricità statica. I rompifiamma sono installati nel rack di carico e nelle linee di recupero dei vapori marini per prevenire il ritorno di fiamma. Laddove è consentito il carico dell'interruttore, devono essere stabilite e seguite procedure sicure.
I sistemi di intercettazione automatici o manuali alle testate di alimentazione dovrebbero essere forniti nei rack di caricamento dall'alto e dal basso e nei bacini marini in caso di perdite o traboccamenti. Potrebbe essere necessaria una protezione anticaduta, come i corrimano, per banchine e scaffalature con caricamento dall'alto. I sistemi di drenaggio e recupero possono essere forniti alle scaffalature di carico per il drenaggio delle tempeste, alle banchine e per gestire fuoriuscite e perdite. Sono necessarie precauzioni negli impianti di caricamento del GPL per non sovraccaricare o sovrapressurizzare autocisterne e autocarri.
Attività e strutture di supporto alla raffineria
Per supportare i processi di raffinazione sono necessari diversi impianti, attività e programmi, ognuno dei quali ha i propri specifici requisiti di sicurezza e salute, a seconda dell'ubicazione della raffineria e delle risorse disponibili.
Attività amministrative
Per garantire il funzionamento continuo di una raffineria è necessaria un'ampia varietà di attività di supporto amministrativo, a seconda della filosofia dell'azienda di raffinazione e della disponibilità di servizi alla comunità. La funzione che controlla i movimenti del petrolio in entrata, all'interno e in uscita dalla raffineria è esclusiva delle raffinerie. Le funzioni amministrative possono essere suddivise come segue. Il funzionamento quotidiano delle unità di processo è la funzione operativa. Un'altra funzione è responsabile di assicurare che siano stati presi accordi per una fornitura continua di greggio. Altre attività funzionali includono servizi medici (sia di emergenza che di assistenza sanitaria continua), servizi di ristorazione, servizi di ingegneria, servizi di pulizie e funzioni amministrative e gestionali di routine comuni alla maggior parte dei settori, come contabilità, acquisti, relazioni umane e così via. La funzione di formazione della raffineria è responsabile della formazione professionale e delle competenze dei supervisori e dei dipendenti, compresa la formazione iniziale, di aggiornamento e correttiva, nonché dell'orientamento e della formazione dei dipendenti e degli appaltatori nella risposta alle emergenze e nelle pratiche e procedure di lavoro sicure.
Costruzione e manutenzione
Il continuo funzionamento sicuro delle raffinerie dipende dall'istituzione e dall'attuazione di programmi e procedure per la manutenzione regolare e preventiva e per garantire la sostituzione quando necessario. Turnaround, in cui l'intera raffineria o intere unità di processo verranno arrestate per l'intera attrezzatura e la sostituzione in una sola volta, è un tipo di programma di manutenzione preventiva unico per l'industria di processo. Le attività di integrità meccanica, come l'ispezione, la riparazione, il collaudo e la certificazione di valvole e dispositivi di sicurezza, che fanno parte del programma di gestione della sicurezza dei processi, sono importanti per il continuo funzionamento sicuro di una raffineria, così come gli ordini di lavoro di manutenzione per la continua efficacia di il programma di “gestione del cambiamento” di raffineria. I programmi di permesso di lavoro controllano il lavoro a caldo e il lavoro sicuro, come l'isolamento e il blocco e l'ingresso in spazi ristretti. Le officine di manutenzione e strumentazione hanno scopi che includono:
La sicurezza e la salute della costruzione e della manutenzione si basano su alcuni dei seguenti programmi.
Isolamento
La manutenzione, la riparazione e la sostituzione in sicurezza delle apparecchiature all'interno delle unità di processo spesso richiedono l'isolamento di serbatoi, recipienti e linee per impedire la possibilità che liquidi o vapori infiammabili entrino in un'area in cui vengono eseguiti lavori a caldo. L'isolamento si ottiene normalmente scollegando e chiudendo tutte le tubazioni che portano da o verso una nave; accecare o sopprimere il tubo in corrispondenza di una connessione vicino al serbatoio o al recipiente; oppure chiudendo una doppia serie di valvole di blocco sulla tubazione, se prevista, e aprendo una valvola di sfiato tra le due valvole chiuse.
Blocco/etichettatura
I programmi di lockout e tagout impediscono l'attivazione involontaria di apparecchiature elettriche, meccaniche, idrauliche o pneumatiche durante la riparazione o la manutenzione. Tutte le apparecchiature alimentate elettricamente devono avere l'interruttore automatico o l'interruttore principale bloccato o contrassegnato e testato per garantire la non operatività, prima di iniziare il lavoro. Le apparecchiature meccaniche, idrauliche e pneumatiche devono essere diseccitate e avere la fonte di alimentazione bloccata o contrassegnata prima di iniziare il lavoro. Anche le linee di chiusura delle valvole su cui si sta lavorando o che sono isolate devono essere bloccate o contrassegnate per impedire l'apertura non autorizzata.
Metallurgia
La metallurgia viene utilizzata per garantire la resistenza e l'integrità continue di linee, recipienti, serbatoi e reattori soggetti a corrosione da acidi, corrosivi, acqua acida e gas e altri prodotti chimici creati e utilizzati nella lavorazione del petrolio greggio. In tutta la raffineria vengono impiegati metodi di prova non distruttivi per rilevare l'eccessiva corrosione e l'usura prima che si verifichino guasti. Sono necessarie adeguate precauzioni di sicurezza per evitare esposizioni eccessive ai lavoratori che maneggiano o sono esposti ad apparecchiature per test radioattivi, coloranti e sostanze chimiche.
Magazzini
I magazzini immagazzinano non solo le parti, i materiali e le attrezzature necessarie per le continue operazioni di raffinazione, ma immagazzinano anche prodotti chimici confezionati e additivi che vengono utilizzati nella manutenzione, nella lavorazione e nella miscelazione. I magazzini possono anche mantenere scorte di indumenti e dispositivi di protezione individuale richiesti, inclusi elmetti, guanti, grembiuli, protezioni per occhi e viso, protezioni respiratorie, calzature di sicurezza e impermeabili, indumenti ignifughi e indumenti protettivi contro gli acidi. È necessario un corretto stoccaggio e separazione di liquidi infiammabili e combustibili e di sostanze chimiche pericolose per prevenire fuoriuscite, incendi e miscelazione di prodotti incompatibili.
Laboratori
I laboratori sono responsabili della determinazione dei valori e della consistenza dei greggi prima della lavorazione, nonché dell'esecuzione dei test necessari per il controllo della qualità del prodotto finito. Il personale di laboratorio dovrebbe essere addestrato a riconoscere i pericoli inerenti alla manipolazione e alla miscelazione di sostanze chimiche tossiche e liquidi infiammabili e fornire protezione a se stesso e agli altri.
Sicurezza e igiene ambientale e del lavoro
Altre importanti attività di supporto alla raffineria sono la sicurezza, la prevenzione e protezione incendi, la tutela dell'ambiente e l'igiene industriale. Queste possono essere fornite come funzioni separate o integrate nelle operazioni di raffineria. Le attività di sicurezza, preparazione e risposta alle emergenze, prevenzione e protezione dagli incendi sono spesso di competenza della stessa funzione all'interno di una raffineria.
La funzione di sicurezza partecipa ai programmi di gestione della sicurezza dei processi nell'ambito dei team di revisione del progetto, revisione pre-costruzione e costruzione e revisione pre-avviamento. La sicurezza spesso assiste nel processo di qualificazione degli appaltatori, rivede le attività degli appaltatori e indaga sugli incidenti che coinvolgono dipendenti e appaltatori. Il personale addetto alla sicurezza può essere responsabile della supervisione delle attività soggette a autorizzazione, come l'ingresso in spazi confinati e il lavoro a caldo, e del controllo della disponibilità e prontezza di estintori portatili, strutture di decontaminazione, docce di sicurezza, postazioni per il lavaggio oculare, dispositivi di rilevamento e allarmi fissi e dispositivi di emergenza autorespiratore collocato in posizioni strategiche in caso di rilascio di gas tossico.
Programmi di sicurezza. La funzione di sicurezza della raffineria di solito ha la responsabilità dello sviluppo e dell'amministrazione di vari programmi di sicurezza e prevenzione degli incidenti, inclusi, ma non limitati a, i seguenti:
Vigili del fuoco. I vigili del fuoco della raffineria e i soccorritori possono essere membri dei vigili a tempo pieno; dipendenti di raffineria designati, come operatori e personale di manutenzione che sono addestrati e assegnati a rispondere in aggiunta ai loro normali compiti; o una combinazione di entrambi. Oltre agli incendi, le brigate rispondono tradizionalmente ad altri incidenti di raffineria come il rilascio di acido o gas, il salvataggio da navi o cisterne, sversamenti e così via. La funzione di protezione antincendio può essere responsabile dell'ispezione e del collaudo di rilevatori e segnali antincendio e di sistemi e attrezzature antincendio fissi e portatili, inclusi autopompe, pompe antincendio, linee idriche antincendio, idranti, manichette e ugelli.
Lo spegnimento degli incendi di raffineria differisce dal normale spegnimento degli incendi perché, piuttosto che estinguere, è spesso preferibile consentire a determinati incendi di continuare a bruciare. Inoltre, ogni tipo di idrocarburo liquido, gas e vapore ha caratteristiche chimiche del fuoco uniche che devono essere comprese a fondo per controllarne al meglio gli incendi. Ad esempio, l'estinzione di un incendio di vapori di idrocarburi senza prima arrestare il rilascio di vapore, creerebbe solo una nuvola di gas vapore continua con la probabilità di riaccensione ed esplosione. Gli incendi in serbatoi contenenti greggio e residui pesanti devono essere gestiti con specifiche tecniche antincendio per evitare la possibilità di un'esplosione o di un traboccamento del serbatoio.
Gli incendi di idrocarburi vengono spesso estinti arrestando il flusso del prodotto e consentendo al fuoco di spegnersi mentre si applica acqua di raffreddamento per proteggere le apparecchiature, i serbatoi e i recipienti adiacenti dall'esposizione al calore. Molti sistemi antincendio fissi sono progettati con questo scopo specifico. La lotta contro gli incendi nelle unità di processo sotto pressione richiede particolare attenzione e formazione, in particolare quando sono coinvolti catalizzatori come l'acido fluoridrico. Per estinguere gli incendi di idrocarburi e controllare le emissioni di vapore possono essere utilizzati speciali prodotti chimici antincendio, come polvere secca e soluzioni acqua-schiuma.
Preparazione alle emergenze. Le raffinerie devono sviluppare e attuare piani di risposta alle emergenze per una serie di diverse situazioni potenziali, tra cui esplosioni, incendi, rilasci e salvataggi. I piani di emergenza dovrebbero includere l'uso di assistenza esterna, inclusi appaltatori, aiuti governativi e reciproci, nonché la disponibilità di forniture e attrezzature speciali, come schiuma antincendio e materiali di contenimento e adsorbimento delle fuoriuscite.
Test di gas e vapori
Il monitoraggio, il campionamento e i test di gas, particolato e vapore nelle raffinerie vengono condotti per garantire che il lavoro possa essere svolto in sicurezza e che i processi possano essere eseguiti senza esposizioni tossiche o pericolose, esplosioni o incendi. I test atmosferici vengono condotti utilizzando una varietà di strumenti e tecniche per misurare il contenuto di ossigeno, i vapori e i gas di idrocarburi e per determinare i livelli di esposizione pericolosi e tossici. Gli strumenti devono essere adeguatamente calibrati e regolati prima dell'uso, da parte di personale qualificato, per garantire misurazioni affidabili e accurate. A seconda del luogo di lavoro, dei potenziali pericoli e del tipo di lavoro svolto, i test, il campionamento e il monitoraggio possono essere condotti prima dell'inizio del lavoro, o a intervalli specificati durante il lavoro, o continuamente durante il corso del lavoro.
Quando si stabiliscono le procedure di raffinazione per il campionamento e l'analisi di atmosfere infiammabili, inerti e tossiche, si dovrebbe prendere in considerazione l'uso di dispositivi di protezione individuale, compresa un'adeguata protezione respiratoria. Va notato che i respiratori a canestro non sono adatti per atmosfere carenti di ossigeno. I requisiti di prova dovrebbero dipendere dal grado di rischio che sarebbe presente in caso di guasto dello strumento.
I test delle seguenti sostanze possono essere eseguiti utilizzando apparecchiature portatili o strumentazione fissa:
Oxygen. I contatori di gas combustibili funzionano bruciando un minuscolo campione dell'atmosfera sottoposta a test. Per ottenere una lettura accurata del gas combustibile, nell'atmosfera deve essere presente un minimo del 10% e un massimo del 25% di ossigeno. La quantità di ossigeno presente nell'atmosfera viene determinata utilizzando un misuratore di ossigeno prima o contemporaneamente all'utilizzo del misuratore di gas combustibile. Il test per l'ossigeno è essenziale quando si lavora in spazi ristretti o chiusi, poiché l'ingresso senza protezione respiratoria (a condizione che non vi siano esposizioni tossiche) richiede normali concentrazioni di ossigeno nell'aria respirabile di circa il 21%. I misuratori di ossigeno vengono utilizzati anche per misurare la quantità di ossigeno presente negli spazi inertizzati, per garantire che non ce ne sia abbastanza presente per supportare la combustione durante il lavoro a caldo o altre operazioni.
Vapori e gas di idrocarburi. Il "lavoro a caldo" è un lavoro che crea una fonte di ignizione, come la saldatura, il taglio, la molatura, la pulizia con sabbiatura, l'azionamento di un motore a combustione interna e così via, in un'area in cui esiste il potenziale di esposizione a vapori e gas infiammabili. Per eseguire lavori a caldo in sicurezza, vengono utilizzati strumenti noti come misuratori di gas combustibili per testare l'atmosfera per i vapori di idrocarburi. I vapori oi gas di idrocarburi bruciano solo se miscelati con aria (ossigeno) in determinate proporzioni e accesi. Se non c'è abbastanza vapore nell'aria, si dice che la miscela è "troppo magra per bruciare", e se c'è troppo vapore (troppo poco ossigeno), la miscela è "troppo ricca per bruciare". Le proporzioni limite sono chiamate "limiti di infiammabilità superiore e inferiore" e sono espresse come percentuale del volume di vapore nell'aria. Ciascuna molecola o miscela di idrocarburi ha diversi limiti di infiammabilità, tipicamente compresi tra circa l'1 e il 10% di vapore nell'aria. Il vapore di benzina, ad esempio, ha un limite di infiammabilità inferiore dell'1.4% e un limite di infiammabilità superiore del 7.6%.
Atmosfere tossiche. Appositi strumenti vengono utilizzati per misurare i livelli di gas, vapori e particolato tossici e pericolosi che possono essere presenti nell'atmosfera in cui le persone lavorano. Queste misurazioni sono utilizzate per determinare il livello e il tipo di protezione necessaria, che può variare dalla completa ventilazione e sostituzione dell'atmosfera all'uso di dispositivi di protezione individuale e respiratoria da parte delle persone che lavorano nell'area. Esempi di esposizioni pericolose e tossiche che si possono trovare nelle raffinerie includono amianto, benzene, idrogeno solforato, cloro, anidride carbonica, acido solforico e fluoridrico, ammine, fenolo e altri.
Programmi di salute e sicurezza
La base per l'igiene industriale della raffineria è un programma di controlli amministrativi e ingegneristici che copre l'esposizione dell'impianto a sostanze chimiche tossiche e pericolose, la sicurezza e l'igiene del laboratorio, l'ergonomia e la sorveglianza medica.
Le agenzie e le aziende di regolamentazione stabiliscono limiti di esposizione per varie sostanze chimiche tossiche e pericolose. La funzione di igiene del lavoro conduce il monitoraggio e il campionamento per misurare l'esposizione dei dipendenti a sostanze chimiche e sostanze pericolose e tossiche. Gli igienisti industriali possono sviluppare o raccomandare controlli tecnici, pratiche di lavoro preventive, sostituzione del prodotto, indumenti e dispositivi di protezione individuale o misure alternative di protezione o riduzione dell'esposizione.
Programmi medici. Le raffinerie in genere richiedono esami medici preliminari e periodici per determinare la capacità del dipendente di eseguire inizialmente e successivamente il lavoro e garantire che i requisiti di lavoro continuato e le esposizioni non mettano in pericolo la salute o la sicurezza del dipendente.
Protezione personale. I programmi di protezione personale dovrebbero coprire le esposizioni tipiche delle raffinerie, come il rumore, l'amianto, l'isolamento, i rifiuti pericolosi, l'idrogeno solforato, il benzene e le sostanze chimiche di processo comprese le sostanze caustiche, l'acido fluoridrico, l'acido solforico e così via. L'igiene industriale può designare i dispositivi di protezione individuale appropriati da utilizzare per varie esposizioni, tra cui pressione negativa e respiratori ad aria e protezione dell'udito, degli occhi e della pelle.
La sicurezza dei prodotti. La consapevolezza della sicurezza del prodotto riguarda la conoscenza dei pericoli delle sostanze chimiche e dei materiali a cui esiste il potenziale di esposizione sul posto di lavoro e quali azioni intraprendere in caso di esposizione per ingestione, inalazione o contatto con la pelle. Vengono condotti studi tossicologici su petrolio greggio, flussi di raffineria, prodotti chimici di processo, prodotti finiti e nuovi prodotti proposti per determinare i potenziali effetti dell'esposizione sia sui dipendenti che sui consumatori. I dati vengono utilizzati per sviluppare informazioni sulla salute relative ai limiti di esposizione consentiti o alle quantità accettabili di materiali pericolosi nei prodotti. Queste informazioni sono in genere distribuite da schede di dati sulla sicurezza dei materiali (MSDS) o documenti simili e i dipendenti sono formati o istruiti sui pericoli dei materiali sul posto di lavoro.
Protezione Ambientale
La protezione dell'ambiente è una considerazione importante nelle operazioni di raffinazione a causa dei requisiti di conformità normativa e della necessità di conservazione man mano che i prezzi e i costi del petrolio aumentano. Le raffinerie di petrolio producono un'ampia gamma di emissioni nell'aria e nell'acqua che possono essere pericolose per l'ambiente. Alcuni di questi sono contaminanti nel greggio originale, mentre altri sono il risultato di processi e operazioni di raffinazione. Le emissioni atmosferiche includono idrogeno solforato, anidride solforosa, ossidi di azoto e monossido di carbonio (vedi tabella 2). Le acque reflue contengono tipicamente idrocarburi, materiali disciolti, solidi sospesi, fenoli, ammoniaca, solfuri, acidi, alcali e altri contaminanti. Esiste anche il rischio di fuoriuscite e perdite accidentali di un'ampia gamma di sostanze chimiche infiammabili e/o tossiche.
I controlli stabiliti per contenere i rilasci di liquidi e vapori e ridurre i costi operativi includono quanto segue:
Definizioni
Questi termini sono usati frequentemente nell'industria farmaceutica:
Biologics sono vaccini batterici e virali, antigeni, antitossine e prodotti analoghi, sieri, plasma e altri emoderivati per la protezione terapeutica o la cura dell'uomo e degli animali.
alla rinfusa sono sostanze farmaceutiche attive utilizzate per la fabbricazione di prodotti in forma farmaceutica, la lavorazione di mangimi medicati per animali o farmaci composti da prescrizione.
Agenti diagnostici assistere la diagnosi di malattie e disturbi nell'uomo e negli animali. Gli agenti diagnostici possono essere sostanze chimiche inorganiche per esaminare il tratto gastrointestinale, sostanze chimiche organiche per visualizzare il sistema circolatorio e composti epatici e radioattivi per misurare la funzione del sistema di organi.
farmaci sono sostanze con proprietà farmacologiche attive nell'uomo e negli animali. I farmaci sono combinati con altri materiali, come le necessità farmaceutiche, per produrre un medicinale.
Farmaci etici sono agenti biologici e chimici per la prevenzione, la diagnosi o il trattamento di malattie e disturbi nell'uomo o negli animali. Questi prodotti sono dispensati su prescrizione o approvazione di un professionista medico, farmaceutico o veterinario.
eccipienti sono ingredienti inerti che vengono combinati con sostanze farmaceutiche per creare un prodotto sotto forma di dosaggio. Gli eccipienti possono influenzare la velocità di assorbimento, dissoluzione, metabolismo e distribuzione nell'uomo o negli animali.
Prodotti farmaceutici da banco sono prodotti farmaceutici venduti in un negozio al dettaglio o in farmacia che non richiedono una prescrizione o l'approvazione di un professionista medico, farmaceutico o veterinario.
Farmacie è l'arte e la scienza di preparare e dispensare farmaci per prevenire, diagnosticare o curare malattie o disturbi nell'uomo e negli animali.
farmacocinetica è lo studio dei processi metabolici relativi all'assorbimento, alla distribuzione, alla biotrasformazione e all'eliminazione di un farmaco nell'uomo o negli animali.
Farmacodinamica è lo studio dell'azione del farmaco in relazione alla sua struttura chimica, al sito di azione e alle conseguenze biochimiche e fisiologiche nell'uomo e negli animali.
L'industria farmaceutica è una componente importante dei sistemi sanitari di tutto il mondo; è composto da molte organizzazioni pubbliche e private che scoprono, sviluppano, producono e commercializzano medicinali per la salute umana e animale (Gennaro 1990). L'industria farmaceutica si basa principalmente sulla ricerca scientifica e lo sviluppo (R&S) di farmaci che prevengono o curano malattie e disturbi. Le sostanze stupefacenti presentano un'ampia gamma di attività farmacologiche e proprietà tossicologiche (Hardman, Gilman e Limbird 1996; Reynolds 1989). I moderni progressi scientifici e tecnologici stanno accelerando la scoperta e lo sviluppo di farmaci innovativi con una migliore attività terapeutica e ridotti effetti collaterali. Biologi molecolari, chimici farmaceutici e farmacisti stanno migliorando i benefici dei farmaci attraverso una maggiore potenza e specificità. Questi progressi creano nuove preoccupazioni per la protezione della salute e della sicurezza dei lavoratori all'interno dell'industria farmaceutica (Agius 1989; Naumann et al. 1996; Sargent e Kirk 1988; Teichman, Fallon e Brandt-Rauf 1988).
Molti fattori scientifici, sociali ed economici dinamici influenzano l'industria farmaceutica. Alcune aziende farmaceutiche operano sia nel mercato nazionale che in quello multinazionale. Pertanto, le loro attività sono soggette a legislazione, regolamentazione e politiche relative allo sviluppo e all'approvazione dei farmaci, alla produzione e al controllo di qualità, al marketing e alle vendite (Spilker 1994). Scienziati accademici, governativi e industriali, medici praticanti e farmacisti, così come il pubblico, influenzano l'industria farmaceutica. Gli operatori sanitari (p. es., medici, dentisti, infermieri, farmacisti e veterinari) in ospedali, cliniche, farmacie e studi privati possono prescrivere farmaci o raccomandare come devono essere dispensati. I regolamenti governativi e le politiche sanitarie sui prodotti farmaceutici sono influenzati dal pubblico, dai gruppi di difesa e dagli interessi privati. Questi fattori complessi interagiscono per influenzare la scoperta e lo sviluppo, la produzione, la commercializzazione e la vendita di farmaci.
L'industria farmaceutica è in gran parte guidata dalla scoperta e dallo sviluppo scientifici, in combinazione con l'esperienza tossicologica e clinica (vedi figura 1). Esistono grandi differenze tra le grandi organizzazioni che si occupano di un'ampia gamma di attività di scoperta e sviluppo di farmaci, produzione e controllo qualità, marketing e vendite e organizzazioni più piccole che si concentrano su un aspetto specifico. La maggior parte delle aziende farmaceutiche multinazionali è coinvolta in tutte queste attività; tuttavia, possono specializzarsi in un aspetto basato su fattori di mercato locali. Le organizzazioni accademiche, pubbliche e private svolgono attività di ricerca scientifica per scoprire e sviluppare nuovi farmaci. L'industria della biotecnologia sta diventando un importante contributo alla ricerca farmaceutica innovativa (Swarbick e Boylan 1996). Spesso si formano accordi di collaborazione tra organizzazioni di ricerca e grandi aziende farmaceutiche per esplorare il potenziale di nuove sostanze farmaceutiche.
Figura 1. Sviluppo di farmaci nell'industria farmaceutica
Molti paesi hanno protezioni legali specifiche per i farmaci brevettati e i processi di produzione, noti come diritti di proprietà intellettuale. Nei casi in cui le tutele legali sono limitate o non esistono, alcune aziende si specializzano nella produzione e commercializzazione di farmaci generici (Medical Economics Co. 1995). L'industria farmaceutica richiede ingenti investimenti di capitale a causa delle elevate spese associate a ricerca e sviluppo, approvazione normativa, produzione, garanzia e controllo qualità, marketing e vendite (Spilker 1994). Molti paesi hanno ampie normative governative che riguardano lo sviluppo e l'approvazione dei farmaci per la vendita commerciale. Questi paesi hanno requisiti rigorosi per le buone pratiche di fabbricazione per garantire l'integrità delle operazioni di produzione dei farmaci e la qualità, la sicurezza e l'efficacia dei prodotti farmaceutici (Gennaro 1990).
Il commercio internazionale e interno, così come le politiche e le pratiche fiscali e finanziarie, influenzano il modo in cui l'industria farmaceutica opera all'interno di un paese (Swarbick e Boylan 1996). Esistono differenze significative tra i paesi sviluppati e quelli in via di sviluppo, per quanto riguarda i loro fabbisogni di sostanze farmaceutiche. Nei paesi in via di sviluppo, dove la malnutrizione e le malattie infettive sono prevalenti, sono più necessari integratori alimentari, vitamine e farmaci antinfettivi. Nei paesi sviluppati, dove le malattie associate all'invecchiamento e disturbi specifici sono i principali problemi di salute, i farmaci cardiovascolari, del sistema nervoso centrale, gastrointestinali, antinfettivi, del diabete e chemioterapici sono i più richiesti.
I farmaci per la salute umana e animale condividono attività di ricerca e sviluppo e processi di produzione simili; tuttavia, hanno benefici terapeutici unici e meccanismi per la loro approvazione, distribuzione, commercializzazione e vendita (Swarbick e Boylan 1996). I veterinari somministrano farmaci per controllare le malattie infettive e gli organismi parassitari negli animali da allevamento e da compagnia. Vaccini e farmaci antinfettivi e antiparassitari sono comunemente usati per questo scopo. Integratori alimentari, antibiotici e ormoni sono ampiamente utilizzati dall'agricoltura moderna per favorire la crescita e la salute degli animali da allevamento. La ricerca e lo sviluppo di prodotti farmaceutici per la salute umana e animale sono spesso alleati, a causa delle esigenze concomitanti di controllare agenti infettivi e malattie.
Sostanze chimiche industriali pericolose e sostanze correlate alla droga
Molti diversi agenti biologici e chimici vengono scoperti, sviluppati e utilizzati nell'industria farmaceutica (Hardman, Gilman e Limbird 1996; Reynolds 1989). Alcuni processi di produzione nelle industrie farmaceutiche, biochimiche e chimiche organiche di sintesi sono simili; tuttavia, la maggiore diversità, la scala ridotta e le applicazioni specifiche nell'industria farmaceutica sono uniche. Poiché lo scopo principale è produrre sostanze medicinali con attività farmacologica, molti agenti nella R&S farmaceutica e nella produzione sono pericolosi per i lavoratori. Devono essere attuate adeguate misure di controllo per proteggere i lavoratori dai prodotti chimici industriali e dalle sostanze farmaceutiche durante molte operazioni di R&S, produzione e controllo qualità (ILO 1983; Naumann et al. 1996; Teichman, Fallon e Brandt-Rauf 1988).
L'industria farmaceutica utilizza agenti biologici (ad es. batteri e virus) in molte applicazioni speciali, come la produzione di vaccini, i processi di fermentazione, la derivazione di prodotti a base di sangue e la biotecnologia. Gli agenti biologici non sono trattati da questo profilo a causa delle loro esclusive applicazioni farmaceutiche, ma sono facilmente disponibili altri riferimenti (Swarbick e Boylan 1996). Gli agenti chimici possono essere classificati come prodotti chimici industriali e sostanze stupefacenti (Gennaro 1990). Questi possono essere materie prime, intermedi o prodotti finiti. Si verificano situazioni speciali quando sostanze chimiche industriali o sostanze farmaceutiche vengono impiegate in R&S di laboratorio, test di garanzia e controllo della qualità, ingegneria e manutenzione, o quando vengono create come sottoprodotti o rifiuti.
Prodotti chimici industriali
I prodotti chimici industriali sono utilizzati nella ricerca e nello sviluppo di sostanze farmaceutiche attive e nella produzione di sostanze sfuse e prodotti farmaceutici finiti. I prodotti chimici organici e inorganici sono materie prime, che fungono da reagenti, reagenti, catalizzatori e solventi. L'uso di prodotti chimici industriali è determinato dal processo e dalle operazioni di produzione specifici. Molti di questi materiali possono essere pericolosi per i lavoratori. Poiché l'esposizione dei lavoratori a sostanze chimiche industriali può essere pericolosa, i limiti di esposizione professionale, come i valori limite di soglia (TLV), sono stati stabiliti dal governo, dalle organizzazioni tecniche e professionali (ACGIH 1995).
Sostanze correlate alla droga
Le sostanze farmacologicamente attive possono essere classificate come prodotti naturali e droghe sintetiche. I prodotti naturali derivano da fonti vegetali e animali, mentre le droghe sintetiche sono prodotte mediante tecnologie microbiologiche e chimiche. Antibiotici, ormoni steroidei e peptidici, vitamine, enzimi, prostaglandine e feromoni sono importanti prodotti naturali. La ricerca scientifica si sta concentrando sempre più sulle droghe sintetiche a causa dei recenti progressi scientifici in biologia molecolare, biochimica, farmacologia e tecnologia informatica. La tabella 1 elenca i principali agenti farmaceutici.
Tabella 1. Principali categorie di agenti farmaceutici
Nervoso centrale |
renale e |
Gastrointestinale |
Anti-infettivi |
Sistema immunitario |
Chemioterapia |
Sangue e |
Sistema endocrino |
analgesici Psicoterapeutici |
antidiabetici |
Agenti gastrointestinali |
Sistemico |
analgesici Immunodilatatori e immuno- |
Antineoplastici |
Modificatori di sangue stimolante |
Diagnostica Ultrasuoni Le prostaglandine |
Sostanze farmaceutiche attive e materiali inerti vengono combinati durante la produzione farmaceutica per produrre forme farmaceutiche di medicinali (es. compresse, capsule, liquidi, polveri, creme e unguenti) (Gennaro 1990). I farmaci possono essere classificati in base al processo di produzione e ai benefici terapeutici (EPA 1995). I farmaci sono somministrati a scopo medico con mezzi e dosaggi strettamente prescritti (p. es., via orale, iniezione, pelle) e dosaggi, mentre i lavoratori possono essere esposti a sostanze stupefacenti respirando inavvertitamente polvere o vapori nell'aria o ingerendo accidentalmente cibi o bevande contaminati. I limiti di esposizione professionale (OEL) sono sviluppati da tossicologi e igienisti occupazionali per fornire indicazioni sulla limitazione dell'esposizione dei lavoratori alle sostanze stupefacenti (Naumann et al. 1996; Sargent e Kirk 1988).
Necessità farmaceutiche (ad esempio, leganti, riempitivi, agenti aromatizzanti e di carica, conservanti e antiossidanti) vengono miscelati con sostanze farmacologiche attive, fornendo le proprietà fisiche e farmacologiche desiderate nei prodotti sotto forma di dosaggio (Gennaro 1990). Molte necessità farmaceutiche hanno un valore terapeutico nullo o limitato e sono relativamente non pericolose per i lavoratori durante le operazioni di sviluppo e produzione di farmaci. Questi materiali sono antiossidanti e conservanti, agenti coloranti, aromatizzanti e diluenti, emulsionanti e sospendenti, basi per unguenti, solventi farmaceutici ed eccipienti.
Operazioni farmaceutiche, rischi correlati e misure di controllo sul posto di lavoro
Le operazioni di produzione farmaceutica possono essere classificate come produzione di base di sostanze stupefacenti sfuse ed produzione farmaceutica di prodotti in forma farmaceutica. La figura 2 illustra il processo di produzione.
Figura 2. Processo di produzione nell'industria farmaceutica
La produzione di base di sostanze farmaceutiche sfuse può impiegare tre tipi principali di processi: fermentazione, sintesi chimica organica e processi biologici e estrazione naturale (Teodoro e McGuinn 1992). Queste operazioni di produzione possono essere discontinue, continue o una combinazione di questi processi. Antibiotici, steroidi e vitamine sono prodotti per fermentazione, mentre molte nuove sostanze farmaceutiche sono prodotte per sintesi organica. Storicamente, la maggior parte delle sostanze stupefacenti derivava da fonti naturali come piante, animali, funghi e altri organismi. Le medicine naturali sono farmacologicamente diverse e difficili da produrre commercialmente a causa della loro chimica complessa e della loro potenza limitata.
Fermentazione
La fermentazione è un processo biochimico che impiega microrganismi selezionati e tecnologie microbiologiche per produrre un prodotto chimico. I processi di fermentazione in lotti prevedono tre fasi fondamentali: inoculo ed preparazione dei semi, fermentazionee recupero del prodotto or da solo (Teodoro e McGuinn 1992). Un diagramma schematico di un processo di fermentazione è riportato nella figura 3. La preparazione dell'inoculo inizia con un campione di spore di un ceppo microbico. Il ceppo viene coltivato, purificato e coltivato in modo selettivo utilizzando una batteria di tecniche microbiologiche per produrre il prodotto desiderato. Le spore del ceppo microbico vengono attivate con acqua e sostanze nutritive in condizioni calde. Le cellule della coltura vengono coltivate attraverso una serie di piastre di agar, provette e flaconi in condizioni ambientali controllate per creare una sospensione densa.
Figura 3. Schema di un processo di fermentazione
Le cellule vengono trasferite in a serbatoio del seme per un'ulteriore crescita. Il serbatoio del seme è un piccolo recipiente di fermentazione progettato per ottimizzare la crescita dell'inoculo. Le cellule del serbatoio del seme vengono caricate in una produzione sterilizzata a vapore fermentatore. I nutrienti sterilizzati e l'acqua purificata vengono aggiunti alla nave per iniziare la fermentazione. Durante la fermentazione aerobica, il contenuto del fermentatore viene riscaldato, agitato e aerato mediante un tubo perforato o sparger, mantenendo una portata d'aria e una temperatura ottimali. Dopo che le reazioni biochimiche sono complete, il brodo di fermentazione viene filtrato per rimuovere i microrganismi, oppure miceli. Il prodotto farmaceutico, che può essere presente nel filtrato o all'interno del micelio, viene recuperato mediante varie fasi, quali estrazione con solvente, precipitazione, scambio ionico e assorbimento.
I solventi utilizzati per l'estrazione del prodotto (tabella 2) sono generalmente recuperabili; tuttavia, piccole porzioni rimangono nelle acque reflue di processo, a seconda della loro solubilità e del design dell'apparecchiatura di processo. La precipitazione è un metodo per separare il prodotto farmaceutico dal brodo acquoso. Il farmaco viene filtrato dal brodo ed estratto dai residui solidi. Rame e zinco sono agenti precipitanti comuni in questo processo. Lo scambio ionico o l'adsorbimento rimuove il prodotto dal brodo mediante reazione chimica con materiali solidi, come resine o carbone attivo. Il farmaco viene recuperato dalla fase solida mediante un solvente che può essere recuperato per evaporazione.
Tabella 2. Solventi utilizzati nell'industria farmaceutica
solventi |
Processi |
||
Acetone |
C |
F |
B |
acetonitrile |
C |
F |
B |
Ammoniaca (acquosa) |
C |
F |
B |
n-Amile acetato |
C |
F |
B |
Alcool amilico |
C |
F |
B |
Anilina |
C |
||
Benzene |
C |
||
2-butanone (MEK) |
C |
||
n-Acetato di butile |
C |
F |
|
n-Alcool butilico |
C |
F |
B |
clorobenzene |
C |
||
Cloroformio |
C |
F |
B |
Clorometene |
C |
||
cicloesano |
C |
||
o-Diclorobenzene (1,2-Diclorobenzene) |
C |
||
1,2-dicloroetano |
C |
B |
|
dietilammina |
C |
B |
|
Etere dietilico |
C |
B |
|
N,N-Dimetilacetammide |
C |
||
dimetilammina |
C |
||
N, N-dimetilanilina |
C |
||
N, N-dimetilformammide |
C |
F |
B |
Dimetilsolfossido |
C |
B |
|
1,4-diossano |
C |
B |
|
etanolo |
C |
F |
B |
Acetato di etile |
C |
F |
B |
Glicole etilenico |
C |
B |
|
Formaldehyde |
C |
F |
B |
Formammide |
C |
||
furfurolo |
C |
||
n-Eptano |
C |
F |
B |
n-Esano |
C |
F |
B |
Isobutyraldehyde |
C |
||
isopropanolo |
C |
F |
B |
Acetato di isopropile |
C |
F |
B |
Etere isopropilico |
C |
B |
|
Metanolo |
C |
F |
B |
metilammina |
C |
||
Metil cellosolve |
C |
F |
|
Cloruro di metilene |
C |
F |
B |
Formiato di metile |
C |
||
Metilisobutilchetone (MIBK) |
C |
F |
B |
2-metilpiridina |
C |
||
nafta di petrolio |
C |
F |
B |
Fenolo |
C |
F |
B |
Glicole polietilenico 600 |
C |
||
n-Propanolo |
C |
B |
|
Piridina |
C |
B |
|
tetraidrofurano |
C |
||
toluene |
C |
F |
B |
triclorofluorometano |
C |
||
trietilamina |
C |
F |
|
Xilene |
C |
C = sintesi chimica, F = fermentazione, B = estrazione biologica o naturale.
Fonte: EPA 1995.
Salute e sicurezza dei lavoratori
I rischi per la sicurezza dei lavoratori possono essere posti da parti e attrezzature in movimento della macchina; vapore ad alta pressione, acqua calda, superfici riscaldate e ambienti di lavoro caldi; prodotti chimici corrosivi e irritanti; movimentazione manuale pesante di materiali e attrezzature; e alti livelli di rumore. L'esposizione dei lavoratori ai vapori di solventi può verificarsi durante il recupero o l'isolamento dei prodotti. L'esposizione dei lavoratori ai solventi può derivare da apparecchiature di filtrazione prive di contenimento e da emissioni fuggitive dovute a perdite di pompe, valvole e stazioni collettore durante le fasi di estrazione e purificazione. Poiché l'isolamento e la crescita dei microrganismi sono essenziali per la fermentazione, i rischi biologici vengono ridotti impiegando microbi non patogeni, mantenendo apparecchiature di processo chiuse e trattando il brodo esaurito prima del suo scarico.
In generale, i problemi di sicurezza del processo sono meno importanti durante la fermentazione che durante le operazioni di sintesi organica, poiché la fermentazione si basa principalmente sulla chimica acquosa e richiede il contenimento del processo durante la preparazione dei semi e la fermentazione. Durante le estrazioni con solventi possono insorgere rischi di incendio ed esplosione; tuttavia, l'infiammabilità dei solventi è ridotta dalla diluizione con acqua nelle fasi di filtrazione e recupero. I rischi per la sicurezza (ad es. ustioni termiche e scottature) sono posti dai grandi volumi di vapore pressurizzato e acqua calda associati alle operazioni di fermentazione.
Sintesi chimica
I processi di sintesi chimica utilizzano sostanze chimiche organiche e inorganiche in operazioni batch per produrre sostanze farmaceutiche con proprietà fisiche e farmacologiche uniche. Tipicamente, una serie di reazioni chimiche vengono eseguite in reattori polivalenti ei prodotti vengono isolati mediante estrazione, cristallizzazione e filtrazione (Kroschwitz 1992). I prodotti finiti vengono solitamente essiccati, macinati e miscelati. Gli impianti di sintesi organica, le apparecchiature di processo e le utility sono comparabili nell'industria farmaceutica e della chimica fine. Un diagramma schematico di un processo di sintesi organica è riportato in figura 4.
Figura 4. Schema di un processo di sintesi organica
La chimica farmaceutica sta diventando sempre più complessa con l'elaborazione in più fasi, in cui il prodotto di una fase diventa un materiale di partenza per la fase successiva, fino alla sintesi del prodotto farmaceutico finito. I prodotti chimici sfusi che sono intermedi del prodotto finito possono essere trasferiti tra impianti di sintesi organica per varie considerazioni tecniche, finanziarie e legali. La maggior parte degli intermedi e dei prodotti sono prodotti in una serie di reazioni batch su a campagna base. I processi di produzione operano per periodi di tempo discreti, prima che materiali, attrezzature e servizi vengano modificati per prepararsi a un nuovo processo. Molti impianti di sintesi organica nell'industria farmaceutica sono progettati per massimizzare la loro flessibilità operativa, a causa della diversità e complessità della moderna chimica farmaceutica. Ciò si ottiene costruendo strutture e installando apparecchiature di processo che possono essere modificate per nuovi processi di produzione, oltre ai loro requisiti di utilità.
Reattori multiuso sono le apparecchiature di elaborazione primarie nelle operazioni di sintesi chimica (vedi figura 5). Sono recipienti a pressione rinforzati con rivestimenti in acciaio inossidabile, vetro o lega metallica. La natura delle reazioni chimiche e le proprietà fisiche dei materiali (ad es. reattivi, corrosivi, infiammabili) determinano la progettazione, le caratteristiche e la costruzione dei reattori. I reattori polivalenti hanno involucri esterni e bobine interne riempite con acqua di raffreddamento, vapore o sostanze chimiche con speciali proprietà di trasferimento del calore. L'involucro del reattore viene riscaldato o raffreddato, in base ai requisiti delle reazioni chimiche. I reattori multiuso hanno agitatori, deflettori e molti ingressi e uscite che li collegano ad altri recipienti di processo, apparecchiature e forniture di prodotti chimici sfusi. Sono installati strumenti di rilevamento della temperatura, della pressione e del peso per misurare e controllare il processo chimico nel reattore. I reattori possono funzionare ad alta pressione oa basso vuoto, a seconda della progettazione e delle caratteristiche ingegneristiche e dei requisiti della chimica di processo.
Figura 5. Schema di un reattore chimico in sintesi organica
Scambiatori di calore sono collegati a reattori per riscaldare o raffreddare la reazione e condensare i vapori di solvente quando vengono riscaldati al di sopra del loro punto di ebollizione, creando un riflusso o riciclo dei vapori condensati. I dispositivi di controllo dell'inquinamento atmosferico (ad es. scrubber e impinger) possono essere collegati agli sfiati di scarico sui recipienti di processo, riducendo le emissioni di gas, vapore e polvere (EPA 1993). Solventi volatili e sostanze chimiche tossiche possono essere rilasciati nell'ambiente di lavoro o nell'atmosfera, a meno che non siano controllati durante la reazione da scambiatori di calore o dispositivi di controllo dell'aria. Alcuni solventi (vedi tabella 2) e reagenti sono difficili da condensare, assorbire o adsorbire nei dispositivi di controllo dell'aria (ad es. cloruro di metilene e cloroformio) a causa delle loro proprietà chimiche e fisiche.
I prodotti chimici sfusi vengono recuperati o isolati mediante operazioni di separazione, purificazione e filtrazione. Tipicamente, questi prodotti sono contenuti in liquori madri, come solidi disciolti o sospesi in una miscela di solventi. Le acque madri possono essere trasferite tra recipienti di processo o apparecchiature in tubi o tubi flessibili temporanei o permanenti, mediante pompe, gas inerti pressurizzati, vuoto o gravità. Il trasferimento di materiali è motivo di preoccupazione a causa delle velocità di reazione, delle temperature o pressioni critiche, delle caratteristiche delle apparecchiature di lavorazione e del potenziale di perdite e fuoriuscite. Sono necessarie precauzioni speciali per ridurre al minimo l'elettricità statica quando i processi utilizzano o generano gas e liquidi infiammabili. Ricarica di liquidi infiammabili attraverso l'immersione tubi di immersione ed messa a terra ed bonding materiali conduttivi e manutenzione atmosfere inerti all'interno delle apparecchiature di processo riducono il rischio di incendio o esplosione (Crowl e Louvar 1990).
Salute e sicurezza dei lavoratori
Molti rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori sono posti dalle operazioni di sintesi. Includono i rischi per la sicurezza derivanti da parti mobili della macchina, apparecchiature pressurizzate e tubi; movimentazione manuale pesante di materiali e attrezzature; vapore, liquidi caldi, superfici riscaldate e ambienti di lavoro caldi; spazi confinati e fonti di energia pericolose (ad es. elettricità); e alti livelli di rumore.
I rischi per la salute acuti e cronici possono derivare dall'esposizione dei lavoratori a sostanze chimiche pericolose durante le operazioni di sintesi. Le sostanze chimiche con effetti acuti sulla salute possono danneggiare gli occhi e la pelle, essere corrosive o irritanti per i tessuti del corpo, causare sensibilizzazione o reazioni allergiche o essere asfissianti, provocando soffocamento o carenza di ossigeno. Le sostanze chimiche con effetti cronici sulla salute possono provocare il cancro o danneggiare il fegato, i reni o i polmoni o influenzare il sistema nervoso, endocrino, riproduttivo o altri organi. I pericoli per la salute e la sicurezza possono essere controllati implementando adeguate misure di controllo (ad es. modifiche di processo, controlli tecnici, pratiche amministrative, dispositivi di protezione individuale e delle vie respiratorie).
Le reazioni di sintesi organica possono creare gravi rischi per la sicurezza del processo a causa di materiali altamente pericolosi, incendi, esplosioni o reazioni chimiche incontrollate che hanno un impatto sulla comunità che circonda l'impianto. La sicurezza del processo può essere molto complessa nella sintesi organica. Viene affrontato in diversi modi: esaminando le dinamiche delle reazioni chimiche, le proprietà dei materiali altamente pericolosi, la progettazione, il funzionamento e la manutenzione di attrezzature e servizi, la formazione del personale operativo e tecnico, la preparazione e la risposta alle emergenze della struttura e della comunità locale. È disponibile una guida tecnica sull'analisi dei rischi di processo e sulle attività di gestione per ridurre i rischi delle operazioni di sintesi chimica (Crowl e Louvar 1990; Kroschwitz 1992).
Estrazione biologica e naturale
Grandi volumi di materiali naturali, come materia vegetale e animale, possono essere lavorati per estrarre sostanze farmacologicamente attive (Gennaro 1990; Swarbick e Boylan 1996). In ogni fase del processo, i volumi dei materiali vengono ridotti mediante una serie di processi batch, fino all'ottenimento del farmaco finale. Tipicamente le lavorazioni vengono eseguite in campagne della durata di alcune settimane, fino ad ottenere la quantità desiderata di prodotto finito. I solventi vengono utilizzati per rimuovere grassi e oli insolubili, estraendo così la sostanza farmacologica finita. Il pH (acidità) della soluzione di estrazione e dei prodotti di scarto può essere regolato neutralizzandoli con acidi e basi forti. I composti metallici servono spesso come agenti precipitanti e i composti fenolici come disinfettanti.
Salute e sicurezza dei lavoratori
Alcuni lavoratori possono sviluppare allergie e/o irritazioni cutanee a causa della manipolazione di determinate piante. La materia animale può essere contaminata da organismi infettivi a meno che non vengano prese precauzioni appropriate. I lavoratori possono essere esposti a solventi e sostanze chimiche corrosive durante le operazioni di estrazione biologica e naturale. I rischi di incendio ed esplosione sono posti dallo stoccaggio, dalla manipolazione, dalla lavorazione e dal recupero di liquidi infiammabili. Parti meccaniche in movimento; vapore caldo, acqua, superfici e luoghi di lavoro; e alti livelli di rumore sono rischi per la sicurezza dei lavoratori.
I problemi di sicurezza del processo sono spesso ridotti dai grandi volumi di materiali vegetali o animali e dalle attività di estrazione con solventi su scala ridotta. Durante le operazioni di estrazione e recupero possono verificarsi rischi di incendio ed esplosione e l'esposizione dei lavoratori a solventi o sostanze chimiche corrosive o irritanti, a seconda della chimica specifica e del contenimento delle apparecchiature di processo.
Produzione farmaceutica di forme farmaceutiche
Le sostanze farmaceutiche vengono convertite in prodotti in forma di dosaggio prima di essere dispensate o somministrate a esseri umani o animali. Le sostanze farmacologiche attive vengono miscelate con le necessità farmaceutiche, come leganti, riempitivi, aromi e agenti di carica, conservanti e antiossidanti. Questi ingredienti possono essere essiccati, macinati, miscelati, compressi e granulati per ottenere le proprietà desiderate prima di essere prodotti come formulazione finale. Le compresse e le capsule sono forme di dosaggio orale molto comuni; un'altra forma comune sono i liquidi sterili per iniezione o applicazione oftalmica. La Figura 6 illustra operazioni unitarie tipiche per la produzione di prodotti farmaceutici in forma di dosaggio.
Figura 6. Produzione farmaceutica di prodotti in forma di dosaggio
Le miscele farmaceutiche possono essere compresse mediante granulazione a umido, compressione diretta o slugging per ottenere le proprietà fisiche desiderate, prima della loro formulazione come prodotto farmaceutico finito. In granulazione umida, i principi attivi e gli eccipienti vengono bagnati con soluzioni acquose o solventi per produrre granuli grossolani con granulometria allargata. I granuli vengono essiccati, miscelati con lubrificanti (es. stearato di magnesio), disintegranti o leganti, quindi compressi in compresse. In occasione compressione diretta, uno stampo di metallo trattiene una quantità misurata della miscela di farmaci mentre un punzone comprime la compressa. I farmaci che non sono sufficientemente stabili per la granulazione a umido o che non possono essere compressi direttamente vengono colpiti. slugging or granulazione secca mescola e comprime compresse relativamente grandi che vengono macinate e vagliate alla dimensione desiderata delle maglie, quindi ricompresse nella compressa finale. I materiali miscelati e granulati possono anche essere prodotti sotto forma di capsule. Le capsule di gelatina dura vengono essiccate, rifilate, riempite e unite su macchine riempitrici di capsule.
I liquidi possono essere prodotti come soluzioni sterili per l'iniezione nel corpo o la somministrazione negli occhi; liquidi, sospensioni e sciroppi per ingestione orale; e tinture da applicare sulla pelle (Gennaro 1990). Condizioni ambientali altamente controllate, apparecchiature di processo contenute e materie prime purificate sono necessarie per la produzione di liquidi sterili per prevenire la contaminazione microbiologica e da particolato (Cole 1990; Swarbick e Boylan 1996). I servizi della struttura (ad es. ventilazione, vapore e acqua), le apparecchiature di processo e le superfici del posto di lavoro devono essere pulite e sottoposte a manutenzione per prevenire e ridurre al minimo la contaminazione. L'acqua ad alte temperature e pressioni viene utilizzata per distruggere e filtrare i batteri e altri contaminanti dall'approvvigionamento idrico sterile durante la preparazione di soluzioni iniettabili. Parenterale i liquidi vengono iniettati nel corpo mediante somministrazione intradermica, intramuscolare o endovenosa. Questi liquidi vengono sterilizzati mediante calore secco o umido ad alta pressione con filtri che trattengono i batteri. Sebbene le soluzioni liquide per uso orale o topico non richiedano la sterilizzazione, le soluzioni da somministrare agli occhi (oftalmiche) devono essere sterilizzate. I liquidi orali vengono preparati miscelando le sostanze attive del farmaco con un solvente o un conservante per inibire la crescita di muffe e batteri. Le sospensioni e le emulsioni liquide sono prodotte rispettivamente da mulini colloidali e omogeneizzatori. Creme e unguenti vengono preparati miscelando o combinando ingredienti attivi con vaselina, grassi pesanti o emollienti prima del confezionamento in tubi di metallo o plastica.
Salute e sicurezza dei lavoratori
I rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori durante la produzione farmaceutica sono creati da parti mobili della macchina (ad es. ingranaggi, cinghie e alberi esposti) e fonti di energia pericolose (ad es. elettriche, pneumatiche, termiche, ecc.); movimentazione manuale di materiale e attrezzature; vapore ad alta pressione, acqua calda e superfici riscaldate; liquidi infiammabili e corrosivi; e alti livelli di rumore. L'esposizione dei lavoratori alle polveri aerodisperse può verificarsi durante le operazioni di erogazione, essiccazione, macinazione e miscelazione. L'esposizione ai prodotti farmaceutici è particolarmente preoccupante quando vengono maneggiate o lavorate miscele contenenti elevate proporzioni di principi attivi farmaceutici. Le operazioni di granulazione, compoundazione e rivestimento a umido possono creare un'elevata esposizione dei lavoratori ai vapori di solventi.
I problemi di sicurezza del processo riguardano principalmente i rischi di incendio o esplosione durante la produzione farmaceutica di forme farmaceutiche. Molte di queste operazioni (ad es. granulazione, miscelazione, composizione ed essiccazione) utilizzano liquidi infiammabili, che possono creare atmosfere infiammabili o esplosive. Poiché alcune polveri farmaceutiche sono altamente esplosive, le loro proprietà fisiche devono essere esaminate prima di essere processate. L'essiccazione a letto fluido, la macinazione e lo slugging sono una preoccupazione particolare quando coinvolgono materiali potenzialmente esplosivi. Le misure tecniche e le pratiche di lavoro sicure riducono i rischi di polveri esplosive e liquidi infiammabili (ad es. apparecchiature elettriche e utenze a tenuta di vapore e polvere, messa a terra e messa a terra di apparecchiature, contenitori sigillati con scarico della pressione e atmosfere inerti).
Misure di controllo
Prevenzione e protezione da incendi ed esplosioni; contenimento del processo di sostanze pericolose, pericoli per le macchine e livelli di rumorosità elevati; diluizione e ventilazione locale degli scarichi (LEV); uso di respiratori (p. es., maschere antipolvere e per vapori organici e, in alcuni casi, respiratori a purificazione d'aria o maschere e tute ad alimentazione d'aria) e dispositivi di protezione individuale (DPI); e la formazione dei lavoratori sui rischi sul posto di lavoro e sulle pratiche di lavoro sicure sono misure di controllo sul posto di lavoro applicabili durante tutte le varie operazioni di produzione farmaceutica descritte di seguito. Questioni specifiche riguardano la sostituzione di materiali meno pericolosi, ove possibile, durante lo sviluppo e la produzione di farmaci. Inoltre, riducendo al minimo i trasferimenti di materiale, le attività di lavorazione e campionamento non sigillate o aperte, si riduce il potenziale di esposizione dei lavoratori.
La progettazione ingegneristica e le caratteristiche di strutture, servizi e apparecchiature di processo possono prevenire l'inquinamento ambientale e ridurre l'esposizione dei lavoratori a sostanze pericolose. I moderni impianti di produzione farmaceutica e le apparecchiature di processo stanno riducendo i rischi per l'ambiente, la salute e la sicurezza prevenendo l'inquinamento e migliorando il contenimento dei rischi. Gli obiettivi di salute e sicurezza dei lavoratori e di controllo della qualità vengono raggiunti migliorando l'isolamento, il contenimento e la pulizia delle strutture farmaceutiche e delle apparecchiature di processo. Prevenire l'esposizione dei lavoratori a sostanze e prodotti farmaceutici pericolosi è altamente compatibile con la contemporanea necessità di evitare che i lavoratori contaminino accidentalmente materie prime e prodotti finiti. Le procedure di lavoro sicure e le buone pratiche di fabbricazione sono attività complementari.
Progettazione della struttura e problemi di ingegneria di processo
La progettazione ingegneristica e le caratteristiche degli impianti farmaceutici e delle apparecchiature di processo influenzano la salute e la sicurezza dei lavoratori. I materiali da costruzione, le apparecchiature di processo e le pratiche di pulizia influiscono notevolmente sulla pulizia del posto di lavoro. I sistemi di diluizione e LEV controllano i vapori fuggitivi e le emissioni di polvere durante le operazioni di produzione. Quando sono presenti liquidi e vapori infiammabili, sono necessarie misure di prevenzione e protezione da incendi ed esplosioni (ad es. apparecchiature elettriche e utenze a tenuta di vapore e polvere, sistemi di estinzione, rilevatori di incendio e fumo e allarmi di emergenza). I sistemi di stoccaggio e movimentazione (ad es. recipienti di stoccaggio, contenitori portatili, pompe e tubazioni) vengono installati per spostare i liquidi all'interno degli impianti di produzione farmaceutica. I solidi pericolosi possono essere manipolati e lavorati in attrezzature e recipienti chiusi, contenitori individuali per la rinfusa (IBC) e fusti e sacchi sigillati. L'isolamento o il contenimento di strutture, apparecchiature di processo e materiali pericolosi promuove la salute e la sicurezza dei lavoratori. I rischi meccanici sono controllati mediante l'installazione di barriere di protezione sulle parti in movimento della macchina.
L'apparecchiatura di processo e le utenze possono essere controllate con mezzi manuali o automatici. Negli impianti manuali, operatori chimici leggere gli strumenti e controllare le apparecchiature di processo e le utenze vicino alle apparecchiature di processo. Negli impianti automatizzati, le apparecchiature di processo, le utenze ei dispositivi di controllo sono controllati da sistemi distribuiti, che ne consentono il funzionamento da una postazione remota come una sala di controllo. Le operazioni manuali sono spesso impiegate quando i materiali vengono caricati o trasferiti, i prodotti vengono scaricati e imballati e quando viene eseguita la manutenzione o si verificano condizioni non di routine. Le istruzioni scritte dovrebbero essere preparate, per descrivere procedure operative standard nonché i rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori e le misure di controllo.
Verifica dei controlli sul posto di lavoro
Le misure di controllo sul posto di lavoro vengono valutate periodicamente per proteggere i lavoratori dai rischi per la salute e la sicurezza e ridurre al minimo l'inquinamento ambientale. Molti processi di produzione e apparecchiature sono convalidati nell'industria farmaceutica per garantire la qualità dei prodotti (Cole 1990; Gennaro 1990; Swarbick e Boylan 1996). Pratiche di convalida simili possono essere implementate per le misure di controllo sul posto di lavoro per garantire che siano efficaci e affidabili. Periodicamente, le istruzioni di processo e le pratiche di lavoro sicure vengono riviste. Le attività di manutenzione preventiva identificano quando le apparecchiature di processo e ingegneristiche possono guastarsi, precludendo così problemi. La formazione e la supervisione informano e istruiscono i lavoratori sui rischi per l'ambiente, la salute e la sicurezza, rafforzando pratiche di lavoro sicure e l'uso di respiratori e dispositivi di protezione individuale. I programmi di ispezione esaminano se le condizioni di lavoro sicure e le pratiche di lavoro sono mantenute. Ciò include l'ispezione dei respiratori e la garanzia che siano adeguatamente selezionati, indossati e sottoposti a manutenzione da parte dei lavoratori. I programmi di audit riesaminano i sistemi di gestione per l'identificazione, la valutazione e il controllo dei pericoli per l'ambiente, la salute e la sicurezza.
Operazioni dell'unità farmaceutica
Pesatura e dosaggio
La pesatura e il dosaggio di solidi e liquidi è un'attività molto comune in tutta l'industria farmaceutica (Gennaro 1990). Di solito i lavoratori erogano materiali raccogliendo a mano solidi e versando o pompando liquidi. La pesatura e l'erogazione vengono spesso eseguite in un magazzino durante la produzione di sostanze chimiche sfuse o in una farmacia durante la produzione di forme di dosaggio farmaceutiche. A causa della probabilità di fuoriuscite, perdite ed emissioni fuggitive durante la pesatura e l'erogazione, sono necessarie adeguate misure di controllo sul posto di lavoro per proteggere i lavoratori. La pesatura e l'erogazione devono essere eseguite in un'area di lavoro separata con una buona ventilazione per la diluizione. Le superfici di lavoro nelle aree in cui i materiali vengono pesati ed erogati devono essere lisce e sigillate, consentendo la loro corretta pulizia. LEV con cappe backdraft o sidedraft impedisce il rilascio di contaminanti dell'aria durante la pesatura e l'erogazione di solidi polverosi o liquidi volatili (Cole 1990). La pesatura e l'erogazione di materiali altamente tossici possono richiedere ulteriori misure di controllo come cappe di ventilazione laminare o dispositivi di isolamento (ad esempio scatole a guanti o borse a guanti) (Naumann et al. 1996).
Carico e scarico di solidi e liquidi
Solidi e liquidi vengono spesso caricati e scaricati da contenitori e apparecchiature di processo nelle operazioni di produzione farmaceutica (Gennaro 1990). Il carico e lo scarico dei materiali sono spesso eseguiti manualmente dagli operai; tuttavia, vengono impiegati altri metodi (ad es. gravità, sistemi di trasferimento meccanici o pneumatici). Le apparecchiature di processo contenute, i sistemi di trasferimento e i controlli tecnici impediscono l'esposizione dei lavoratori durante il carico e lo scarico di materiali altamente pericolosi. La carica per gravità da contenitori chiusi e sistemi di vuoto, pressione e pompaggio eliminano le emissioni fuggitive durante le operazioni di carica e scarica. LEV con ingressi flangiati cattura polveri e vapori fuggitivi che vengono rilasciati in punti di trasferimento aperti.
Separazioni liquide
I liquidi vengono separati in base alle loro proprietà fisiche (ad esempio, densità, solubilità e miscibilità) (Kroschwitz 1992). Le separazioni di liquidi vengono comunemente eseguite durante la produzione di prodotti chimici sfusi e le operazioni di produzione farmaceutica. I liquidi pericolosi devono essere trasferiti, lavorati e separati in recipienti e sistemi di tubazioni chiusi per ridurre l'esposizione dei lavoratori a fuoriuscite di liquidi e vapori nell'aria. I lavaocchi e le docce di sicurezza devono essere posizionati vicino alle operazioni in cui i liquidi pericolosi vengono trasferiti, lavorati o separati. Quando si utilizzano liquidi infiammabili, sono necessarie misure di controllo delle fuoriuscite e prevenzione e protezione da incendi ed esplosioni.
Trasferimento di liquidi
I liquidi vengono spesso trasferiti tra recipienti di stoccaggio, contenitori e apparecchiature di processo durante le operazioni di produzione farmaceutica. Idealmente, gli impianti ei processi di produzione sono progettati per ridurre al minimo la necessità di trasferire materiali pericolosi, riducendo così la possibilità di fuoriuscite e l'esposizione dei lavoratori. I liquidi possono essere trasferiti tra recipienti di processo e attrezzature attraverso molteplici stazioni, aree in cui molte flange dei tubi si trovano vicine tra loro (Kroschwitz 1992). Ciò consente di effettuare connessioni temporanee tra i sistemi di tubazioni. Fuoriuscite, perdite ed emissioni di vapore possono verificarsi nelle stazioni multiple; pertanto sono necessarie guarnizioni adeguate e tenute ermetiche su tubi flessibili e tubi per prevenire l'inquinamento ambientale e le fuoriuscite sul posto di lavoro. I sistemi di drenaggio con serbatoi o pozzetti sigillati catturano i liquidi fuoriusciti in modo che possano essere recuperati e recuperati. Recipienti e contenitori sigillati e sistemi di tubazioni sono altamente desiderabili quando si trasferiscono grandi volumi di liquidi. È necessario adottare precauzioni speciali quando si utilizzano gas inerti per pressurizzare le linee di trasferimento o le apparecchiature di processo, poiché ciò potrebbe aumentare il rilascio di composti organici volatili (COV) e inquinanti atmosferici pericolosi. Il ricircolo o la condensazione dei gas di scarico e dei vapori riduce l'inquinamento atmosferico.
Filtrazione
Solidi e liquidi vengono separati durante le operazioni di filtrazione. I filtri hanno design e caratteristiche differenti con contenimento e controllo variabili di liquidi e vapori (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Quando si utilizzano filtri aperti per materiali pericolosi, i lavoratori possono essere esposti a liquidi, solidi umidi, vapori e aerosol durante le operazioni di carico e scarico. Le apparecchiature di processo a circuito chiuso possono essere utilizzate per filtrare materiali altamente pericolosi, riducendo le emissioni di vapore e prevenendo l'esposizione dei lavoratori (vedere figura 7). La filtrazione deve essere eseguita in aree con controllo delle fuoriuscite e buona diluizione e LEV. I vapori di solventi volatili possono essere scaricati attraverso gli sfiati su apparecchiature di processo sigillate e controllati da dispositivi di emissione dell'aria (ad es. condensatori, scrubber e adsorbitori).
Figura 7. Un filtro sparkler
Ad aggravare
Solidi e liquidi vengono miscelati in operazioni di compounding per produrre soluzioni, sospensioni, sciroppi, unguenti e paste. Si consigliano attrezzature di processo e sistemi di trasferimento chiusi quando si mescolano materiali altamente pericolosi (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Agenti tampone, detergenti e germicidi neutralizzanti, detergenti e biocidi possono essere pericolosi per i lavoratori. I lavaocchi e le docce di sicurezza riducono gli infortuni, se i lavoratori entrano in contatto accidentalmente con sostanze corrosive o irritanti. A causa delle superfici bagnate nelle aree di compounding, i lavoratori devono essere protetti dai rischi elettrici delle apparecchiature e dei servizi. I rischi termici sono posti dal vapore e dall'acqua calda durante le attività di composizione e pulizia. Le lesioni dei lavoratori dovute a ustioni e cadute vengono prevenute installando l'isolamento su superfici calde e mantenendo i pavimenti asciutti e antiscivolo.
Figura 8. Un granulatore ad alto vapore
Figura MANCANTE
Granulazione
I solidi secchi e umidi vengono granulati per modificarne le proprietà fisiche. I granulatori hanno design e caratteristiche differenti con contenimento e controllo variabili dei rischi meccanici e delle polveri e dei vapori aerodispersi (Perry 1984; Swarbick e Boylan 1996). I granulatori chiusi possono essere sfiatati nei dispositivi di controllo dell'aria, riducendo le emissioni di vapori o polveri di solventi nell'ambiente di lavoro e nell'atmosfera (vedere figura 8). Durante il carico e lo scarico dei granulatori sorgono problemi di movimentazione dei materiali. Le attrezzature meccaniche (p. es., piattaforme elevate, piattaforme elevatrici e transpallet) aiutano i lavoratori a svolgere compiti manuali pesanti. Sono necessari lavaocchi e docce di sicurezza, se i lavoratori entrano accidentalmente in contatto con solventi o polveri irritanti.
Figura 9. Un essiccatore rotativo sottovuoto
Figura MANCANTE
essiccazione
I solidi bagnati con acqua o solvente vengono essiccati durante molte operazioni di produzione farmaceutica. Gli essiccatori hanno design e caratteristiche differenti con diversi livelli di contenimento e controllo di vapori e polveri (vedi figura 9). I vapori di solventi infiammabili e le polveri esplosive nell'aria possono creare atmosfere infiammabili o esplosive; lo sfiato antideflagrante è particolarmente importante negli essiccatori chiusi. La diluizione e il LEV riducono il rischio di incendio o esplosione, oltre a controllare l'esposizione dei lavoratori ai vapori di solventi durante la manipolazione di torte umide o alle polveri aerodisperse durante lo scarico di prodotti secchi. La movimentazione di materiali pesanti può essere coinvolta durante il carico o lo scarico di vassoi, bidoni o contenitori dell'essiccatore (vedere la figura 10). Attrezzature meccaniche (p. es., martinetti per fusti, sollevatori e piattaforme di lavoro) assistono queste attività manuali. Lavaocchi e docce di sicurezza devono essere posizionati nelle vicinanze, nel caso in cui i lavoratori vengano accidentalmente a contatto con solventi e polveri.
Figura 10. Un essiccatore sottovuoto
Figura MANCANTE
Fresatura
I solidi secchi vengono macinati per modificare le loro caratteristiche particellari e produrre polveri scorrevoli. I mulini hanno diversi design e caratteristiche con contenimento e controllo variabili dei rischi meccanici e delle polveri aerodisperse (Kroschwitz 1992; Perry 1984). Prima della macinazione dei materiali, le loro proprietà fisiche e i rischi devono essere esaminati o testati. Le misure di prevenzione e protezione contro le esplosioni comportano l'installazione di apparecchiature elettriche e servizi a tenuta di polvere, apparecchiature e accessori di messa a terra e messa a terra per eliminare le scintille elettrostatiche, l'installazione di valvole di sicurezza sui mulini chiusi e la costruzione di pannelli di protezione dalle esplosioni nelle pareti. Queste misure possono essere necessarie a causa dell'esplosività di alcune sostanze farmaceutiche ed eccipienti, alti livelli di polvere ed energie associate alle operazioni di macinazione.
Mescolanza
I solidi secchi vengono miscelati per produrre miscele omogenee. I miscelatori hanno design e caratteristiche differenti con contenimento e controllo variabili dei rischi meccanici e delle polveri disperse nell'aria (Kroschwitz 1992; Perry 1984). L'esposizione dei lavoratori a sostanze stupefacenti, eccipienti e miscele può verificarsi durante il carico e lo scarico dell'attrezzatura per la miscelazione. LEV con ingressi flangiati riduce le emissioni di polveri fuggitive durante la miscelazione. Quando si caricano e scaricano i solidi dai miscelatori, può essere necessaria la movimentazione di materiali pesanti. Le attrezzature meccaniche (ad es. piattaforme di lavoro, paranchi e martinetti per fusti e pallet) riducono le esigenze fisiche della movimentazione di materiali pesanti.
Compressione
I solidi secchi vengono compressi o impastati per compattarli, modificandone le proprietà delle particelle. Le apparecchiature di compressione hanno design e caratteristiche differenti con contenimento e controllo variabili dei rischi meccanici e delle polveri aerodisperse (Gennaro 1990; Swarbick e Boylan 1996). L'attrezzatura di compressione può comportare seri rischi meccanici se protetta in modo inadeguato. Elevati livelli di rumorosità possono anche essere prodotti da operazioni di compressione e sbattimento. Racchiudere le fonti di impatto, isolare le apparecchiature vibranti, ruotare i lavoratori e utilizzare dispositivi di protezione dell'udito (ad es. cuffie e tappi per le orecchie) riducono l'impatto dell'esposizione al rumore.
Figura 11. Comprimitrice con tramoggia di carico e aspiratori a spirale per il recupero del prodotto
Figura MANCANTE
Produzione di forme farmaceutiche solide
Compresse e capsule sono le forme di dosaggio orale più comuni. Le compresse compresse o modellate contengono miscele di sostanze farmaceutiche ed eccipienti. Queste compresse possono essere non rivestite o rivestite con miscele di solventi o soluzioni acquose. Le capsule sono gusci di gelatina molli o duri. Le presse per compresse (vedi figura 11), le apparecchiature per il rivestimento delle compresse e le macchine per il riempimento di capsule hanno design e caratteristiche differenti con contenimento e controllo variabili dei rischi meccanici e delle polveri aerodisperse (Cole 1990). I lavoratori possono essere esposti ai vapori di solventi durante il rivestimento a spruzzo delle compresse. Le moderne attrezzature per il rivestimento di compresse sono altamente contenute; tuttavia, LEV può essere installato in vasche di rivestimento aperte più vecchie per controllare i vapori di solventi fuggitivi. L'attrezzatura per il rivestimento delle compresse può essere ventilata nei dispositivi di emissione dell'aria per controllare i COV dal processo (vedere la figura 12). Quando possibile, i solventi recuperati devono essere riutilizzati dal processo o miscele acquose sostituite da miscele di solventi per il rivestimento delle compresse. Le moderne comprimitrici e le opercolatrici sono racchiuse da pannelli interbloccati, riducendo i rischi delle parti in rapido movimento, gli elevati livelli di rumorosità e le emissioni di polvere durante il loro funzionamento. I dispositivi di protezione dell'udito possono ridurre l'esposizione al rumore dei lavoratori durante le operazioni con tablet e capsule.
Figura 12. Una macchina per il rivestimento di compresse
Figura MANCANTE
Produzione sterile
I prodotti sterili sono fabbricati in impianti di produzione farmaceutica con design modulare (vedi figura 13), ambienti di lavoro puliti e superfici delle attrezzature, e sistemi di ventilazione con filtro HEPA (High Efficiency Particulate Air) (Cole 1990; Gennaro 1990). I principi e le pratiche di controllo della contaminazione nella produzione di liquidi sterili sono simili a quelli dell'industria microelettronica. I lavoratori indossano indumenti protettivi per impedire loro di contaminare i prodotti durante le operazioni di produzione sterili. Le tecnologie farmaceutiche sterili per il controllo della contaminazione comprendono prodotti liofilizzati, l'utilizzo di germicidi liquidi e gas sterilizzanti, l'installazione di ventilazione a flusso laminare, l'isolamento di moduli con pressioni d'aria differenziali e il contenimento di apparecchiature di produzione e riempimento.
Figura 13. Schema di un impianto di produzione di liquidi sterili
I rischi chimici sono rappresentati da germicidi tossici (ad es. formaldeide e glutaraldeide) e gas sterilizzanti (ad es. ossido di etilene). Quando possibile, dovrebbero essere selezionati agenti meno pericolosi (ad es. alcoli, composti di ammonio). La sterilizzazione delle materie prime e delle attrezzature può essere eseguita mediante vapore ad alta pressione o gas tossici (ad esempio miscele di gas di ossido di etilene diluito) (Swarbick e Boylan 1996). I recipienti di sterilizzazione possono essere posizionati in aree separate con strumenti remoti e sistemi di controllo, aria non ricircolata e LEV per estrarre le emissioni di gas tossici. I lavoratori dovrebbero essere formati sulle istruzioni operative standard, sulle pratiche di lavoro sicure e su un'adeguata risposta alle emergenze. Le camere di sterilizzazione a gas devono essere completamente evacuate sotto vuoto e spurgate con aria per ridurre al minimo le emissioni fuggitive sul posto di lavoro prima che le merci sterilizzate vengano rimosse. Le emissioni di gas dalle camere di sterilizzazione possono essere convogliate in dispositivi di controllo dell'aria (ad es. adsorbimento di carbonio o convertitori catalitici) per ridurre le emissioni atmosferiche. Il monitoraggio dell'igiene sul lavoro misura l'esposizione dei lavoratori a germicidi chimici e gas sterilizzanti, contribuendo a valutare l'adeguatezza delle misure di controllo. I rischi per la sicurezza riguardano vapore ad alta pressione e acqua calda, parti mobili delle macchine nelle apparecchiature di lavaggio, riempimento, tappatura e confezionamento, elevati livelli di rumore e attività manuali ripetitive.
Attività di pulizia e manutenzione
Attività non di routine possono verificarsi durante la pulizia, la riparazione e la manutenzione di attrezzature, utenze e luoghi di lavoro. Sebbene durante le attività non di routine possano insorgere pericoli unici, si riscontrano problemi ricorrenti per la salute e la sicurezza. Le superfici del posto di lavoro e delle attrezzature possono essere contaminate da materiali pericolosi e sostanze stupefacenti, che richiedono la loro pulizia prima che i lavoratori non protetti eseguano lavori di assistenza o manutenzione. La pulizia viene eseguita lavando o asciugando liquidi e spazzando o aspirando le polveri. Si sconsiglia di spazzare a secco e soffiare solidi con aria compressa, in quanto creano un'elevata esposizione dei lavoratori alle polveri sospese nell'aria. La pulizia a umido e l'aspirazione riducono l'esposizione dei lavoratori alle polveri durante le attività di pulizia. Gli aspirapolvere con filtri HEPA possono essere necessari per la pulizia di sostanze pericolose e farmaci ad alta potenza. Nei sistemi a vuoto per polveri esplosive possono essere necessari dispositivi antideflagranti e materiali conduttivi. Lavaocchi, docce di sicurezza e DPI riducono l'effetto del contatto accidentale dei lavoratori con detergenti e liquidi detergenti corrosivi e irritanti.
Potrebbe essere necessario rilasciare o controllare energia meccanica, elettrica, pneumatica o termica pericolosa prima che le apparecchiature e le utenze vengano sottoposte a manutenzione, riparazione o manutenzione. I lavoratori a contratto possono svolgere compiti speciali di produzione o ingegneria negli stabilimenti farmaceutici senza un'adeguata formazione sulle precauzioni di sicurezza. È importante un'attenta supervisione dei lavoratori a contratto, in modo che non violino le norme di sicurezza o eseguano lavori che creano incendi, esplosioni o altri gravi rischi per la salute e la sicurezza. Quando si lavora con materiali altamente pericolosi (ad es. tossici, reattivi, infiammabili o esplosivi) e processi (ad es. esotermici o ad alta pressione) in impianti di produzione farmaceutici sfusi e di forme farmaceutiche, sono richiesti speciali programmi di sicurezza per gli appaltatori.
Packaging
Le operazioni di confezionamento farmaceutico vengono eseguite con una serie di macchine integrate e attività manuali ripetitive (Gennaro 1990; Swarbick e Boylan 1996). I prodotti finiti in forma farmaceutica possono essere confezionati in diversi tipi di contenitori (ad es. flaconi di plastica o di vetro, blister di alluminio, sacchetti o bustine, provette e fiale sterili). L'attrezzatura meccanica riempie, tappa, etichetta, inscatola e imballa i prodotti finiti in container di spedizione. La vicinanza dei lavoratori alle attrezzature di imballaggio richiede una barriera di protezione sulle parti mobili della macchina, interruttori di controllo accessibili e cavi di arresto di emergenza e formazione dei dipendenti sui rischi della macchina e sulle pratiche di lavoro sicure. La chiusura e l'isolamento delle apparecchiature riduce i livelli di rumore e vibrazioni nelle aree di imballaggio. L'uso di dispositivi di protezione dell'udito (ad es. cuffie e tappi per le orecchie) riduce l'esposizione dei lavoratori al rumore. Un buon design industriale promuove la produttività, il comfort e la sicurezza dei dipendenti, affrontando i rischi ergonomici derivanti da posture scorrette del corpo, movimentazione dei materiali e attività altamente ripetitive.
Operazioni di laboratorio
Le operazioni di laboratorio nell'industria farmaceutica sono diverse. Possono comportare rischi biologici, chimici e fisici, a seconda degli specifici agenti, operazioni, attrezzature e pratiche di lavoro impiegate. Esistono grandi distinzioni tra i laboratori che conducono la ricerca scientifica e lo sviluppo di prodotti e processi e quelli che valutano le attività di assicurazione e controllo della qualità (Swarbick e Boylan 1996). Gli operatori di laboratorio possono condurre ricerche scientifiche per scoprire sostanze farmaceutiche, sviluppare processi di produzione per prodotti chimici sfusi e in forma di dosaggio o analizzare materie prime, intermedi e prodotti finiti. Le attività di laboratorio dovrebbero essere valutate individualmente, sebbene le buone pratiche di laboratorio si applichino a molte situazioni (National Research Council 1981). Responsabilità chiaramente definite, formazione e informazione, pratiche di lavoro sicure e misure di controllo e piani di risposta alle emergenze sono mezzi importanti per gestire efficacemente i rischi per l'ambiente, la salute e la sicurezza.
I rischi per la salute e la sicurezza dei materiali infiammabili e tossici vengono ridotti minimizzando le scorte nei laboratori e conservandoli in armadi separati. Le analisi e le operazioni di laboratorio che possono rilasciare contaminanti dell'aria possono essere eseguite in cappe aspiranti ventilate per proteggere i lavoratori. Le cappe di sicurezza biologica forniscono un flusso laminare verso il basso e verso l'interno, impedendo il rilascio di microrganismi (Gennaro 1990; Swarbick e Boylan 1996). La formazione e l'informazione dei lavoratori descrivono i rischi del lavoro di laboratorio, le pratiche di lavoro sicure e la corretta risposta alle emergenze in caso di incendi e fuoriuscite. Cibo e bevande non devono essere consumati nelle aree di laboratorio. La sicurezza del laboratorio viene migliorata richiedendo ai supervisori di approvare e gestire operazioni altamente pericolose. Le buone pratiche di laboratorio separano, trattano e smaltiscono i rifiuti biologici e chimici. I pericoli fisici (ad es. radiazioni e fonti di energia elettromagnetica) sono spesso certificati e gestiti, secondo normative specifiche.
Rischi generali per la salute e la sicurezza
Ergonomia e movimentazione dei materiali
I materiali spediti, stoccati, movimentati, lavorati e confezionati nell'industria farmaceutica vanno da grandi quantità di materie prime a piccole confezioni contenenti prodotti farmaceutici. Le materie prime per la produzione di prodotti chimici sfusi vengono spedite in contenitori sfusi (ad es. autocisterne, vagoni ferroviari), fusti di metallo e fibra, carta rinforzata e sacchi di plastica. La produzione farmaceutica utilizza minori quantità di materie prime a causa della scala ridotta delle operazioni. I dispositivi per la movimentazione dei materiali (p. es., carrelli elevatori, sollevatori di pallet, paranchi a vuoto e martinetti per fusti) assistono la movimentazione dei materiali durante le operazioni di stoccaggio e di produzione. Il lavoro manuale pesante può creare rischi ergonomici quando si spostano materiali e attrezzature se non sono disponibili dispositivi meccanici. Buone pratiche di ingegneria industriale e gestione delle strutture riducono gli infortuni dovuti alla movimentazione dei materiali migliorando il design e le caratteristiche delle attrezzature e del posto di lavoro e diminuendo le dimensioni e il peso dei contenitori (Cole 1990). Misure di controllo tecnico (p. es., progettazione ergonomica di strumenti, materiali e attrezzature) e pratiche amministrative (p. es., rotazione dei lavoratori, formazione dei lavoratori) riducono i rischi di traumi cumulativi durante le operazioni di produzione e confezionamento altamente ripetitive.
Protezione della macchina e controllo dell'energia pericolosa
Le parti mobili incustodite della macchina nelle attrezzature per la produzione farmaceutica e l'imballaggio creano rischi meccanici. I "punti di schiacciamento e schiacciamento" esposti nelle apparecchiature aperte possono ferire gravemente i lavoratori. I rischi meccanici sono esacerbati dal gran numero e dai diversi design delle attrezzature, dalle condizioni di lavoro affollate e dalle frequenti interazioni tra lavoratori e attrezzature. Protezioni interbloccate, interruttori di controllo, dispositivi di arresto di emergenza e formazione degli operatori sono mezzi importanti per ridurre i rischi meccanici. Capelli sciolti, indumenti a maniche lunghe, gioielli o altri oggetti possono rimanere intrappolati nell'apparecchiatura. Le attività di ispezione e riparazione di routine identificano e controllano i pericoli meccanici durante le operazioni di produzione e confezionamento. L'energia elettrica, pneumatica e termica pericolosa deve essere rilasciata o controllata prima di lavorare su apparecchiature e servizi attivi. I lavoratori sono protetti da fonti di energia pericolosa implementando procedure di lockout/tagout.
Esposizioni al rumore
Elevati livelli sonori possono essere generati da attrezzature e servizi di produzione (ad es. aria compressa, fonti di vuoto e sistemi di ventilazione). A causa del design chiuso dei moduli del posto di lavoro farmaceutico, i lavoratori si trovano spesso vicino alle macchine durante le operazioni di produzione e confezionamento. I lavoratori osservano e interagiscono con le apparecchiature di produzione e confezionamento, aumentando così la loro esposizione al rumore. I metodi ingegneristici riducono i livelli sonori modificando, racchiudendo e attenuando le fonti di rumore. La rotazione dei dipendenti e l'uso di dispositivi di protezione dell'udito (ad es. cuffie e tappi per le orecchie) riducono l'esposizione dei lavoratori a livelli elevati di rumore. Programmi completi di conservazione dell'udito identificano le fonti di rumore, riducono i livelli sonori sul posto di lavoro e formano i lavoratori sui rischi dell'esposizione al rumore e sull'uso corretto dei dispositivi di protezione dell'udito. Il monitoraggio del rumore e la sorveglianza medica (vale a dire l'audiometria) valutano l'esposizione dei lavoratori al rumore e la conseguente perdita dell'udito. Questo aiuta a identificare i problemi di rumore e valutare l'adeguatezza delle misure correttive.
Esposizioni a vapori di solventi e potenti composti
Possono sorgere preoccupazioni particolari quando i lavoratori sono esposti a vapori di solventi tossici e potenti farmaci come le polveri disperse nell'aria. L'esposizione dei lavoratori a vapori di solventi e composti potenti può verificarsi durante varie operazioni di produzione, che devono essere identificate, valutate e controllate per garantire la protezione dei lavoratori. I controlli ingegneristici sono i mezzi preferiti per controllare queste esposizioni, a causa della loro intrinseca efficacia e affidabilità (Cole 1990; Naumann et al. 1996). Le apparecchiature di processo chiuse e i sistemi di movimentazione dei materiali prevengono l'esposizione dei lavoratori, mentre LEV e DPI integrano queste misure. Per il controllo di solventi altamente tossici (ad es. benzene, idrocarburi clorurati, chetoni) e composti potenti è necessario un maggiore contenimento delle strutture e dei processi. I respiratori a pressione positiva (p. es., purificazione dell'aria alimentata e adduzione d'aria) e DPI sono necessari quando vengono maneggiati e lavorati solventi altamente tossici e composti potenti. Preoccupazioni particolari sono poste da operazioni in cui vengono generati livelli elevati di vapori di solventi (ad es. compoundazione, granulazione e rivestimento di compresse) e polveri (ad es. essiccazione, macinazione e miscelazione). Gli spogliatoi e le docce, le pratiche di decontaminazione e le buone pratiche igieniche (ad es. lavarsi e fare la doccia) sono necessarie per prevenire o ridurre al minimo gli effetti dell'esposizione dei lavoratori all'interno e all'esterno del luogo di lavoro.
Gestione della sicurezza dei processi
I programmi di sicurezza dei processi sono implementati nell'industria farmaceutica a causa della complessa chimica, dei materiali pericolosi e delle operazioni nella produzione di prodotti chimici sfusi (Crowl e Louvar 1990). Materiali e processi altamente pericolosi possono essere impiegati nelle reazioni di sintesi organica in più fasi per produrre la sostanza farmacologica desiderata. La termodinamica e la cinetica di queste reazioni chimiche devono essere valutate, poiché possono coinvolgere materiali altamente tossici e reattivi, lacrimatori e composti infiammabili o esplosivi.
La gestione della sicurezza del processo comporta lo svolgimento di test sui rischi fisici di materiali e reazioni, l'esecuzione di studi di analisi dei pericoli per rivedere la chimica del processo e le pratiche ingegneristiche, l'esame della manutenzione preventiva e l'integrità meccanica delle apparecchiature e dei servizi di processo, l'implementazione della formazione dei lavoratori e lo sviluppo di istruzioni operative e procedure di risposta alle emergenze . Le caratteristiche ingegneristiche speciali per la sicurezza del processo includono la selezione di recipienti a pressione adeguata, l'installazione di sistemi di isolamento e soppressione e la fornitura di sfiati di scarico della pressione con serbatoi di raccolta. Le pratiche di gestione della sicurezza dei processi sono simili nelle industrie farmaceutiche e chimiche quando si producono prodotti farmaceutici sfusi come prodotti chimici organici speciali (Crowl e Louvar 1990; Kroschwitz 1992).
Problemi ambientali
Ciascuno dei diversi processi di produzione farmaceutica ha i propri problemi ambientali, come discusso di seguito.
Fermentazione
La fermentazione genera grandi volumi di rifiuti solidi che contengono miceli e panelli di filtrazione esausti (EPA 1995; Theodore e McGuinn 1992). Le torte filtranti contengono miceli, media filtranti e piccole quantità di sostanze nutritive, intermedi e prodotti residui. Questi rifiuti solidi sono in genere non pericolosi, tuttavia possono contenere solventi e piccole quantità di sostanze chimiche residue a seconda della chimica specifica del processo di fermentazione. Possono svilupparsi problemi ambientali se i lotti di fermentazione vengono infettati da un fago virale che attacca i microrganismi durante il processo di fermentazione. Sebbene le infezioni fagiche siano rare, creano un problema ambientale significativo generando grandi quantità di brodo di scarto.
Il brodo di fermentazione esaurito contiene zuccheri, amidi, proteine, azoto, fosfati e altri nutrienti con elevata domanda biochimica di ossigeno (BOD), richiesta chimica di ossigeno (COD) e solidi totali sospesi (TSS) con valori di pH compresi tra 4 e 8. I brodi di fermentazione possono essere trattato da sistemi microbiologici delle acque reflue, dopo che l'effluente è stato equalizzato per promuovere il funzionamento stabile del sistema di trattamento. Il vapore e piccole quantità di sostanze chimiche industriali (ad es. fenoli, detergenti e disinfettanti) mantengono la sterilità delle attrezzature e dei prodotti durante la fermentazione. Grandi volumi di aria umida vengono scaricati dai fermentatori, contenenti anidride carbonica e odori che possono essere trattati prima di essere emessi nell'atmosfera.
Sintesi organica
I rifiuti della sintesi chimica sono complessi a causa della varietà di materiali pericolosi, reazioni e operazioni unitarie (Kroschwitz 1992; Theodore e McGuinn 1992). I processi di sintesi organica possono generare acidi, basi, liquidi acquosi o solventi, cianuri e rifiuti metallici in forma liquida o in sospensione. I rifiuti solidi possono includere panelli filtranti contenenti sali inorganici, sottoprodotti organici e complessi metallici. I solventi di scarto nella sintesi organica vengono solitamente recuperati mediante distillazione ed estrazione. Ciò consente il riutilizzo dei solventi da parte di altri processi e riduce il volume di rifiuti pericolosi liquidi da smaltire. Residui della distillazione (ancora fondi) devono essere trattati prima di essere smaltiti. I sistemi di trattamento tipici includono lo stripping con vapore per rimuovere i solventi, seguito dal trattamento microbiologico di altre sostanze organiche. Le emissioni di sostanze organiche volatili e pericolose durante le operazioni di sintesi organica devono essere controllate da dispositivi di controllo dell'inquinamento atmosferico (ad es. condensatori, scrubber, venturi impinger).
Le acque reflue delle operazioni di sintesi possono contenere liquidi acquosi, acque di lavaggio, scarichi di pompe, impianti di lavaggio e sistemi di raffreddamento, perdite e sversamenti fuggitivi (EPA 1995). Queste acque reflue possono contenere molte sostanze organiche e inorganiche con diverse composizioni chimiche, tossicità e biodegradabilità. Tracce di materie prime, solventi e sottoprodotti possono essere presenti nelle acque madri acquose delle cristallizzazioni e negli strati di lavaggio delle estrazioni e della pulizia delle apparecchiature. Queste acque reflue sono ad alto contenuto di BOD, COD e TSS, con acidità o alcalinità variabili e valori di pH compresi tra 1 e 11.
Estrazione biologica e naturale
Materie prime esaurite e solventi, acqua di lavaggio e sversamenti sono le fonti primarie di rifiuti solidi e liquidi (Theodore e McGuinn 1992). Le sostanze chimiche organiche e inorganiche possono essere presenti come residui in questi flussi di rifiuti. Solitamente le acque reflue hanno BOD, COD e TSS bassi, con valori di pH relativamente neutri compresi tra 6 e 8.
Produzione farmaceutica di forme farmaceutiche
La produzione farmaceutica di prodotti in forma farmaceutica genera rifiuti solidi e liquidi durante la pulizia e la sterilizzazione, nonché da perdite, fuoriuscite e prodotti scartati (Theodore e McGuinn 1992). Le operazioni di essiccazione, macinazione e miscelazione generano emissioni di polveri in atmosfera e fuggitive. Queste emissioni possono essere controllate e riciclate per la produzione di prodotti sotto forma di dosaggio; tuttavia, le pratiche di controllo della qualità possono impedirlo se sono presenti altri residui. Quando si utilizzano solventi durante la granulazione a umido, il compounding e il rivestimento delle compresse, i VOC e gli inquinanti atmosferici pericolosi possono essere rilasciati nell'atmosfera o sul posto di lavoro come emissioni fuggitive o di processo. Le acque reflue possono contenere sali inorganici, zuccheri, sciroppi e tracce di sostanze stupefacenti. Queste acque reflue hanno solitamente un basso BOD, COD e TSS, con valori di pH neutri. Alcuni farmaci antiparassitari o antinfettivi per l'uomo e gli animali possono essere tossici per gli organismi acquatici e richiedere un trattamento speciale dei rifiuti liquidi.
Prevenzione dell'inquinamento ambientale
Minimizzazione dei rifiuti e prevenzione dell'inquinamento
Buone pratiche ingegneristiche e amministrative riducono al minimo l'impatto ambientale della produzione di prodotti chimici di massa e delle operazioni di produzione farmaceutica. La prevenzione dell'inquinamento impiega la modifica dei processi e delle attrezzature, il riciclaggio e il recupero dei materiali e il mantenimento di buone pratiche di pulizia e operative (Theodore e McGuinn 1992). Queste attività migliorano la gestione delle problematiche ambientali, nonché la salute e la sicurezza dei lavoratori.
Modifiche di processo
I processi possono essere modificati per riformulare i prodotti utilizzando materiali meno pericolosi o persistenti o modificando le operazioni di produzione per ridurre le emissioni nell'aria, gli effluenti liquidi e i rifiuti solidi. Ridurre la quantità e la tossicità dei rifiuti è saggio, poiché migliora l'efficienza dei processi di produzione e riduce i costi e gli impatti dello smaltimento dei rifiuti. Le normative governative sull'approvazione dei farmaci possono limitare la capacità dei produttori farmaceutici di modificare materiali pericolosi, processi di produzione, attrezzature e strutture (Spilker 1994). I produttori di farmaci devono anticipare gli impatti sull'ambiente, sulla salute e sulla sicurezza della selezione di materiali pericolosi e della progettazione del processo di produzione in una fase iniziale. Diventa sempre più difficile apportare modifiche durante le fasi successive dello sviluppo del farmaco e dell'approvazione normativa, senza una notevole perdita di tempo e denaro.
È molto auspicabile sviluppare processi di produzione con solventi meno pericolosi. Acetato di etile, alcoli e acetone sono preferibili a solventi altamente tossici come benzene, cloroformio e tricloroetilene. Quando possibile, alcuni materiali dovrebbero essere evitati a causa delle loro proprietà fisiche, ecotossicità o persistenza nell'ambiente (ad esempio, metalli pesanti, cloruro di metilene) (Crowl e Louvar 1990). La sostituzione di solventi con lavaggi acquosi durante le filtrazioni nella produzione di prodotti chimici sfusi riduce i rifiuti liquidi e le emissioni di vapore. Inoltre, la sostituzione di soluzioni acquose a base di solventi durante il rivestimento delle compresse riduce i problemi di ambiente, salute e sicurezza. La prevenzione dell'inquinamento viene promossa migliorando e automatizzando le apparecchiature di processo, nonché eseguendo la calibrazione, l'assistenza e la manutenzione preventiva di routine. L'ottimizzazione delle reazioni di sintesi organica aumenta la resa del prodotto, spesso diminuendo la generazione di rifiuti. Sistemi di controllo della temperatura, della pressione e dei materiali errati o inefficienti provocano reazioni chimiche inefficienti, creando ulteriori rifiuti gassosi, liquidi e solidi.
I seguenti sono esempi di modifiche di processo nella produzione farmaceutica di massa (Theodore e McGuinn 1992):
Recupero e riciclo delle risorse
Il recupero delle risorse utilizza i prodotti di scarto e recupera i materiali durante la lavorazione separando le impurità dei rifiuti dai materiali desiderati. I rifiuti solidi della fermentazione (p. es., micelio) possono essere aggiunti ai mangimi come supplemento nutrizionale o come ammendanti e fertilizzanti. I sali inorganici possono essere recuperati da liquidi chimici prodotti durante le operazioni di sintesi organica. I solventi esausti vengono spesso riciclati mediante separazione e distillazione. I dispositivi di controllo delle emissioni nell'aria (ad es. condensatori, apparecchiature di compressione e refrigerazione) riducono notevolmente le emissioni di composti organici volatili nell'atmosfera (EPA 1993). Questi dispositivi catturano i vapori di solvente per condensazione, consentendo il riutilizzo dei solventi come materie prime o per la pulizia di recipienti e apparecchiature. Gli scrubber neutralizzano o assorbono gas e vapori acidi, caustici e solubili, scaricando i loro effluenti nei sistemi di trattamento dei rifiuti.
I solventi riciclati possono essere riutilizzati come mezzi per eseguire reazioni ed estrazioni e operazioni di pulizia. Diversi tipi di solventi non devono essere mescolati, poiché ciò riduce la loro capacità di essere riciclati. Alcuni solventi devono essere separati durante la lavorazione (ad es. solventi clorurati e non clorurati, alifatici e aromatici, acquosi e infiammabili). I solidi disciolti e sospesi vengono estratti o separati dai solventi, prima che i solventi vengano recuperati. L'analisi di laboratorio identifica la composizione e le proprietà dei solventi di scarto e delle materie prime riciclate. Molte nuove tecnologie di prevenzione e controllo dei rifiuti sono in fase di sviluppo per i rifiuti solidi, liquidi e gassosi.
Pulizia generale e pratiche operative
Le procedure operative scritte, le istruzioni per la movimentazione dei materiali e le pratiche di gestione dei rifiuti riducono la produzione e migliorano il trattamento dei rifiuti (Theodore e McGuinn 1992). Le buone pratiche operative e di pulizia identificano responsabilità specifiche per la generazione, la gestione e il trattamento dei rifiuti. La formazione e la supervisione del personale operativo aumenta la loro capacità di migliorare e mantenere efficienti le operazioni di produzione e gestione dei rifiuti. I lavoratori dovrebbero essere formati sui rischi delle pratiche di gestione dei rifiuti e sui mezzi adeguati per rispondere a fuoriuscite di emergenza, perdite ed emissioni fuggitive. La formazione dei lavoratori dovrebbe riguardare la gestione dei materiali, la pulizia o la neutralizzazione dei rifiuti e l'uso di respiratori e DPI. I dispositivi di rilevamento di fuoriuscite e perdite prevengono l'inquinamento monitorando regolarmente le apparecchiature di produzione e le utenze, identificando e controllando le emissioni fuggitive e le perdite. Queste attività possono essere integrate con successo con pratiche di manutenzione preventiva per pulire, calibrare, sostituire e riparare le apparecchiature che creano inquinamento.
Le istruzioni scritte che descrivono le normali procedure operative, nonché le procedure di avvio, arresto e di emergenza, prevengono l'inquinamento e riducono i rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori. Un'attenta gestione delle scorte di materiale riduce l'eccessivo acquisto di materie prime e la generazione di rifiuti. I sistemi informatici possono aiutare la gestione efficace delle operazioni dell'impianto, delle pratiche di manutenzione e degli inventari dei materiali. È possibile installare sistemi automatici di pesatura, monitoraggio e allarme per migliorare la gestione dei materiali e delle apparecchiature (ad es. serbatoi di stoccaggio, apparecchiature di processo e sistemi di trattamento dei rifiuti). I moderni strumenti e sistemi di controllo spesso aumentano la produttività delle operazioni, riducendo l'inquinamento ei rischi per la salute e la sicurezza. I programmi completi di prevenzione dell'inquinamento esaminano tutti i rifiuti generati in una struttura ed esaminano le opzioni per eliminarli, ridurli o trattarli. Gli audit ambientali esaminano i punti di forza e di debolezza dei programmi di prevenzione dell'inquinamento e di gestione dei rifiuti, cercando di ottimizzarne le prestazioni.
sfondo
Gli estrogeni utilizzati nell'industria farmaceutica possono generalmente essere classificati come naturali o sintetici e come steroidei o non steroidei. Tutti gli estrogeni steroidei, sia naturali (es. estrone) che sintetici (es. etinilestradiolo e moestranolo) hanno una tipica struttura multi-anello, come illustrato nella figura 6. Il dietilstilbestrolo (DES) e il dienoestrolo sono esempi di estrogeni non steroidei. Gli usi principali dei composti estrogenici sono nelle compresse contraccettive orali e nelle compresse destinate alla terapia sostitutiva con estrogeni. I composti puri (derivati naturalmente o sintetizzati) non sono più fabbricati negli Stati Uniti, ma vengono importati.
Figura 1. Esempi di struttura di estrogeni steroidei e non steroidei
Processo di produzione
La seguente descrizione è una descrizione generalizzata e composita del processo di produzione utilizzato in molte aziende farmaceutiche statunitensi. I processi specifici del prodotto potrebbero non seguire il flusso esattamente come descritto di seguito; alcuni passaggi potrebbero essere assenti in alcuni processi e, in altri casi, potrebbero essere presenti passaggi aggiuntivi non descritti qui.
Come con la maggior parte dei farmaci a base di prodotti secchi, i prodotti farmaceutici a base di composti estrogenici vengono prodotti in un'operazione batch graduale (figura 2). Le fasi di produzione iniziano con l'assemblaggio e la pre-pesatura sia dei principi attivi che degli eccipienti (ingredienti inattivi) in una stanza isolata con ventilazione di scarico locale. Quando necessario, gli ingredienti vengono spostati in una sala di miscelazione dotata di frullatori meccanici. Gli eccipienti vengono solitamente caricati a secco da una tramoggia sopra il frullatore. Gli ingredienti attivi vengono quasi sempre sciolti prima in un alcool e vengono aggiunti manualmente o vengono alimentati attraverso un tubo attraverso il lato del frullatore. La miscelazione iniziale degli ingredienti viene eseguita allo stato umido. Al termine del processo di miscelazione a umido, la granulazione viene tipicamente spostata in un mulino a umido, dove le particelle nella miscela vengono ridotte a una dimensione specifica. La granulazione macinata viene quindi essiccata utilizzando un essiccatore a letto fluido o viene essiccata su vassoio in forni appositamente progettati. La granulazione essiccata può subire o meno l'aggiunta di un lubrificante prima della miscelazione a secco e/o della macinazione a secco, a seconda del prodotto e del processo specifici. La granulazione finale, pronta per essere trasformata in compresse, viene poi conservata in contenitori sigillati. Le materie prime e la granulazione, e talvolta i prodotti intermedi, vengono generalmente campionati e analizzati dal personale addetto al controllo qualità prima di passare alla fase successiva del processo.
Figura 2. Flusso tipico del processo di produzione di compresse contraccettive orali
Quando necessario, la granulazione viene spostata in una sala di compressione, dove viene trasformata in compresse per mezzo di una comprimitrice. La granulazione viene tipicamente alimentata dal contenitore di stoccaggio (tipicamente un fusto in fibra rivestito in plastica o un contenitore in acciaio inossidabile rivestito) nella tramoggia della comprimitrice per gravità o pneumaticamente mediante una bacchetta del vuoto. Le compresse formate escono dalla macchina attraverso un tubo laterale e cadono in fusti rivestiti di plastica. Una volta riempiti, i fusti vengono campionati e ispezionati. Dopo l'analisi da parte del personale addetto al controllo qualità, i fusti vengono sigillati, immagazzinati e predisposti per le operazioni di confezionamento. Alcune compresse subiscono anche un processo di rivestimento, in cui vengono utilizzati strati di cera commestibile e talvolta zuccheri per sigillare la compressa.
Le compresse vengono confezionate sigillandole in blister o imbottigliate, a seconda della natura del prodotto. In questo processo, i contenitori delle compresse vengono spostati nell'area di confezionamento. Le compresse possono essere prelevate manualmente nella tramoggia della macchina confezionatrice o alimentate mediante una bacchetta aspirante. Le compresse vengono quindi sigillate immediatamente tra strati di foglio di alluminio e pellicola di plastica (confezione in blister) oppure imbottigliate. I blister oi flaconi vengono quindi convogliati lungo una linea sulla quale vengono ispezionati e posti in buste o inscatolati con opportuni inserti.
Effetti sulla salute degli operatori farmaceutici di sesso maschile e femminile
Le segnalazioni di esposizioni professionali e gli effetti sui maschi sono state relativamente poche, rispetto alla considerevole letteratura esistente sugli effetti acuti e cronici degli estrogeni nelle donne a seguito di esposizioni non professionali. La letteratura non professionale è principalmente il risultato di diffusi contraccettivi e altri usi medici di farmaci estrogeni (ma anche inquinanti ambientali con proprietà estrogeniche, come gli organoclorurati) e si concentra in particolare sulle relazioni tra tale esposizione e una varietà di tumori umani, come come quella dell'endometrio, della cervice e della mammella nelle donne (Hoover 1980; Houghton e Ritter 1995). Nella letteratura professionale, la sindrome iperestrogenica nei lavoratori sia di sesso maschile che femminile è stata associata a esposizioni a DES e suoi derivati, estrogeni naturali o coniugati, esoestrolo e suoi derivati e sintetici steroidei come etinilestradiolo e mostranolo. Poco dopo l'inizio della produzione commerciale di estrogeni, iniziarono ad emergere rapporti sui loro effetti, come ginecomastia (ingrossamento anomalo del seno in un maschio) e diminuzione della libido tra i lavoratori di sesso maschile e disturbi mestruali (aumento del flusso o spotting intermestruale) tra le lavoratrici (Scarff e Smith 1942; Fitzsimons 1944; Klavis 1953; Pagani 1953; Watrous 1947; Watrous e Olsen 1959; Pacynski et al. 1971; Burton e Shumnes 1973; Meyer, Peteet e Harrington 1978; Katzenellenbogen 1956; Dunn 1940; Stoppleman e van Valkenburg 1955; Goldzieher e Goldzieher 1949; Fisk 1950). Ci sono state anche alcune segnalazioni di sindrome da tossicità associata ad alcuni composti progoestogenici, tra cui acetossiprogoesterone (Suciu et al. 1973) e viniloestrenolone in combinazione con etinilestradiolo (Gambini, Farine e Arbosti 1976).
Un totale di 181 casi di iperestrogenismo sia nei maschi che nelle femmine (avvenuti nel periodo 1940-1978) sono stati registrati e segnalati dai medici aziendali in 10 aziende farmaceutiche (13 stabilimenti) negli Stati Uniti (Zaebst, Tanaka e Haring 1980). I 13 stabilimenti includevano 9 siti che producevano principalmente contraccettivi orali contenenti vari estrogeni sintetici e progoestogeni, un'azienda che produceva farmaci sostitutivi degli estrogeni da estrogeni naturali coniugati e un'azienda che produceva farmaci da DES (che negli anni precedenti aveva anche sintetizzato DES).
Nel 1984 gli investigatori dell'Istituto nazionale per la sicurezza e la salute sul lavoro (NIOSH) degli Stati Uniti hanno condotto uno studio medico e di igiene industriale su lavoratori e lavoratrici in due stabilimenti (Tanaka e Zaebst 1984). Sono state documentate esposizioni misurabili sia al moestranolo che agli estrogeni coniugati naturali, sia all'interno che all'esterno del dispositivo di protezione respiratoria utilizzato. Tuttavia, in questi lavoratori non sono stati osservati cambiamenti statisticamente significativi nelle neurofisine stimolate dagli estrogeni (ESN), nelle globuline leganti i corticosteroidi (CBG), nel testosterone, nella funzione tiroidea, nei fattori di coagulazione del sangue, nella funzionalità epatica, nel glucosio, nei lipidi nel sangue o negli ormoni gonadotropi. All'esame fisico, non sono stati notati cambiamenti fisici negativi né nei lavoratori di sesso maschile né in quelli di sesso femminile. Tuttavia, nello stabilimento che utilizzava moestranolo e noretindrone per produrre compresse contraccettive orali, i livelli sierici di etinilestradiolo sembravano mostrare una possibile esposizione e assorbimento di estrogeni nonostante l'uso di respiratori. I campioni di aria del respiratore interno ottenuti in questo impianto hanno suggerito fattori di protezione sul posto di lavoro meno efficaci del previsto.
I sintomi iperestrogenici nei maschi riportati in questi studi hanno incluso la sensibilità del capezzolo (manifestata come formicolio o dolorabilità del capezzolo) o una sensazione di pressione nell'area del seno e, in alcuni casi, iperplasia mammaria e ginecomastia. Ulteriori sintomi soggettivi riportati da alcuni dei lavoratori di sesso maschile includevano anche una diminuzione della libido e/o della potenza sessuale. I risultati nelle donne includevano mestruazioni irregolari, nausea, mal di testa, dolore al seno, leucorrea (secrezione densa e biancastra dalla vagina o dal canale cervicale) ed edema alla caviglia. Non sono stati condotti studi di follow-up a lungo termine in persone professionalmente esposte a estrogeni o progoestogeni.
Pericoli e controllo dell'esposizione
Uno dei rischi più gravi nella produzione di farmaci estrogeni è l'inalazione (e in una certa misura l'ingestione orale) del composto estrogenico attivo puro durante la pesatura, l'assemblaggio e il test di garanzia della qualità. Tuttavia, l'inalazione sostanziale della polvere secca e miscelata (che contiene una bassa percentuale di principio attivo) può verificarsi anche per i lavoratori durante le operazioni di granulazione, compressione e confezionamento. Può verificarsi anche assorbimento cutaneo, in particolare durante le fasi umide della granulazione, poiché vengono utilizzate soluzioni alcoliche. Anche il personale addetto al controllo qualità e di laboratorio è a rischio di esposizione durante il campionamento, l'analisi o la manipolazione in altro modo di sostanze estrogeniche pure, granulazione o compresse. Il personale addetto alla manutenzione può essere esposto durante la pulizia, la riparazione o l'ispezione di miscelatori, tramogge, mulini, linee del vuoto e sistemi di ventilazione o durante la sostituzione dei filtri. I ricercatori del NIOSH hanno condotto una valutazione approfondita dei controlli ingegneristici che sono stati utilizzati durante la produzione di compresse contraccettive orali (Anastas 1984). Questo rapporto fornisce una revisione dettagliata dei controlli e una valutazione della loro efficacia per la granulazione, la macinazione, i trasferimenti di materiale, le attrezzature per l'alimentazione di polveri e compresse e i sistemi di ventilazione di scarico generali e locali.
I quattro elementi principali del controllo dei rischi impiegati nelle piante che utilizzano farmaci estrogeni sono:
A causa della potenza delle sostanze estrogeniche, in particolare quelle sintetiche come il moestranolo e l'etinilestradiolo, tutte queste misure sono necessarie per controllare adeguatamente l'esposizione. L'uso di soli dispositivi di protezione individuale potrebbe non fornire una protezione completa. Si dovrebbe fare affidamento in primo luogo sul controllo delle esposizioni alla fonte, mediante il contenimento del processo e l'isolamento.
Metodi di monitoraggio
Sia la cromatografia liquida ad alte prestazioni che le procedure di analisi radioimmunologica sono state utilizzate per determinare gli estrogeni o i progoestogeni nei campioni ambientali. I campioni di siero sono stati analizzati per il composto attivo esogeno, il suo metabolita (p. es., l'etinilestradiolo è il principale metabolita del moestranolo), le neurofisine stimolate dagli estrogeni o uno qualsiasi di una serie di altri ormoni (p. es., ormoni gonadotropi e CBG) ritenuti appropriati per lo specifico processo e rischio. Il monitoraggio aereo di solito include il monitoraggio personale della zona di respirazione, ma il campionamento dell'area può essere utile per rilevare scostamenti dai valori previsti nel tempo. Il monitoraggio personale ha il vantaggio di rilevare guasti o problemi con le apparecchiature di lavorazione, i dispositivi di protezione individuale o i sistemi di ventilazione e può fornire un avviso anticipato di esposizione. Il monitoraggio biologico, d'altra parte, può rilevare esposizioni che potrebbero non essere rilevate dal monitoraggio ambientale (ad esempio, assorbimento cutaneo o ingestione). In generale, la buona pratica combina sia il campionamento ambientale che quello biologico per proteggere i lavoratori.
Esistono due tipi fondamentali di gomma utilizzati nell'industria della gomma: naturale e sintetica. Diversi polimeri di gomma sintetica vengono utilizzati per realizzare un'ampia varietà di prodotti in gomma (vedere la tabella 1). La gomma naturale viene prodotta principalmente nel sud-est asiatico, mentre la gomma sintetica viene prodotta principalmente nei paesi industrializzati: Stati Uniti, Giappone, Europa occidentale ed Europa orientale. Il Brasile è l'unico paese in via di sviluppo con una significativa industria della gomma sintetica.
Tabella 1. Alcuni importanti polimeri della gomma
Tipo di gomma/ |
Produzione |
Properties |
Utilizzi comuni |
|
Gomma naturale |
Tailandia |
1,501 |
Scopo generale; non resistente all'olio, rigonfiato dai solventi; soggetto agli agenti atmosferici di ossigeno, ozono, |
Pneumatici, supporti antiurto, guarnizioni, giunti, cuscinetti per ponti e costruzioni, calzature, tubi flessibili, nastri trasportatori, prodotti stampati, rivestimenti, rotoli, guanti, preservativi, dispositivi medici, adesivi, supporto per tappeti, filo, schiuma |
Poliisoprene (IR) |
US |
47 |
Scopo generale; gomma naturale sintetica, proprietà simili |
Vedi gomma naturale sopra. |
Stirene-butadiene (SBR) |
US |
920 |
Scopo generale; sostituto della gomma naturale della seconda guerra mondiale; scarsa resistenza all'olio/solvente |
Pneumatici (75%), nastri trasportatori, spugne, prodotti stampati, calzature, tubi flessibili, rivestimenti per rotoli, adesivi, impermeabilizzanti, supporto per moquette in lattice, prodotti in schiuma |
Polibutadiene (BR) |
US |
465 |
Scarsa resistenza all'olio/solvente; soggetto agli agenti atmosferici; alta resilienza, resistenza all'abrasione e basso |
Pneumatici, scarpe, nastri trasportatori, cinghie di trasmissione, superball giocattolo |
Butile (IIR) |
US |
130 |
Bassa permeabilità ai gas; resistente al calore, agli acidi, ai liquidi polari; non resistente a olio, solventi; alterazione moderata |
Camere d'aria, camere d'aria per la polimerizzazione di pneumatici, calafataggio e sigillanti, isolamento di cavi, isolatori di vibrazioni, rivestimenti per stagni e membrane per tetti, |
Etilene-propilene/ |
US |
261 |
Flessibilità a bassa temperatura; resistente agli agenti atmosferici e al calore ma non olio, solventi; eccellenti proprietà elettriche |
Guaine per fili e cavi; guarnizioni e guarnizioni estruse per agenti atmosferici; prodotti stampati; supporti isolanti; teli di rivestimento per depositi di cereali, coperture, stagni, fossati, discariche |
Policloroprene (CR) |
US |
105 |
Resistente all'olio, alla fiamma, al calore e agli agenti atmosferici |
Guaine per fili e cavi, tubi flessibili, cinghie, nastri trasportatori, calzature, mute, tessuti rivestiti e prodotti gonfiabili, estrusioni, adesivi, |
Nitrile (NBR) |
US |
64 |
Resistente a olio, solventi, olio vegetale; gonfiato da solventi polari come i chetoni |
Sigillanti, rivestimenti e guarnizioni per tubi flessibili resistenti ai carburanti, rivestimenti per rulli, nastri trasportatori, suole di scarpe, guanti, adesivi, attrezzature per trivellazione petrolifera |
Silicone (MQ) |
US |
95 |
Stabile alle alte/basse temperature; resistente a olio, solventi, agenti atmosferici; fisiologicamente e chimicamente inerti |
Isolamento di fili e cavi, sigilli, adesivi, guarnizioni, articoli speciali stampati ed estrusi, maschere antigas e respiratori, tubi per alimenti e medici, impianti chirurgici |
Polisolfuro (OT) |
US |
20 |
Resistente a olio, solventi, basse temperature, agenti atmosferici; bassa permeabilità ai gas |
Rivestimenti per rulli, rivestimenti per tubi flessibili, guarnizioni, prodotti stampati, sigillanti, diaframmi per contatori del gas, sigillanti per vetri, legante per propellente solido per razzi |
Gomma rigenerata |
- |
- |
Catene polimeriche più corte; elaborazione più semplice; minor tempo di miscelazione e minor consumo energetico; minore resistenza alla trazione e minor costo |
Pneumatici, camere d'aria, tappetini, articoli meccanici, adesivi, asfalto gommato |
Fonte: dati sulla produzione estratti dai dati dello Stanford Research Institute.
Pneumatici e prodotti per pneumatici rappresentano circa il 60% dell'uso di gomma sintetica e il 75% del consumo di gomma naturale (greco 1991), impiegando circa mezzo milione di lavoratori in tutto il mondo. Importanti usi non pneumatici della gomma includono cinture e tubi per automobili, guanti, preservativi e calzature in gomma.
Negli ultimi anni, c'è stata una globalizzazione dell'industria della gomma. Questa industria ad alta intensità di manodopera è cresciuta nei paesi in via di sviluppo. La tabella 2 mostra il consumo mondiale di gomma naturale e sintetica per il 1993.
Tabella 2. Consumo mondiale di gomma per il 1993
Regione |
Gomma sintetica |
Gomma naturale |
America del Nord |
2,749 |
999 |
Europa occidentale |
2,137 |
930 |
Asia e Oceania |
1,849 |
2,043 |
America Latina |
575 |
260 |
Europa centrale |
215 |
65 |
Commonwealth of Independent States |
1,665 |
100 |
Medio Oriente e Africa |
124 |
162 |
Cina e Asia* |
453 |
750 |
Totale |
9,767 |
5,309 |
*Include Cina, Corea del Nord e Vietnam.
Fonte: Istituto internazionale dei produttori di gomma sintetica 1994.
Gomma naturale (cis-1,4-poliisoprene) è un prodotto vegetale trasformato che può essere isolato da diverse centinaia di specie di alberi e piante in molte aree del mondo, comprese le regioni equatoriali dell'Africa, del sud-est asiatico e del Sud America. La linfa lattiginosa, o lattice, dell'albero della gomma commerciale Hevea brasiliense fornisce essenzialmente tutto (più del 99%) della fornitura mondiale di gomma naturale. Viene prodotta anche la gomma naturale Ficus elastica e altre piante africane in zone di produzione come Costa d'Avorio, Madagascar, Senegal e Sierra Leone. Il trans-1,4-poliisoprene naturale è noto come guttaperca o balata e proviene da alberi del Sud America e dell'Indonesia. Questo produce una gomma meno pura rispetto al cis isomero. Un'altra potenziale fonte di produzione commerciale di gomma naturale è l'arbusto di guayule, Parthenium argentato, che cresce nelle regioni calde e aride, come gli Stati Uniti sudoccidentali.
La produzione di gomma Hevea è suddivisa tra piantagioni superiori a 100 acri e piccole aziende agricole, in genere inferiori a 10 acri. La produttività degli alberi della gomma commerciale è aumentata regolarmente dagli anni '1970. Questo aumento della produttività è dovuto principalmente allo sviluppo e al reimpianto di superfici con alberi a maturazione più rapida e ad alto rendimento. Anche l'uso di fertilizzanti chimici e il controllo delle malattie degli alberi della gomma hanno contribuito all'aumento della produttività. Misure rigorose per il controllo dell'esposizione a erbicidi e pesticidi durante lo stoccaggio, la miscelazione e l'irrorazione, l'uso di indumenti protettivi adeguati e creme barriera, la fornitura di spogliatoi e un'adeguata sorveglianza medica possono controllare efficacemente i pericoli associati all'uso di prodotti chimici per l'agricoltura .
Gli alberi della gomma vengono solitamente sfruttati per il lattice eseguendo un taglio a spirale attraverso la corteccia dell'albero a giorni alterni, sebbene la frequenza e il metodo di maschiatura varino. Il lattice viene raccolto in coppette appese all'albero sotto i tagli. Il contenuto delle tazze viene trasferito in grandi contenitori e trasferito alle stazioni di lavorazione. L'ammoniaca viene solitamente aggiunta come conservante. L'ammoniaca distrugge le particelle di gomma e produce un prodotto bifasico costituito dal 30 al 40% di solidi. Questo prodotto viene ulteriormente concentrato al 60% di solidi, risultando in un concentrato di lattice ammoniacato, che contiene l'1.6% di ammoniaca in peso. È disponibile anche un concentrato di lattice a basso contenuto di ammoniaca (da 0.15 a 0.25% di ammoniaca). Il concentrato a basso contenuto di ammoniaca richiede l'aggiunta di un conservante secondario al lattice per evitare la coagulazione e la contaminazione. I conservanti secondari includono il pentaclorofenato di sodio, il tetrametiltiuram disolfuro, il dimetilditiocarbammato di sodio e l'ossido di zinco.
I principali pericoli per i lavoratori sul campo sono l'esposizione agli elementi, punture di animali e insetti e rischi legati agli strumenti affilati utilizzati per praticare incisioni sugli alberi. Le lesioni che ne derivano devono essere trattate tempestivamente per ridurre il rischio di infezione. Le misure preventive e terapeutiche possono ridurre i pericoli del clima e dei parassiti. L'incidenza della malaria e delle malattie gastroenteriche è stata ridotta nelle moderne piantagioni attraverso la profilassi, il controllo delle zanzare e misure sanitarie.
L'arbusto di guayule, una pianta originaria del Texas meridionale e del Messico centro-settentrionale, contiene gomma naturale nei suoi steli e radici. L'intero arbusto deve essere raccolto per estrarre la gomma.
La gomma Guayule è essenzialmente identica alla gomma Hevea, tranne per il fatto che la gomma Guayule ha una resistenza verde inferiore. La gomma Guayule non è attualmente una valida alternativa commerciale alla gomma Hevea.
Tipi di gomma naturale
Le tipologie di gomma naturale attualmente prodotte comprendono lastre nervate fumè, gomma tecnicamente specificata, crepes, lattice, gomma naturale epossidata e gomma naturale termoplastica. La Tailandia è il più grande fornitore di fogli affumicati rigati, che rappresenta circa la metà della produzione mondiale di gomma naturale. La gomma tecnicamente specificata, o gomma naturale a blocchi, è stata introdotta in Malesia a metà degli anni '1960 e rappresenta circa il 40-45% della produzione di gomma naturale. Indonesia, Malesia e Tailandia sono i maggiori fornitori di gomma tecnicamente specificata. La gomma tecnicamente specificata deriva il suo nome dal fatto che la sua qualità è determinata da specifiche tecniche, principalmente la sua purezza ed elasticità, piuttosto che da specifiche visive convenzionali. La gomma crepe ora rappresenta solo una piccola parte del mercato mondiale della gomma naturale. Il consumo mondiale di lattice di gomma naturale è recentemente aumentato, principalmente a causa dell'aumento della domanda di prodotti in lattice come barriera al virus dell'immunodeficienza umana e ad altri agenti patogeni trasmessi per via ematica. I concentrati di lattice vengono utilizzati per la produzione di adesivi, supporti per tappeti, schiuma e prodotti immersi. I prodotti immersi includono palloncini, guanti e preservativi. La gomma naturale epossidata viene prodotta trattando la gomma naturale con peracidi. La gomma naturale epossidata viene utilizzata in sostituzione di alcune gomme sintetiche. La gomma naturale termoplastica deriva dalla vulcanizzazione dinamica parziale di miscele di poliolefine e gomma naturale. È nelle prime fasi dello sviluppo commerciale.
Processi di produzione
Il lattice degli alberi della gomma viene spedito ai consumatori sotto forma di concentrato o ulteriormente trasformato in gomma secca (vedi figura 1 e figura 2). Per la gomma tecnicamente specificata, un processo di produzione prevede la coagulazione del lattice di campo con acido e il passaggio del lattice coagulato attraverso macchine da taglio e una serie di rulli crespatori. I mulini a martelli o granulatori convertono il prodotto in granuli di gomma, che vengono vagliati, lavati, asciugati, imballati e imballati. Un altro metodo di produzione della gomma tecnicamente specificato prevede l'aggiunta di un agente sbriciolante prima della coagulazione, seguita dallo sbriciolamento mediante rulli crespatori.
Figura 1. Estrattore dell'albero della gomma che coagula il lattice raccolto raccogliendolo prima su un bastoncino e poi tenendolo sopra una ciotola di fumo
Figura 2. Lavorazione della gomma in una piantagione nel Camerun orientale
Le lastre affumicate rigate vengono prodotte facendo passare il lattice coagulato attraverso una serie di rulli per produrre fogli sottili, che vengono goffrati con un motivo rigato. Il motivo a coste serve principalmente ad aumentare la superficie del materiale ea favorirne l'asciugatura. I fogli vengono conservati mettendoli in un affumicatoio a 60ºC per una settimana, classificati visivamente, selezionati e imballati in balle.
Le formule di mescola utilizzate per le gomme naturali sono essenzialmente le stesse utilizzate per la maggior parte delle gomme sintetiche insature. Possono essere richiesti acceleratori, attivatori, antiossidanti, riempitivi, ammorbidenti e agenti vulcanizzanti, a seconda delle proprietà desiderate nel composto finito.
I pericoli derivanti dall'uso di metodi di produzione meccanizzati (es. rulli e centrifughe) richiedono severi controlli di sicurezza durante l'installazione, l'uso e la manutenzione, compresa l'attenzione alla protezione della macchina. Quando si utilizzano prodotti chimici per la lavorazione, è necessario adottare adeguate precauzioni. Occorre prestare attenzione all'uso di adeguate superfici di calpestio e di lavoro per evitare scivolamenti, inciampi e cadute. I dipendenti dovrebbero ricevere una formazione sulle pratiche di lavoro sicure. È necessaria una stretta supervisione per prevenire gli incidenti associati all'uso del calore come ausilio nella cura.
Processo di fabbricazione
La Figura 1 mostra una panoramica del processo di produzione degli pneumatici.
Figura 1. Il processo di produzione degli pneumatici
Compounding e miscelazione Banbury
Un miscelatore Banbury combina stock di gomma, nerofumo e altri ingredienti chimici per creare un materiale di gomma omogeneo. Il tempo, il calore e le materie prime sono fattori utilizzati per ingegnerizzare la composizione dei materiali. Gli ingredienti vengono generalmente forniti all'impianto in confezioni prepesate oppure vengono preparati e pesati dall'operatore di Banbury a partire da quantità sfuse. Gli ingredienti misurati vengono posizionati su un sistema di trasporto e il Banbury viene incaricato di avviare il processo di miscelazione.
Centinaia di componenti vengono combinati per formare la gomma utilizzata per la produzione di pneumatici. I componenti comprendono composti che agiscono come acceleranti, antiossidanti, antiozonanti, estensori, vulcanizzanti, pigmenti, plastificanti, rinforzanti e resine. La maggior parte dei costituenti non è regolamentata e potrebbe non aver avuto ampie valutazioni tossicologiche. In generale, l'esposizione professionale degli operatori di Banbury alle materie prime è stata ridotta grazie al miglioramento dei controlli amministrativi e ingegneristici. Permane tuttavia la preoccupazione per la natura e la quantità delle componenti che compongono l'esposizione.
Fresatura
La formatura della gomma inizia nel processo di fresatura. Al completamento del ciclo di miscelazione Banbury, la gomma viene posta su un mulino a gocce. Il processo di fresatura modella la gomma in strisce piatte e lunghe forzandola attraverso due rulli fissi che ruotano in direzioni diverse a velocità diverse.
Gli operatori della cartiera sono generalmente interessati ai rischi per la sicurezza associati al funzionamento aperto dei rulli di tornitura. I mulini più vecchi di solito avevano fili o barre che potevano essere tirati dall'operatore se rimaneva intrappolato nel mulino (vedi figura 2); i mulini moderni hanno barre del corpo all'altezza del ginocchio che si attivano automaticamente se l'operatore rimane intrappolato nei mulini (vedi figura 3).
Figura 2. Mulino più vecchio con una barra di scatto posizionata troppo in alto per essere efficace. L'operatore, invece, ha grandi guanti che verrebbero infilati nel mulino prima delle sue dita.
Ray C. Beccaccia
Figura 3. Mulino per linea di calandratura con una protezione della barra del corpo che spegne il mulino se scattato dagli operai.
Giacomo S. Federico
La maggior parte delle strutture dispone di ampie procedure di salvataggio di emergenza per i lavoratori intrappolati nelle cartiere. Gli operatori della cartiera sono esposti al calore e al rumore, nonché ai componenti formati dal riscaldamento o rilasciati dalla gomma) (vedere una cappa a tettoia sopra un mulino a caduta nella figura 4).
Figura 4. Mulino a caduta ed essiccatore con tettuccio e fili di scatto
Giacomo S. Federico
Estrusione e calandratura
L'operazione di calandra continua a modellare la gomma. La calandra è costituita da uno o più (spesso quattro) rulli, attraverso i quali vengono forzati i fogli di gomma (vedi figura 3).
La calandra ha le seguenti funzioni:
I fogli di gomma che escono dalla calandra vengono avvolti su tamburi, detti “gusci”, con distanziatori in tessuto, detti “rivestimenti”, per evitare che si attacchino.
L'estrusore viene spesso definito "tubero" perché crea componenti in gomma simili a tubi. L'estrusore funziona forzando la gomma attraverso stampi di forma appropriata. L'estrusore è costituito da una vite, cilindro o cilindro, testa e matrice. Un nucleo o un ragno viene utilizzato per formare l'interno cavo del tubo. L'estrusore realizza la sezione ampia e piatta dei battistrada dei pneumatici.
Gli operatori di estrusori e calandre possono essere esposti a talco e solventi, che vengono utilizzati nel processo. Inoltre, gli operai al termine dell'operazione di estrusione sono esposti a un compito altamente ripetitivo di collocare il battistrada su carrelli a più livelli. Questa operazione viene spesso definita prenotazione dei gradini, perché il carrello sembra un libro con i vassoi che sono le pagine. La configurazione dell'estrusore nonché il peso e le quantità di battistrada da prenotare contribuiscono all'impatto ergonomico di questa operazione. Sono state apportate numerose modifiche per ridurre questo problema e alcune operazioni sono state automatizzate.
Assemblaggio e costruzione di componenti
L'assemblaggio degli pneumatici può essere un processo altamente automatizzato. La macchina assemblatrice di pneumatici è costituita da un tamburo rotante, sul quale vengono assemblati i componenti, e da dispositivi di alimentazione per fornire al gommista i componenti da assemblare (vedi figura 5). I componenti di uno pneumatico includono talloni, tele, pareti laterali e battistrada. Dopo che i componenti sono stati assemblati, lo pneumatico viene spesso definito "pneumatico verde".
Figura 5. Operatore che assembla uno pneumatico su una macchina per pneumatici monostadio
I costruttori di pneumatici e altri lavoratori in quest'area del processo sono esposti a una serie di operazioni di movimento ripetitive. I componenti, spesso in rotoli pesanti, vengono posizionati sulle porzioni di alimentazione dell'attrezzatura di assemblaggio. Ciò può comportare un elevato sollevamento e movimentazione di rotoli pesanti in uno spazio limitato. La natura dell'assemblaggio richiede inoltre che il costruttore di pneumatici esegua una serie di movimenti simili o identici su ciascun assemblaggio. I costruttori di pneumatici utilizzano solventi, come l'esano, che consentono al battistrada e agli strati di gomma di aderire. L'esposizione ai solventi è un'area di preoccupazione.
Dopo essere stato assemblato, il pneumatico crudo viene spruzzato con un materiale a base di solvente o acqua per evitare che aderisca allo stampo di polimerizzazione. Questi solventi espongono potenzialmente l'operatore di spruzzatura, il gestore del materiale e l'operatore della pressa di polimerizzazione. Al giorno d'oggi, vengono utilizzati principalmente materiali a base d'acqua.
Indurimento e vulcanizzazione
Gli operatori della pressa di vulcanizzazione posizionano i pneumatici crudi nella pressa di vulcanizzazione o sull'attrezzatura di caricamento della pressa. Le presse di polimerizzazione in funzione nel Nord America esistono in una varietà di tipi, età e gradi di automazione (vedere figura 6). La pressa utilizza il vapore per riscaldare o polimerizzare il pneumatico crudo. L'indurimento o la vulcanizzazione della gomma trasforma il materiale appiccicoso e flessibile in uno stato non appiccicoso, meno flessibile e di lunga durata.
Figura 6. Pressa per polimerizzazione Bag-o-matic McNeal per passeggeri e autocarri leggeri ventilata con un ventilatore a soffitto, Akron, Ohio, Stati Uniti
Giacomo S. Federico
Quando la gomma viene riscaldata durante la polimerizzazione o nelle fasi precedenti del processo, si formano N-nitrosammine cancerogene. Qualsiasi livello di esposizione alla N-nitrosammina dovrebbe essere controllato. Dovrebbero essere fatti tentativi per limitare il più possibile l'esposizione alla N-nitrosammina. Inoltre, polveri, gas, vapori e fumi contaminano l'ambiente di lavoro quando la gomma viene riscaldata, curata o vulcanizzata.
Ispezione e finitura
Dopo la vulcanizzazione, le operazioni di finitura e ispezione devono ancora essere eseguite prima che il pneumatico venga immagazzinato o spedito. L'operazione di finitura taglia la bava o la gomma in eccesso dal pneumatico. Questa gomma in eccesso rimane sul pneumatico dagli sfiati nello stampo di polimerizzazione. Inoltre, potrebbe essere necessario molare gli strati di gomma in eccesso dalle pareti laterali o scrivere in rilievo sullo pneumatico.
Uno dei maggiori rischi per la salute a cui sono esposti i lavoratori durante la manipolazione di uno pneumatico vulcanizzato è il movimento ripetitivo. Le operazioni di finitura o smerigliatura dei pneumatici in genere espongono i lavoratori alla polvere o al particolato di gomma indurita (vedere figura 7). Ciò contribuisce alle malattie respiratorie nei lavoratori nell'area di finitura. Inoltre, esiste un potenziale per l'esposizione al solvente dalla vernice protettiva che viene spesso utilizzata per proteggere il fianco o la scritta del pneumatico.
Figura 7. Un depolveratore di una mola cattura la polvere di gomma
Ray C. Beccaccia
Al termine, il pneumatico è pronto per essere immagazzinato in un magazzino o spedito dallo stabilimento.
Preoccupazioni per la salute e la sicurezza
Le preoccupazioni per la salute e la sicurezza sul lavoro negli stabilimenti di produzione di pneumatici sono sempre state e continuano ad essere della massima importanza. Spesso l'impatto di gravi infortuni sul lavoro mette in ombra la devastazione associata a malattie che possono essere collegate alle esposizioni sul posto di lavoro. A causa dei lunghi periodi di latenza, alcune malattie non si manifestano fino a quando il lavoratore non ha lasciato il lavoro. Inoltre, molte malattie che possono essere associate all'esposizione professionale di impianti di pneumatici non vengono mai diagnosticate come correlate all'occupazione. Ma malattie come il cancro continuano a essere prevalenti tra i lavoratori della gomma negli impianti di produzione di pneumatici.
Sono stati condotti molti studi scientifici sui lavoratori degli impianti di produzione di pneumatici. Alcuni di questi studi hanno identificato un eccesso di mortalità per tumori della vescica, dello stomaco, del polmone, dell'emopoietico e di altro tipo. Queste morti in eccesso spesso non possono essere attribuite a una specifica sostanza chimica. Ciò è in parte dovuto alle esposizioni sul posto di lavoro che coinvolgono molte singole sostanze chimiche per tutta la durata dell'esposizione e/o alle esposizioni combinate a più sostanze chimiche contemporaneamente. Frequenti sono anche le modifiche alla formulazione dei materiali utilizzati in uno stabilimento di pneumatici. Questi cambiamenti nei tipi e nelle quantità dei costituenti della mescola di gomma creano ulteriori difficoltà nel rintracciare gli agenti causali.
Un'altra area di preoccupazione sono i problemi respiratori o l'irritazione respiratoria nei lavoratori delle fabbriche di pneumatici (ad es. costrizione toracica, mancanza di respiro, riduzione delle funzioni polmonari e altri sintomi respiratori). L'enfisema ha dimostrato di essere un motivo comune per il pensionamento anticipato. Questi problemi si riscontrano spesso nelle aree di stagionatura, lavorazione (premiscelazione, pesatura, miscelazione e riscaldamento delle materie prime) e finitura finale (ispezione) degli impianti. Nella lavorazione e nell'indurimento, le esposizioni chimiche sono spesso a numerosi componenti a livelli di esposizione relativamente bassi. Molti dei singoli componenti a cui sono esposti i lavoratori non sono regolamentati dalle agenzie governative. Quasi altrettanti non sono stati adeguatamente testati per la tossicità o cancerogenicità. Inoltre, negli Stati Uniti, è improbabile che i lavoratori degli impianti di pneumatici in queste aree siano tenuti a utilizzare la protezione respiratoria. Non è stata identificata alcuna chiara causa di distress respiratorio.
Molti lavoratori delle fabbriche di pneumatici hanno sofferto di dermatite da contatto, spesso non legata a una sostanza in particolare. Alcuni dei prodotti chimici che sono stati collegati alla dermatite non sono più utilizzati nella produzione di pneumatici in Nord America; tuttavia, molte delle sostanze chimiche sostitutive non sono state completamente valutate.
I disturbi traumatici ripetitivi o cumulativi sono stati identificati come un'area di preoccupazione nella produzione di pneumatici. I disturbi da trauma ripetitivo includono tenosinovite, sindrome del tunnel carpale, sinovite, perdita dell'udito indotta dal rumore e altre condizioni risultanti da movimenti ripetitivi, vibrazioni o pressione. Il processo di produzione degli pneumatici contiene intrinsecamente occorrenze eccessive e multiple di manipolazione di materiali e prodotti per gran parte degli addetti alla produzione. In alcuni paesi, molti miglioramenti sono stati e continuano ad essere introdotti negli stabilimenti per affrontare questo problema. Molti dei miglioramenti innovativi sono stati avviati dai lavoratori o dai comitati congiunti di gestione del lavoro. Alcuni dei miglioramenti forniscono controlli ingegneristici per manipolare materiali e prodotti (vedi figura 8).
Figura 8. Un sollevatore a vuoto trasporta i sacchi al trasportatore di carico per un miscelatore Banbury, eliminando la tensione alla schiena dovuta alla movimentazione manuale
Ray C. Beccaccia
Anche a causa della ristrutturazione della forza lavoro, l'età media dei lavoratori in molti stabilimenti di pneumatici continua ad aumentare. Inoltre, sempre più impianti di produzione di pneumatici tendono a funzionare ininterrottamente. Molte strutture con operazioni continue prevedono turni di lavoro di 12 ore e/o turni a rotazione. La ricerca continua a studiare le possibili relazioni tra turni di lavoro prolungati, età e disturbi da traumi cumulativi nella produzione di pneumatici.
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