Sviluppo di un modello matematico per la predizione del valore di Kst per polveri organiche in funzione della loro distribuzione granulometrica

Dust explosions are a major hazard in many industrial processes. An explosion may occur with the presence of combustible dusts involving different activities such as grinding, crushing, conveying and storage. Currently a costly experimental test is used in order to estimate the magnitude of a dust explosion. In this work is developped an updated version of the mathematical kinetic-free model for the prediction of the explosion index for organic dusts which uses the whole granulometric distribution of the powder instead of a single mean diameter. The main aim of this work is to demonstrate that the organic dust explosion hazard may depend not only on the mean dust diameter but also on the size polydispersity of the power.

Negli ultimi anni, un gran numero di incidenti industriali ha coinvolto esplosioni da polveri, sia organiche sia metalliche, mostrando chiaramente la forte esigenza di limitare il pericolo legato alla presenza di polveri infiammabili. In questo ambito, l’indice di deflagrazione K_st, è un parametro sperimentale utilizzato per stimare l’entità di un’esplosione da polveri e gioca un ruolo fondamentale per la progettazione dei sistemi di sfogo delle sovrappressioni di apparecchiature industriali e silos a rischio di esplosioni da polveri. Attualmente il K_st viene stimato con un test sperimentale condotto in una sfera da 20 L; la sua determinazione è alquanto dispendiosa in termini di tempo e piuttosto costosa. La questione si fa più critica quando una specifica polvere viene trattata in un impianto e dà luogo a nuove particelle con diversi diametri medi; in questo caso sarebbe opportuno effettuare un’analisi sperimentale di tutte le diverse granulometrie rappresentative della polvere manipolata ma una tale analisi risulta essere molto costosa. Lo scopo di questo elaborato è stato quello di sviluppare un modello matematico semplificato in grado di predire, per una data polvere organica, il valore di K_st per qualsiasi distribuzione granulometrica, conoscendo unicamente il valore di KSt della polvere di riferimento per una data distribuzione granulometrica. Nello specifico, a seguito di un’analisi dell’ordine di grandezza dei tempi caratteristici dei fenomeni coinvolti in un’esplosione di polveri organiche, si è riscontrato che i soli fenomeni di trasporto di calore intra particellare risultano essere rappresentativi della violenza dell’esplosione stessa, e quindi della misura di K_St. Questa considerazione conduce alla possibilità di usare una semplice formula matematica per la determinazione del K_St che non richiede alcuna informazione sulla cinetica del processo, la mancanza delle informazioni relativa alla cinetica del processo viene ovviata ricavando mediante un test standard in sfera da 20 L il valore del KSt riferito ad una data distribuzione granulometrica della polvere di riferimento. Tale valore sarà poi usato come riferimento per determinare il KSt di una qualsivoglia distribuzione granulometrica della polvere in analisi.