Stima teorica dell'energia minima di innesco per le polveri organiche

In the last decades safety and prevention in industry and more generally in the workplace have assumed great relevance, especially as regards the safeguard of the health and safety of employees and integrity of equipment and infrastructures. In this context, organic dust explosions represent one of the major risks as several industrial accidents occurred which caused injuries and fatalities, so the minimum ignition energy (MIE) of the dust occupies a fundamental role for explosibility hazard. The computation of the MIE is carried out with experimental tests, using a standard Hartmann apparatus of 1.2 L. The aim of this work is to develop a simple mathematical model for the evaluation of the MIE for several organic dust, using their physical-chemical properties and pyrolysis kinetic parameters from thermogravimetric analysis. For this reason, pyrolysis and devolatilization mechanisms of the powder have been studied to characterize explosion phenomena. In particular, this study takes in consideration eight different organic dusts to validate the model: aspirin, cork, corn starch, niacin, polyethylene, polystyrene, wheat flour and sugar. As it has been not possible to perform test in laboratory data have been taken from literature. Results provided by this new model are quite good: in fact, the theoretical values of MIE show a little difference compared to experimental ones. Anyway, they are always within the acceptability range so demonstrating the accuracy of the developed model.

Negli ultimi decenni la prevenzione e la sicurezza nell’industria e più in generale nei luoghi di lavoro hanno assunto un’enorme rilevanza, soprattutto nell’interesse di tutelare la salute e la sicurezza dei lavoratori, ma anche l’integrità delle apparecchiature e degli impianti. In questo contesto le esplosioni da polveri organiche rappresentano uno dei maggiori rischi, nonché la causa di numerosi incidenti che hanno portato in diversi casi alla perdita di vite umane e a ingenti danni economici. Proprio per i motivi indicati sopra, l’energia minima di innesco (MIE) della polvere ricopre un ruolo fondamentale per quanto riguarda il pericolo di esplosività della polvere stessa. Essa rappresenta infatti l’indice con il quale sarà possibile valutare se l’impiego di una polvere organica in un determinato processo sarà più o meno pericoloso. La valutazione del MIE viene eseguita tramite lo svolgimento di prove sperimentali in laboratorio, utilizzando principalmente apparecchiature come il cilindro di Hartmann. L’obiettivo di questo lavoro consiste nello sviluppo di un modello matematico semplice in grado di prevedere il valore di MIE delle diverse polveri organiche a partire dalle loro proprietà chimico-fisiche e dai parametri cinetici di pirolisi, ottenuti grazie all’analisi termogravimetrica della polvere. Sono stati pertanto studiati i meccanismi di pirolisi e devolatilizzazione delle polveri che portano allo sviluppo del fenomeno di esplosione. Per la convalida del modello ci si è avvalsi dei dati trovati in letteratura (anche a causa dell’impossibilità di effettuare le prove sperimentali) e sono state utilizzate otto differenti polveri organiche, ossia aspirina, sughero, amido di mais, niacina, polietilene, polistirene, zucchero e farina di frumento. In questa prima analisi sono stati ottenuti dei buoni risultati, infatti i valori di MIE stimati dal modello si discostano poco dai valori centrali dei range di dati sperimentali trovati in letteratura. Studi più approfonditi su questo modello potranno aumentarne l’accuratezza e renderlo utilizzabile per un campo più vasto di valori.