Produzione e stoccaggio dell’acqua ossigenata

L’acqua ossigenata è utilizzata in ambito medico come disinfettante ma riveste un ruolo primario anche in ambito industriale: produzione e stoccaggio dell’acqua ossigenata richiedono particolari cautele, legate alle caratteristiche della sostanza.

Uso del perossido di idrogeno

Il perossido di idrogeno (al 50%) è un potente agente sbiancante in uso nell’industria cartiera e per la de-inchiostrazione nel riciclaggio della carta straccia, mentre nell’industria tessile viene impiegata sia come agente sbiancante che ossidante.

Esistono tuttavia anche altri settori in cui si impiega questa sostanza, come la protezione ambientale per il trattamento delle acque reflue, nel trattamento fumi e terreni contaminati (bonifica), nell’industria dei detergenti e detersivi, nell’industria chimica e trattamento metalli (per il decapaggio di superfici metalliche).

A livello chimico una soluzione di acqua ossigenata è altamente volatile e corrosiva ad alte concentrazioni. La reazione di decomposizione è la seguente:

2H₂O₂ → 2H₂O+O₂+Q

dove Q è la quantità di calore che libera la reazione.

Naturalmente rappresenta una reazione esotermica con sviluppo anche violento di ossigeno, che può provocare combustione (anche se la reazione può essere controllata con composti stabilizzanti agendo sul pH). L’ossigeno allo stato nascente (atomico) che si libera, intacca i gruppi cromofori delle sostanze coloranti e induce decolorazione; la velocità di decomposizione dell’H₂O₂ aumenta notevolmente con il pH e con la temperatura.

Considerazioni generali

Da queste semplici considerazioni di carattere chimico emerge la necessità di rivolgere attenzione a tutta la filiera produttiva di questa sostanza, fino allo stoccaggio e al trasporto.

A livello impiantistico gli attuali processi di produzione di acqua ossigenata risultano abbastanza costosi e di forte impatto ambientale, e si basano su un processo continuo detto “all’antrachinone”: si tratta di una sintesi indiretta a partire da idrogeno e ossigeno (dell’aria), su supporto organico di antrachinone.

Dal punti di vista tecnico esistono diverse fasi che si possono così riassumere:

1.  idrogenazione
2. ossidazione in aria
3. depurazione prodotto finito
4. concentrazione prodotto finito
5. stoccaggio di acqua ossigenata
6. processi di rigenerazione e trattamento effluenti alcalini

La selezione dei materiali utilizzati per le attrezzature di stoccaggio e movimentazione deve poter garantire il rispetto delle specifiche di compatibilità e di sicurezza data la natura della sostanza.

Il perossido di idrogeno deve essere quindi stoccato in aree a temperatura controllata, ventilate e al riparo dalla luce solare diretta; durante la produzione, il caricamento e il trasporto, il prodotto deve essere manipolato in un ambiente molto pulito, seguendo attentamente le procedure previste dai protocolli di sicurezza.

A tale scopo diverse aree di impianto, inclusa produzione e stoccaggio, devono essere alimentate con aria adeguatamente filtrata per evitare contaminazione esterna da polveri.
A livello tecnico esistono alcune specifiche da rispettare per ogni componente dell’impianto:

Serbatoi

È importante notare che tutti i contenitori di stoccaggio del perossido di idrogeno (ad esempio fusti, serbatoi, camion cisterna o vagoni ferroviari) siano recipienti a pressione atmosferica e dotati di uno sfiato continuo progettato correttamente per il rilascio di piccole quantità di ossigeno normalmente liberate dal perossido di idrogeno, in quanto composto estremamente volatile. E’ necessario anche predisporre i serbatoi di aperture manuali (maniglioni) per l’ispezione diretta, ove richiesta.

 

I serbatoi saranno quindi implementati con una serie di indicatori di temperatura, di pressione e di livello, in grado di monitorare continuamente lo stato del materiale stoccato in totale sicurezza.

A livello di componenti esistono alcuni materiali poco idonei come i metalli in generale, ottone, Rame, Nickel, Ferro e acciaio mentre si preferisce impiegare alluminio (se il serbatoio è di piccole dimensioni) oppure materie plastiche come PTFE, Teflon, Polietilene o PVC.

Tubi e raccordi

Le tubazioni per il perossido di idrogeno devono essere opportunamente saldate e flangiate.

I sistemi filettati non sono consigliati, poiché le tubazioni filettate in alluminio e acciaio inossidabile potrebbero non mantenere la tenuta stagna, tuttavia possono essere utilizzate in aree dove è presente una scarsa concentrazione di sostanza (ad esempio connessioni di valvole di sicurezza).

Le tubazioni devono essere sistemate all’esterno quando possibile, per minimizzare i rischi causati da una eventuale perdita. E’ inoltre sconsigliato l’utilizzo di qualsiasi lubrificante fra le parti a contatto con il prodotto.

Valvole e pompe dosatrici per la produzione di perossido di idrogeno

Le valvole a sfera sono altamente utilizzate negli impianti che utilizzano perossido di idrogeno, tuttavia è necessario prevedere uno sfiato (tipicamente un piccolo foro nella sfera) in modo da evitare alte sovrappressioni nella fase di chiusura dovute alla decomposizione dell’acqua ossigenata.

 

Possono essere impiegate valvole sfiatate disponibili in commercio o a sfera come le C200 di ASV Stubbe, opportunamente modificate aggiungendo un piccolo foro (tipicamente 1/8 “) in un lato della sfera in modo che, nella posizione” chiusa “, la cavità sfiati a monte nel liquido, come mostrato nella figura.

Le pompe adibite al dosaggio e alla movimentazione del perossido di idrogeno sono tipicamente realizzate in acciaio inossidabile o politetrafluoroetilene (PTFE).

Considerazioni impiantistiche

Sulla base di quanto specificato è evidente che il perossido di idrogeno sia una sostanza chimica potenzialmente pericolosa se maneggiata in modo improprio.

In generale quindi è utile attenersi ad alcune linee guida:

1. Evitare lunghe tubazioni.
2. Ridurre al minimo le valvole e i raccordi.
3. Fornire un dispositivo di decompressione in qualsiasi linea in cui possano essere presenti soluzioni contenenti perossido di idrogeno.

La figura sottostante rappresenta un diagramma di processo di un tipico impianto di stoccaggio e movimentazione di acqua ossigenata con due pompe dosatrici per il dosaggio in un’unica linea.

Le valvole di pressione entrano in gioco nel momento in cui si creano sovrappressioni apprezzabili nella linea, allo scopo di prevenire eventi esplosivi; tutti i singoli componenti devono rispondere ai requisiti in termini di materiali e di sicurezza precedentemente descritti.

 

(Fonti: www.solvay.us www.h2o2.com)