Kontakt ciekłego amoniaku i wody – wnioski z doświadczeń.

Wiedzę o zachowaniu się amoniaku podczas awarii można czerpać z badań własności amoniaku prowadzonych najczęściej w warunkach laboratoryjnych, analizy zaistniałych awarii oraz sprawozdań z przeprowadzonych eksperymentów symulujących rzeczywiste awarie.  Podczas rzeczywistych zdarzeń priorytetem jest prowadzenie działań ratowniczych, a nie zbieranie danych analitycznych. Dlatego też obserwacje dokonane podczas eksperymentów zawierają na ogół znacznie więcej informacji niż analizy rzeczywistych awarii.  

Jedne z pierwszych eksperymentów przeprowadzono w latach 1967-1968 we Francji. Są one o tyle ciekawe, że podjęto wówczas próby oceny skutków podania wody do tacy wypełnionej ciekłym amoniakiem. Gwałtowne wydzielanie aerozolu spowodowało, że eksperyment przerwano.

Wrażenie jakie na naukowcach zrobiła gwałtowność zachodzących procesów oddają cytaty ze sprawozdania: „Wykazano jak może być niebezpieczne działanie wody na warstwę ciekłego amoniaku. … Po osiągnięciu przez ciekły amoniaku znajdujący się w tacy betonowej stanu równowagi z otoczeniem do tacy skierowano strumień wody z działka wodnego. Natychmiast powstał aerozol tak intensywny że zrezygnowano z pierwotnych zamiarów zbadania możliwości zalania wodą tego amoniaku. … Operacja odwrotna jest również ryzykowna ponieważ ciekły amoniak wpływający do wody nawet mały mi porcjami wywołuje gwałtowną reakcję.”

Przy zetknięciu się amoniaku i wody zachodzą dwa zjawiska: gwałtowne parowanie amoniaku połączone i tworzeniem aerozolu oraz rozpuszczanie amoniaku w wodzie. W Internecie można znaleźć filmy z doświadczeń prezentujących intensywność zjawisk zachodzących przy kontakcie wody i amoniaku. Doświadczenia te nie prezentują jednak żadnych danych ilościowych dotyczących efektu końcowego.  Przeprowadzone przez nas eksperymenty pozwoliły na określenie proporcji amoniaku rozpuszczonego i odparowanego.

Przeprowadzono serię doświadczeń. Do naczynia z ciekłym amoniakiem dodawano wodę do momentu widocznego ograniczenia parowania. Przeprowadzono próby ze zwartym i rozproszonym strumieniem wody. Ważąc naczynia przed i po eksperymencie określono ilość amoniaku związanego w postaci wody amoniakalnej. W podobny sposób przeprowadzono doświadczenia z podawaniem amoniaku do wody. Chcąc sprawdzić możliwości ograniczenia emisji amoniaku przeprowadziliśmy próby z podawaniem rozproszonego strumienia wody do amoniaku w wysokim cylindrze. Uzyskane wyniki potwierdziły, że zwiększyła się dzięki temu możliwość kontaktu wody i emitowanego amoniaku. Jak się okazało miało to znaczący wpływ na poziom emisji.

Wyniki przeprowadzonych doświadczeń:

  • Parowanie amoniaku w kontakcie z wodą zachodzi w sposób gwałtowny. Pary amoniaku porywają ze sobą kropelki cieczy tworząc aerozol. Podanie amoniaku do wody miało „łagodniejszy” przebieg niż podanie zwartego strumienia wody do amoniaku. Również przy podaniu amoniaku do wody powstawał aerozol.
  • W początkowym okresie podawania wody do amoniaku poziom cieczy nie ulegał istotnym zmianom – objętość odparowanego amoniaku była zbliżona do objętości podanej wody.
  • Po osiągnięciu przez roztwór w naczyniu stężenia wody amoniakalnej  ok 55% ustawało intensywne parowanie z roztworu.
  • Intensywność podawania, stopień dyspersji i ciśnienie (siła uderzenia i mieszanie) wody miały wpływ na gwałtowność reakcji, lecz nie miały znaczącego wpływu na proporcje amoniaku zaabsorbowanego i odparowanego.
  • Podana do ciekłego amoniaku woda absorbowała go w ok. 70%.
  • Również przy podawaniu ciekłego amoniaku do wody rozpuszczeniu ulegało ok. 70% jego masy.
  • Stworzenie warunków do kontakt rozproszonego strumienia wody z aerozolem amoniaku pozwala w warunkach testu zwiększyć ilość zaabsorbowanego amoniaku do ponad 80%.
  • Rozproszony prąd wody mający kontakt z powstającym aerozolem ograniczył o 1/3 ilość uwolnionego amoniaku. Mała intensywność podawania prądu rozproszonego powodowała, że pomimo jego działania aerozol nadal wydobywał się z naczynia. Prawdopodobnie możliwe jest zatem uzyskanie jeszcze wyższych wskaźników absorpcji.

Wyniki eksperymentu pozwalają lepiej zrozumieć mechanizmy decydujące o skuteczności absorpcji amoniaku przez wodę – zagadnienia istotne podczas działań ratowniczych.

Zapraszamy również do obejrzenia w galerii zdjęć i filmów z przeprowadzonych eksperymentów.  

Literatura:

RESPLANDY, 
Etude expérimentale des propriétés de l'ammoniac conditionnant les mesuresà prendre pour la  sécurité du voisinage des stockages industriels. Chimie et Industrie-Génie chimique, Vol. 102, n°6, octobre 1969

(Badania eksperymentalne własności amoniaku - środki niezbędne do zapewnienia bezpieczeństwa otoczenia stokaży przemysłowych).