Manual de segurança para enchimento de aerossóis com propelente de hidrocarboneto

Nesta edição de abril, temos o prazer de apresentar aos nossos leitores um recurso essencial para a indústria de aerossóis: as duas primeiras partes do MANUAL DE SEGURANÇA para o enchimento de aerossóis com propelente de hidrocarbonetos, preparado pelo eng. Juan Nolasco em colaboração com o Eng., Geno Nardini para o Instituto Mexicano de Aerossóis (IMAAC). Este manual aborda as melhores práticas e medidas de segurança necessárias para garantir um processo de embalagem seguro e eficiente, minimizando riscos e otimizando a qualidade do produto final.

INTRODUÇÃO

Há 10 anos, por iniciativa do nosso amigo Geno Nardini, com o apoio do Comitê Diretivo da Seção 66 (Fabricantes de Aerossóis) da Câmara Nacional da Indústria de Transformação (CANACINTRA), o Instituto Mexicano de Aerossóis, A.C. publicou o GUIA DE SEGURANÇA sobre o enchimento de aerossóis com propelente de hidrocarbonetos, com o objetivo de promover o desenvolvimento saudável da indústria nacional de aerossóis.

Este MANUAL DE SEGURANÇA para Enchimento de Aerossóis com Propelente de Hidrocarbonetos integra novas informações relacionadas às propriedades dos gases liquefeitos, por isso será muito útil para o manuseio de outros gases liquefeitos, como éter dimetílico (DME) e 1.1 difluoroetano (152a). Da mesma forma, informações ecológicas sobre propelentes estão anexadas, pois é lamentável que muitas pessoas ainda pensem que os aerossóis danificam a camada de ozônio e, por esse motivo, limitam seu consumo.

O hidrocarboneto propulsor (PHC) já era usado no enchimento de aerossóis, antes mesmo do Dr. Mario Molina e Sherwood Rowland alertarem a humanidade para os danos dos CFCs à camada de ozônio, em 1974. No entanto, sua inflamabilidade limitou seu uso. Atualmente, existe toda a experiência, conhecimento, tecnologia e regulamentos necessários para encher com segurança os aerossóis com propelentes inflamáveis que não estragam a camada de ozônio.

O objetivo do IMAAC é disseminar esta informação a toda a indústria de aerossóis, através de um Manual de Segurança, que facilite o conhecimento e a aplicação dos princípios básicos para o enchimento seguro de aerossóis com PHC.

Desta forma, nossa indústria evitará acidentes e poderá continuar contribuindo para o bem-estar da sociedade, produzindo aerossóis seguros e ecologicamente corretos.

CONTEÚDO:

1.0 ANTECEDENTES E ESCOPO DO MANUAL DE SEGURANÇA.

2.0 PROPRIEDADES DO PROPELENTE DE HIDROCARBONETOS.

3.0 PERIGOS E RISCOS DO PROPELENTE DE HIDROCARBONETOS.

4.0 ARMAZENAMENTO E MANUSEIO DE PROPELENTE DE HIDROCARBONETOS.

5.0 GASEIFICAÇÃO POR AEROSSOL.

6.0 SEGURANÇA NA FÁBRICA DE AEROSSÓIS.

7.0 REPARAÇÃO PARA EMERGÊNCIAS.

Anexo 1: O Aerossol e seus Componentes.

Anexo 2: Aerossóis e seu Impacto Ambiental.

Anexo 3: SDS do Propelente de Hidrocarbonetos.

SECÇÃO 1

1.0 ANTECEDENTES E ESCOPO DO MANUAL DE SEGURANÇA

1.1 Segurança na Indústria Nacional de Aerossóis.

1.2 Objetivo do Manual e Escopo de Aplicação.

1.3 Regulamentos e Referências Aplicáveis.

1.4 Escopo e Limitações do Manual de Segurança.

O engenheiro químico Pablo Oeyen, escreve em seu Manual de Gás Liquefeito de Petróleo:

«Se você acha que a segurança é cara, imagine o que um acidente lhe custaria.»

1.1 SEGURANÇA NA INDÚSTRIA NACIONAL DE AEROSSÓIS.

A fabricação de aerossóis começou no México na década de 50. O propelente, usado na época, eram misturas de clorofluorcarbonos (CFCs). Esses compostos são gases liquefeitos não tóxicos, altamente estáveis e não inflamáveis. Naquela época, havia muitas pequenas fábricas que enchiam aerossóis em porões, armazéns e garagens, localizadas em residências, bairros e até edifícios residenciais.

A teoria do esgotamento da camada de ozônio, devido ao efeito dos CFCs, foi publicada em 28 de junho de 1974, por Mario Molina e Sherwood Rowland. Quando o buraco na camada de ozônio foi descoberto em 1985, os governos da Organização das Nações Unidas (ONU) assinaram o Protocolo de Montreal em 16 de setembro de 1987 (Dia Mundial para a Proteção da Camada de Ozônio). Este Protocolo estabelece o compromisso de interromper a fabricação e o uso de CFCs em aerossóis, refrigeradores, equipamentos de ar condicionado e em outras aplicações. O México foi o primeiro país a assinar o Protocolo de Montreal. Hoje, continua a manter a liderança mundial na proteção da camada de ozônio.

O propelente hidrocarboneto (PHC), formulado a partir de misturas de propano e butano, foi usado para aerossóis nos EUA desde 1954. No entanto, sua inflamabilidade limitou seu uso e eles preferiram CFCs. No México, o PHC começou a ser produzido e comercializado em 1974.

Atualmente, o PHC continua sendo a alternativa mais eficiente, econômica e ecológica para substituir os CFCs em aerossóis. Não estraga a camada de ozônio, mas tem a grande desvantagem de ser altamente inflamável. Por esse motivo, o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) promoveu o uso e os aspectos técnicos de segurança do enchimento de aerossóis com APS.

SECÇÃO 2

2.0. PROPRIEDADES DO PROPELENTE HIDROCARBONETO (PHC)

2.1 Origem, estado físico, produção e características da aps.

2.1.1 Origem dos hidrocarbonetos.

2.1.2 Estado natural e manuseio do propelente de hidrocarbonetos.

2.1.3 Produção e purificação de propelente de hidrocarbonetos.

2.1.4 Características organolépticas do PHC de grau aerossol 2.2 Pressão de vapor do propelente de hidrocarbonetos.

2.2.1 A pressão de vapor e o seu desempenho em um aerossol.

2.2.2 Efeito da temperatura na pressão de vapor.

2.3 Expansão térmica da fase líquida de um gás liquefeito.

2.4 Pressão hidrostática de um gás lp aprisionado.

2.5 Expansão atmosférica de um gás liquefeito.

2.1. ORIGEM, ESTADO FÍSICO, PRODUÇÃO E CARACTERÍSTICAS DA APS.

2.1.1 ORIGEM DOS HIDROCARBONETOS.

Os hidrocarbonetos são compostos naturais, que são obtidos a partir do petróleo e são composto por átomos de hidrogênio e carbono. Hidrocarbonetos utilizados como propelentes, para a indústria de aerossóis, são propano, isobutano e n-butano. Na figura mostra a fórmula química do propano (C3H8 condensado, desenvolvido e geometria da molécula). A Tabela 1 mostra as fórmulas e propriedades físicas dos propelentes mais comuns.

2.1.2. ESTADO NATURAL E MANUSEIO DO PROPELENTE DE HIDROCARBONETOS.

Os hidrocarbonetos estão em estado gasoso, mas são comprimidos até o seu estado líquido para fácil armazenamento e transporte. Eles também são conhecidos como gases liquefeitos de petróleo (gás LP). Armazenamento, transporte e o manuseio do gás LP é realizado em recipientes sujeitos a pressão.

TABELA 1: PROPRIEDADES FÍSICAS DOS PROPELENTES MAIS COMUNS NA INDÚSTRIA DE AEROSSÓIS.

2.1.3 PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE PROPELENTE DE HIDROCARBONETOS.

No México, o gás LP é produzido e comercializado pela Petróleos Mexicanos. Comercialmente, não pode e não deve ser usado como propelente para aerossóis. Isso se deve ao alto teor de mercaptanos e outras impurezas, que conferem o cheiro típico de «gás». Antes de ser usado como propelente, o gás LP deve ser decomposto em seus componentes e purificado de quaisquer impurezas que possam reagir ou causar um cheiro mal ao produto, ou que possam ser prejudiciais à saúde ou ao meio ambiente.

O rigoroso controle de qualidade, a seleção do Centro de Processamento de Gás e os processos de purificação são elementos para cumprir as especificações estabelecidas para o Propelente de Grau de Aerossol de Hidrocarbonetos.

2.1.4. CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉTICAS DO GRAU DE AEROSSOL PPH

a) A fase líquida é incolor como a água, tem um cheiro suave de solvente e é insolúvel em água. O propano pesa metade da água (densidade relativa = 0.5).

b) A fase de vapor é incolor como o ar, seu cheiro suave é diluído e desaparece no ar. O butano é duas vezes mais pesado que o ar (densidade relativa = 2.0). Por ser mais pesados que o ar, os gases liquefeitos podem deslocar o oxigênio e criar uma atmosfera sufocante quando você respira por muito tempo.

c) O propano líquido tem um ponto de ebulição de -42.1 °C (ver tabela 1). Em contato com a pele, os gases liquefeitos podem causar queimaduras de frio.

2.2 PRESSÃO DE VAPOR DO PROPELENTE DE HIDROCARBONETO

A pressão necessária para manter um gás no estado líquido, a uma temperatura de referência, é conhecida como pressão de vapor. Na indústria mexicana de aerossóis e em muitos países, a pressão manométrica de vapor para o propelente é especificada em 21 ° C e medido em psi (libras por polegada quadrada). A pressão é determinada seguindo o Método 3 da ASTM-D-1267 e é conhecida como pressão de vapor ASTM a 21°C. O quadro 1 mostra as pressões de vapor (a 21 e 54,4 °C) para os propelentes mais comuns na indústria de aerossóis.

Os gases liquefeitos mantêm sua pressão de vapor constante. Esta propriedade garante seu bom desempenho como propelente para aerossol, pois mantém sua pressão de vapor enquanto houver uma gota de líquido no recipiente.

O N-butano (conhecido como A-17) tem uma pressão de vapor de 16.9 psi, a 21°C e é insuficiente para o bom desempenho dos aerossóis. O isobutano (A-31) tem uma pressão de 31.1 psi, aceitável para alguns aerossóis. A pressão do propano é de 109.3 psi, o que é excessivo e perigoso para os recipientes e aerossóis mais comuns. Ao usar PHC com altas pressões, certifique-se de usar a embalagem certa.

A experiência adquirida na indústria de aerossóis indica que os propelentes mais satisfatórios têm uma pressão de vapor entre 31 e 70 psi. Estes são formados pela mistura adequada de hidrocarbonetos puros. Por exemplo, se misturamos 50% de n-butano (19.6 psig) com 50% de propano (109.3 psig), obteremos uma mistura com uma pressão de 63 psig @ 21 ° C. Se queremos um A-46, aumentamos a proporção de n-butano para 70% e diminuímos o teor de propano para 30%.

No México, quando o «A» é colocado antes da pressão de vapor do PHC, basta especificar que ele atende aos requisitos de qualidade estabelecidos para o propelente de grau aerossol. Exemplo, propelente de hidrocarboneto A-31, A-46, etc.

2.2.1 PRESSÃO DE VAPOR E SEU DESEMPENHO EM AEROSSOL.

A pressão de um gás propelente fornece a força na superfície líquida de um aerossol para realizar o trabalho de extração de um determinado volume de produto quando a válvula é ativada.

Um gás liquefeito retém sua pressão de vapor enquanto houver uma gota de propelente no recipiente. Esta é uma grande vantagem sobre os gases comprimidos (nitrogênio ou dióxido de carbono), que perdem sua pressão à medida que o produto é descarregado.

Outra grande vantagem do gás liquefeito é quando a válvula de aerossol é acionada. O propelente líquido arrastará o produto embalado através do tubo da válvula e, quando for disparado para o ambiente (pela ação do botão da válvula), passará repentinamente para o seu estado gasoso natural.

A vaporização repentina do gás liquefeito fará com que o produto seja pulverizado em partículas finas (spray). O tamanho das partículas resultantes da pulverização dependerá da pressão de vapor do propelente, do diâmetro do orifício da válvula e do botão de pressão.

2.2.2 EFEITO DA TEMPERATURA NA PRESSÃO DE VAPOR

A pressão de vapor dos gases liquefeitos aumenta exponencialmente com a temperatura. Por exemplo, a pressão de vapor do propano a 21 ° C é de 109.3 psig, a 37.8 ° C é de 172.0 psig e a 54.4 ° C é de 259.1 psig 9. No gráfico 1, se pode observar o efeito da temperatura na pressão de vapor para misturas PHC e no gráfico 2 para outros propelente.

Os tanques ou vasos de armazenamento de gás LP têm uma pressão de projeto de 250 psig e suas válvulas de segurança são calibradas para 250 psig. Isso significa que, a essa temperatura, a válvula de segurança em um tanque de propano se abrirá para aliviar o excesso de pressão. É essencial que as válvulas de segurança estejam em condições operacionais para liberar qualquer sobrepressão, que pode colocar em risco a integridade mecânica de recipiente.

As válvulas de segurança são o elemento básico para garantir a integridade mecânica de um recipiente sob pressão. Eles devem ser mantidos sob inspeção, manutenção periódica e substituídos pelo menos a cada 10 anos. Deve haver um acesso fixo para inspeção.

GRÁFICO 1: PRESSÃO vs TEMPERATURA PARA MISTURAS DE PROPELENTES DE HIDROCARBONETOS

GRÁFICO 2: PRESSÃO vs TEMPERATURA DOS PROPELENTES DE AEROSSOL MAIS COMUNS

2.3. EXPANSÃO TÉRMICA DA FASE LÍQUIDA DE UM GÁS LIQUEFEITO.

Um gás liquefeito tem um coeficiente de expansão térmica muito alto. Por exemplo, o propano expande seu volume em 25%, quando sua temperatura é aumentada de 15.5 para 71.1 ° C. Por outro lado, a água aumenta apenas 2.2% em volume, enquanto o aço se expande 0.19%, na mesma faixa de temperatura. Mesmo sendo que essa expansão térmica é conhecida há mais de 150 anos, muitas pessoas ainda não a conhecem.

GRÁFICO 3: EXPANSÃO TÉRMICA DO PROPANO (A-108), ÁGUA E AÇO

O propano aumenta seu volume em 0.41% para cada °C, na faixa de 15 a 50°C 11.

Se um recipiente estiver cheio de propano até 85% do seu nível e isso acontece pela manhã, a uma temperatura de 15 °C e à tarde, o sol aquecerá o recipiente até 35 °C; seu volume aumentaria para 93.2%. Esse aumento seria devido ao efeito de sua expansão térmica (0,41% volume/°C vezes 20 °C = 8,2% volume).

Se um recipiente de aerossol fosse preenchido a 85% com propano, a 15°C e deixado dentro de um carro, sua temperatura poderia subir entre 55 e 77°C 12. Quando atinge 50 °C, seu volume sobe para 99.3% e 5 graus a mais, pode estourar devido à expansão térmica. O Gráfico 3 mostra a expansão térmica para PHC, misturas de água e aço.

Os recipientes de aerossol possuem uma concavidade no fundo do recipiente, que pode se expandir e permitir volume adicional para a expansão térmica de seu conteúdo. No entanto, o volume adicional é insuficiente para a temperatura que pode ser atingida dentro de um carro.

Explosão de um aerossol devido à expansão térmica dentro de um carro.

2.4 PRESSÃO HIDROSTÁTICA DE UM GÁS LP APRISIONADO.

Em um recipiente de aço, em volume constante e a 15.5 ° C, a pressão do propano liquefeito aumenta em 668 psi para cada ° C, aproximadamente 13 ° C. Por esse motivo, recipientes e tubulações devem ser impedidos de serem enchidos e enfrentarem pressão interna de origem hidrostática. Essa pressão pode quebrar o recipiente ou, na melhor das hipóteses, pode fazer com que a válvula de segurança se abra, derramando propano líquido no ambiente.

Nos recipientes, o efeito da pressão hidrostática é eliminado quando o enchimento máximo de 85% é respeitado. Por outro lado, um tubo que conduz gás liquefeito sempre será preenchido com líquido, desde que flua não há problema. O risco surge quando as válvulas estão fechadas, em ambas as extremidades do tubo e o líquido está preso.