Lämpökarkaaminen

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Lämpökarkaaminen on tilanne, jossa systeemin pieni lämpötilan nousu johtaa lämmöntuotannon kasvuun ja sitä kautta hallitsemattomaan lämpötilan nousuun, yleensä tuhoisin seurauksin. Lämpötila nousee kunnes kappale löytää uuden lämmönpoistomekanismin, monesti esimerkiksi sulamisen, räjähtämisen tai katastrofaalisen romahtamisen. Lämpökarkaamista tapahtuu kemiallisille reaktioille, paristoille, elektronisille komponenteille, mikroaalloilla lämmitettäville kappaleille ja tähdissä ydinreaktioille.

Kemiantekniikassa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eksoterminen eli lämpöä tuottava kemiallinen reaktio voi johtaa lämpökarkaamiseen, jos reaktioastiaa ei pystytä jäähdyttämään riittävällä teholla. Lisäksi sivureaktiot nopeutuvat, ja eksotermiset hajoamisreaktiot tai radikaalireaktiot käynnistyvät tietyn lämpötilan yläpuolella. Lämmöntuotannon hallitsemattoman nopeutumisen vuoksi astian sisältö höyrystyy, ja jos astia on suljettu, paine kasvaa kunnes astia räjähtää. Lämpökarkaaminen on aiheuttanut useita kemianteollisuuden vakavia onnettomuuksia, esimerkiksi Texas Cityn ammoniumnitraattiräjähdys laivan lastiruumassa vuonna 1947 ja Bhopalin metyyli-isosyanaattipurkaus.

Kemiallisista reaktioista suurin osa tuottaa lämpöä, joten lämpökarkaamisen riski on olemassa monissa teollisuusmittakaavan tai öljynjalostamojen prosesseissa. Varsinkin hydrokrakkaus, vedytys, SN2-alkylaatio, hapetus, metalaatio ja nukleofiilinen aromaattinen substituutio ovat alttiita lämpökarkaamiselle. Esimerkiksi valtavia räjähdyksiä on aiheutunut sykloheksaanin hapetusreaktion sykloheksanoli-sykloheksanoniseokseksi tai orthoksyleenin hapetus ftaalianhydridiksi karattua.

Lämpökarkaaminen voi johtua korkean lämpötilan eksotermisistä sivureaktioista, jotka käynnistyvät kun seosta vahingossa lämmitetään tarkoitettua kuumemmaksi. Tästä johtui Seveson onnettomuus, jossa 2,4,5-triklorofenolia valmistettaessa reaktori päästettiin vapaasti lämpenemään, sillä seurauksella että käynnistyi tuotteen eksoterminen dimerointireaktio 2,3,7,8-tetraklorodibentso-p-dioksiiniksi. Reaktorin murtolevy särkyi ja kuuma dioksiinipitoinen reaktioseos pääsi suihkuamaan ympäristöön.

Lämpökarkaamisen aiheuttaa monesti jäähdytysjärjestelmän toiminnan lakkaaminen. Sekoittimen pysähtyminen voi johtaa jonkin reaktorin osan kuumentumiseen, mikä käynnistää koko reaktion lämpökarkaamisen. Samalla tavalla virtausreaktoreissa jonkin paikan satunnainen kuumeneminen voi käynnistää lämpökarkaamisen ja ampua reaktorista sisällöt ja katalyytit ulos. Yleinen syy lämpökarkaamisonnettomuuksiin on myös laitekomponenttien asennus väärin. Kemianteollisuuden laitteistot on yleensä liitetty erilliseen hätäsoihtuun, joka rajoittaa onnettomuuden tuhoja jos niitä tapahtuu.