Indice i-Safe

L’i-Safe Index è un metodo sviluppato da Palaniappan nel 2002 e Palaniappan e al. nel 2004, con lo scopo di confrontare i percorsi di processo, durante il percorso di selezione dei processi in fase di

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progettazione, utilizzando i valori dei sottoindici ricavati con i metodi ISI e PIIS. Inoltre, tale indice include un nuovo sottoindice riguardante il tasso di reattività per i prodotti chimici presenti ricavato da una classificazione della reattività della NFPA. L’I-Safe identifica i rischi che sono associati alle reazioni e alle sostanze chimiche coinvolte nel processo analizzato e classifica i vari percorsi di processo disponibili per l’ottenimento di un certo prodotto desiderato. Le informazioni utilizzate per l'analisi riguardano le condizioni di reazione, i materiali coinvolti, il calore di reazione, l’uso di catalizzatori, le fasi di reazione, le unità di processo coinvolte, e la resa del processo stesso. Con l’utilizzo di indici di sicurezza intrinseca è possibile classificare i vari percorsi di processo disponibili per la produzione di una sostanza chimica. [40]

Gli indici da usare in questo metodo possono essere riferiti ai singoli stadi di reazione o all’intero processo:

 Per ogni stadio di reazione (cioè i sotto-processi) abbiamo l’indice globale di sicurezza OSI (Overall Safety Index) che comprende: l’indice individuale chimico ICI (Individual Chemical Index), l’indice individuale di reazione IRI (Individual Reaction Index) e l’indice totale di reazione TRI (Total Reaction Index).

 Per l'intero processo sono definiti i seguenti indici: l’indice chimico di pericolo HCI (Hazardous Chemical Index), l’indice di pericolo di reazione HRI (Hazardous Reaction Index), l’indice globale chimico OCI (Overall Chemical Index), l’indice globale di reazione ORI (Overall Reaction Index), l’indice globale di sicurezza OSI (Overall Safety Index), l’indice di sostanza chimica peggiore WCI (Worst Chemical Index), l’indice di peggiore reazione WRI (Worst Reaction Index) e l’indice chimico totale TCI (Total Chemical Index). [15]

Il valore dell'indice ICI è determinato dalle proprietà delle sostanze chimiche coinvolte nella reazione ed è calcolato, come riportato nell’equazione 3.4, dalla somma degli indici assegnati all’infiammabilità ( ), alla tossicità ( ), all’esplosività ( ) e al tasso di reattività ( , NFPA reactivity rating).

(3.4) Il valore dell’indice caratterizza la reazione stessa ed è calcolato, come riportato nell’equazione 3.5, dalla somma dei sottoindici assegnati alla temperatura ( ), alla pressione ( ), alla resa ( ) e al calore di reazione ( ).

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I sottoindici utilizzati per effettuare la valutazione degli indici ICI e IRI provengono dalle tabelle utilizzate nel metodo ISI, tranne che per la valutazione della reattività che deriva dalla classificazione NFPA e per l’indice di resa che deriva dalla tabella utilizzata nel PIIS.

L’indice , calcolato per ogni step di reazione come riportato nell’equazione 3.6, è dato dalla somma dei valori degli con il massimo valore dell’ determinati in precedenza per ogni stadio.

(3.6) L’indice OCI per una reazione principale è uguale al valore massimo dell’indice ICI trovato per tutte le sostanze chimiche coinvolte nella reazione ed è calcolato come riportato nell’equazione 3.7. [40][42]

(3.7) Durante le fasi iniziali della progettazione, le informazioni riguardanti l’inventario sono spesso carenti, quindi la resa della reazione può essere usata come misura di inventario, poiché elevati rendimenti determinano la riduzione della dimensione dei reattori e minori ricicli.

L'indice caratterizza le condizioni di pericolo del percorso di processo e presenta un punteggio elevato quando sono coinvolte un gran numero di reazioni principali. Pertanto, è preferibile un percorso di processo costituito da poche reazioni principali, in cui è presente un basso numero di reattori.

L'indice di reazione globale (ORI) per un percorso di processo è calcolato, come riportato nell’equazione 3.8, sommando gli IRI di ogni reazione principale. [40][42]

(3.8) Gli indici HCI e HRI indicano le sostanze chimiche e le reazioni più pericolose del percorso di processo e i loro valori saranno uguali a quelli ORI e OCI nel caso in cui vi sia una sola reazione. L’indice HCI indica il massimo ICI, come riportato nell’equazione 3.9, mentre l’indice HRI indica il massimo ICI, come riportato nell’equazione 3.10. [40][42]

(3.9) (3.10) L’indice tiene conto dei pericoli causati dalla presenza di certe sostanze chimiche nel percorso di processo e dalle condizioni delle loro reazione, mentre ignora problemi di sicurezza legati ai seguenti fattori: fase di reazione, uso di catalizzatori e solventi, fase di produzione, formazione di

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sottoprodotti, auto-accensione, decomposizione e tipo di unità di processo coinvolte nella chimica. Esso descrive la sicurezza intrinseca dell’intero percorso di reazione ed è calcolato come riportato nell’equazione 3.11. [40][42]

(3.11) Il metodo di calcolo OSI presenta la limitazione di non distinguere tra percorsi basati sul numero di sostanze chimiche o di reazioni e le loro caratteristiche di pericolosità. Tale problema è superato con l'introduzione di tre ulteriori indici supplementari: l’indice di sostanza chimica peggiore WCI, l’indice di peggiore reazione WRI e l’indice chimico totale TCI.

Il WCI è dato dalla somma dei valori massimi dei sotto-indici di: infiammabilità, tossicità, reattività e esplosività di tutti i materiali coinvolti nella fase di reazione, come riportato nell’equazione 3.12.

(3.12) Analogamente, il WRI è dato dalla somma dei valori massimi dei singoli sotto-indici di: temperatura, pressione, resa e calore di reazione di tutte le reazioni coinvolte nel processo, come riportato nell’equazione 3.13.

(3.13) Il TCI è una misura del numero di sostanze chimiche pericolose coinvolte nel percorso di processo, quindi un percorso con una sola sostanza chimica altamente tossica è più sicuro rispetto ad un altro percorso con più sostanze chimiche tossiche. Esso è dato dalla sommatoria degli ICI delle sostanze chimiche coinvolte nel percorso di processo, come riportato nell’equazione 3.14.[40][42]

(3.14) Un valore basso dell’indice ricavato con i-Safe rappresenta un processo intrinsecamente più sicuro, mentre indici che presentano punteggi più elevati hanno un più alto rischio intrinseco. La classificazione del rischio intrinseco in base al punteggio dell’indice ISI è riportata in Tabella .3.3.

BASSO MEDIO ALTO MOLTO ALTO

0 - 10 10 - 20 20 - 30 30 - 40

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