1.

 

BEZPIECZEŃSTWO

 

REAKTORÓW

 

CHEMICZNYCH

 

 

 

Reaktor  chemiczny  to  aparat  do  prowadzenia  reakcji  chemicznych, 

w których mogą brać udział gazy, ciecze i ciała stałe. Reakcja chemiczna z kolei, to 
przemiana,  w  czasie  której  zachodzi  zmiana  rodzaju  cząsteczek  substancji 
reagujących.  
 

1.1. PODZIAŁ REAKTORÓW  

Reaktory  chemiczne  klasyfikuje  się  najczęściej  według  następujących 

kryteriów: 
Pierwszym kryterium jest metoda pracy reaktora.: 
  reaktor  chemiczny  okresowy-  jest  to  zbiornik  lub  kocioł  zwykle  wyposażony 

w urządzenia  mieszające  oraz  elementy  do  wymiany  ciepła.  W  reaktorze  tym 
wprowadzenie  całej  ilości  substancji  oraz  usuwanie  produktów  odbywa  się 
cyklicznie, 

  reaktor  chemiczny  przepływowy-  jest  to  reaktor,  w  którym  doprowadzanie 

substratów  i  odbiór  produktów  są  jednoczesne  i  ciągłe.  Ze  wzglądu  na  kształt 
reaktory przepływowe dzieli się na: rurowe, wieżowe, zbiornikowe, 

  reaktory  chemiczne  półprzepływowe-  jest  to  reaktor  typu  zbiornikowego 

z mieszadłem,  pracujący  metodą  kombinowaną,  tzn.  albo  w  sposób  ciągły 
doprowadza  się  do  niego  część  reagentów  (pozostałe  były  załadowane 
wcześniej),  albo  odprowadza  się  jeden  z  produktów  lub  doprowadza  część 
reagentów w sposób ciągły i jednocześnie odprowadza jeden z produktów. 

Ze względu na charakter fazowy reagującego układu, wyróżnia się: 
  reaktory do procesów homogenicznych, 
  reaktory do procesów heterogenicznych, 
  reaktory kontaktowe jako szczególny przykład reaktorów heterogenicznych. 
Uwzględniając warunki temperaturowe: 
  reaktory izotermiczne, 
  reaktory adiabatyczne 
  reaktory politermiczne (pracujące w warunkach nieizotermicznych 

i nieadiabatycznych). 

Kolejnym kryterium stanowią własności konstrukcyjne: 
  reaktory zbiornikowe, 
  reaktory rurowe, 
  reaktory wieżowe (kolumnowe), 
  reaktory półkowe, 
  reaktory fluidyzacyjne, 
  reaktory specjalne. 
 

2. ANALIZA KINETYCZNA PROCESU CHEMICZNEGO 

 

Przedmiotem  kinetyki  chemicznej  są  zagadnienia  szybkości  przebiegu 

reakcji  chemicznej  lub  ogólniej-  szybkości  procesów  chemicznych.  Szybkość 
łączenia  się  różnych  cząsteczek  jest  bardzo  ważną  własnością,  ponieważ  od  niej 
zależy możliwość realizacji danego procesu w praktyce.  

 

2

Analiza  danych  kinetycznych  umożliwia  wyznaczenie  optymalnych  warunków 
przebiegu  procesu  w  skali  laboratoryjnej  i  przemysłowej,  dobranie  najlepszych 
wartości  parametrów,  wybór  odpowiednich  katalizatorów  i  nadanie  właściwego 
i pożądanego  kierunku  reakcjom  chemicznym.  W  zakres  kinetyki  chemicznej 
wchodzą  zagadnienia  związane  z  samą  szybkością  reakcji  chemicznych  oraz  z  ich 
mechanizmem.  
 

2.1. SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ 

2.1.1. POJĘCIE SZYBKOŚCI REAKCJI 

 

Szybkość  reakcji  chemicznej  określa  się  jako  zmianę  liczby  moli  reagenta 

odniesioną  do  jednostki    czasu  oraz  jednostki  objętości  masy  reakcyjnej  bądź 
objętości reaktora (reakcje homogeniczne), powierzchni na której przebiega reakcja, 
bądź wreszcie masy  katalizatora w fazie stałej (reakcje heterogeniczne).  
Definicja szybkości reakcji chemicznej w postaci ogólnej wyraża się wzorem: 
 

kg)s

,

m

,

(m

mol

dτ

dn

W

1

ν

1

r

2

3

i

i

r





 

(2.1.1) 

 
gdzie: W– wielkość odniesienia (objętość, powierzchnia, masa), 
 
Tak  określona  szybkość  jest  wielkością  zawsze  dodatnią  i  nie  zależy  od  wyboru 
reagenta.  Równanie  to  opisuje  szybkość  reakcji  właściwą  reagującemu  układowi, 
bez  względu  na  warunki  w  jakich  zachodzi  proces  chemiczny.  W zagadnieniach 
bilansowych,  z  jakimi  mamy  do  czynienia  w  inżynierii  reaktorowej,  bardziej 
użyteczne  jest  pojęcie  szybkości  reakcji  zdefiniowanej  tylko  dla  wybranego 
reagenta A: 
 

dt

dn

W

1

r

A

A





 

(2.1.2) 

 
Znak (-), gdy A jest substratem, a znak (+)-gdy A jest produktem.  
 

2.1.2. SZYBKOŚĆ REAKCJI W PROCESIE OKRESOWYM 

 

Proces  okresowy  (prowadzony  w  reaktorze  okresowym)  charakteryzuje  się 

warunkami  nieustalonymi.  Szybkość  reakcji  obliczamy  bezpośrednio  z  równania 
definicyjnego  (2.1.1)  ,  przyjmując  jako  wielkość  odniesienia  objętość  masy 
reagującej. Równanie to ma postać: 
 

dt

dn

V

1

r

A

m

A





 

(2.1.3) 

 
gdy  V

m

=  const,  co  można  przyjąć  dla  reakcji  biegnących  w  środowisku  ciekłym, 

wtedy: 

dt

dc

r

A

A





 

(2.1.4) 

 

3

W  warunkach  nieustalonych  można  również  prowadzić  reakcje  w  fazie  gazowej, 
stosując reaktory zamknięte o stałej objętości . Wtedy do wzoru zamiast V

m

 należy 

wprowadzić  objętość reaktora V

R

=const. 

 

2.1.3. SZYBKOŚĆ REAKCJI W  PROCESIE  PRZEPŁYWOWYM 

 

W  procesach  przepływowych,  stacjonarnych,  prowadzonych  w  warunkach 

ustalonych, wszystkie wielkości związane z masą reagującą są funkcjami położenia, 
a  nie  czasu.  Zmienną  niezależną  jest  objętość  reaktora  lub  współrzędna  położenia 
mierzona  wzdłuż  osi  reaktora  w  kierunku  przepływu,  bądź  czas  zastępczy, 
wyrażający wielkość obliczeniową. 
Szybkość  reakcji  chemicznej  zachodzącej  w  przepływającym  strumieniu 
w warunkach ustalonych wyraża wzór: 
 

s

m

mol

dV

n

d

r

3

R

A

A











 

(2.1.5) 

Gdzie: 

A

n

 – strumień substancji A 

 
2.2. RÓWNANIE KINETYCZNE 

 

Szybkość reakcji chemicznej lub procesu chemicznego zależy od zmiennych 

związanych  z  masą  reagującą.  Największe  znaczenie  ma  temperatura,  stężenie 
reagentów,  a  także  ciśnienie.  Specyficzny  wpływ  na  szybkość  reakcji  wywiera 
obecność  katalizatorów,  które  w  tych  samych  warunkach  mogą  wielokrotnie 
zmienić jej wartość.  
Równanie  kinetyczne  wyraża  zależność  szybkości  procesu  od  jego  parametrów, 
określoną  dla  ustalonych  warunków  katalitycznych  w  najogólniejszym  przypadku 
funkcją: 

 

)

p

,...,

c

,

c

,

T

(

f

r

B

A

A



 

(2.2.1) 

Zaniedbując ciśnienie, zależność tę można wyrazić w postaci: 
 

,...)

c

,

c

,

T

(

)

T

(

k

r

B

A

A





 

(2.2.2) 

 
która rozróżnia funkcję temperatury k(T) wyrażającą odwrotność oporu i nazywaną 
stałą szybkości oraz funkcję  (T,c

A

,c

B

,...)mającą własności siły napędowej,w której 

parametr T jest związany ze stałą równowagi K

c

 reakcji odwracalnych. Jeżeli więc 

reakcja jest nieodwracalna, bądź T=const, to siła napędowa  (T,c

A

,c

B

,...) nie zależy 

od  temperatury.  Do  równania  kinetycznego  można  wprowadzić  ciśnienie 
cząstkowe,  gdy  reagentami  są  gazy.  Gdy  natomiast  reakcja  biegnie  w  środowisku 
ciekłym,  to  ciśnienie,  jako  niezależny  parametr  kinetyczny,  praktycznie  nie  ma 
większego znaczeni i z zasady jest pomijane. 

2.2.1. WPŁYW STĘŻENIA 

 

Postać  funkcji    (T,c

A

,c

B

,...),  występującej  w  równaniu  (2.2.2),  zależy  od 

mechanizmu procesu, ale dla licznych reakcji, szczególnie homogenicznych, może 
być  z  góry  postulowana  na  podstawie  prawa  działania  mas  (Guldberg,  Waage), 
zgodnie  z  którym  szybkość  reakcji  chemicznej  zachodzącej  w  stałej  temperaturze 

 

4

jest proporcjonalna do aktualnych stężeń reagentów w odpowiednich potęgach. Jest 
to  podstawowe  twierdzenie  kinetyki  chemicznej,  stosujące  się  do  wszystkich 
prostych  przemian  chemicznych,  a  także  do  wielu  reakcji  złożonych 
przebiegających w środowisku jednorodnym. 
Zgodnie z prawem działania mas zależność szybkości reakcji od stężenia reagentów 
wyraża funkcja potęgowa, bądź ogólniej kombinacja liniowa funkcji potęgowych: 
 

i

n

i

j

j

A

c

k

r







 

(2.2.3) 

gdzie: c

i

 – stężenie molowe reagenta, 

 

n

i

 – wykładnik liczbowy, 

k

j 

– współczynnik zależny od temperatury. 

Jeżeli reakcja przebiega w fazie gazowej, to stężenie molowe może być zastąpione 
ciśnieniami cząstkowymi reagentów. Wtedy zależność (2.2.3) ma postać: 
 

n

i

p

n

i

A

p

k

c

k

r









 

(2.2.4) 

Stałe szybkości k i k

p

 mają różne wymiary oraz wartości. Przyjmując, że zachowują 

się jak gazy doskonałe, istnieje zależność: 





i

n

p

n

n

,

RT

k

k







 

(2.2.5) 

 

2.2.2. WPŁYW TEMPERATURY 

 

Temperatura  jest  drugim  obok  stężenia  parametrem,  który  ma  zasadnicze 

znaczenie  dla  szybkości  reakcji  chemicznych.  Zwykle  szybkość  reakcji  rośnie 
w miarę wzrostu temperatury, ale zależność ta może mieć różny charakter.  
W równaniu  kinetycznym temperatura występuje zawsze jako parametr niezależny 
stałej  szybkości.  Dla  większości  reakcji  homogenicznych  i  wielu  reakcji 
heterogenicznych  stała  szybkość  jako  funkcja  temperatury  jest  dana  równaniem 
Arrheniusa, które w postaci logarytmicznej przedstawia wzór: 
 

T

A

B

RT

E

k

ln

k

ln

0









 

(2.2.6) 

 
Zgodnie  z  ujęciem  Arrheniusa  zależność  stałej  szybkości  od  temperatury  jest 
funkcją 

wykładniczą 

określoną 

przez 

dwie 

stałe, 

tj. 

współczynnik 

przedwykładniczy k

0

 i wielkość E, nazywaną energią aktywacji. Z równania (2.2.6) 

wynika,  że  im  wyższa  jest  energia  aktywacji,  tym  niższa  jest  stała  szybkości  przy 
założeniu,  że  k

0

=const.  Energia  aktywacji  wyraża  nadwyżkę  energii  cząsteczek 

reagujących z sobą ponad przeciętny poziom  energii  substratów. Nadwyżka ta  jest 
niezbędna do  zajścia reakcji chemicznej. 

2.3. STABILNOŚĆ TERMODYNAMICZNA 

 

Pojęcie  stabilności  termodynamicznej  wiąże  się  z  trwałością  równowagi 

układu, w którym mogą zachodzić przemiany chemiczne bądź fazowe. Jeżeli układ 
jest stabilny w stosunku do danego zakłócenia, to zakłócenie to nie zmieni w sposób 
trwały  jego  równowagi  pierwotnej  i  po  ustąpieniu  bodźca  układ  wróci  do  stanu 

 

5

równowagi  pierwotnej.  Układ  jest  niestabilny,  jeżeli  zakłócenie  spowoduje  trwałe 
przesunięcie jego równowagi.  
Każde  zakłócenie  równowagi  układu  można  scharakteryzować  chwilową  zmianą 
liczby  postępu  reakcji 



d

  oraz  warunkami  (ustalonymi),  w  których  ta  zmiana 

nastąpiła.  Zakłócenie  może  polegać  na  zaburzeniu  równowagi  chemicznej  lub  na 
powstaniu  nowej  fazy  w  układzie  pierwotnie  jednorodnym.  W  tym  ostatnim 
przypadku mówi się o stabilności fazowej układu. Powstanie nowej fazy może być 
spowodowane działaniem różnych bodźców i może mieć różny charakter.  
Rozróżnia  się  więc  stabilność  fazy  względem  dyfuzji  oraz  stabilność  cieplną 
i mechaniczną fazy.  
 

2.3.1. STABILNOŚĆ CHEMICZNA 

 

Ogólne  kryterium stabilności układu wynika bezpośrednio z nierówności de 

Dondera i można je wyrazić następująco: 

0

Ad

s

Td

i







 

(2.3.1) 

Zgodnie  z  zależnością  (2.3.1)  układ  jest  stabilny  wówczas,  gdy  przesunięcie 



d

 

określone liczbą postępu reakcji jest związane z ujemną produkcją entropii.  
 

2.3.2. STABILNOŚĆ WZGLĘDEM DYFUZJI 

 

W układach wieloskładnikowych pierwotnie jednorodnych mogą tworzyć się 

fazy  różniące  się  tylko  składem.  Są  to  roztwory  o  ograniczonej  rozpuszczalności 
ciekłe  lub  stałe.  Na  przykład  mieszaniny  dwóch  cieczy  tworzących  układy 
o ograniczonej  rozpuszczalności  rozpadają  się  w  określonym  zakresie  stężeń 
(zależnym od temperatury) na dwie fazy ciekłe, których składy są stałe i niezależne 
od  stężenia  sumarycznego.  Zatem  tylko  dla  pewnych  składów  faza  ciekła  jest 
stabilna  względem  faz  sąsiednich.  Stabilność  tego  rodzaju  nazywa  się  stabilnością 
względem  dyfuzji.  Zakłócenie  stabilności  fazy  sprowadza  się  więc  do  wystąpienia 
niejednorodności  w  zakresie  stężenia  fazy  pierwotnie  jednorodnej.  Proces  ten 
można  rozważać  jako  przemianę  dyfuzyjną  polegającą  na  wymianie  składników 
między dwoma dowolnymi elementami objętości układu pierwotnego.  
 

2.3.3. STABILNOŚĆ CIEPLNA (TERMICZNA) 

 

Zgodnie  z  regułą  faz  każda  wieloskładnikowa  faza  ma  dwa  wolne 

parametry, np. T i p, T i V, p i V. Zakres zmienności tych parametrów jest jednak 
ograniczony  i  po  przekroczeniu  określonych  wartości  powstaje  w  układzie  druga 
faza.  Pojawienie  się  nowej  fazy  należy  uważać  za  zaburzenie  równowagi  fazy 
pierwotnej  i  w  tym  kontekście  rozważa  się  warunki  termodynamiczne  stabilności 
fazowej układu. Stabilność cieplna dotyczy warunków trwałości fazy w przypadku 
zmian  energii  wewnętrznej  spowodowanych  ogrzewaniem  układu,  a  więc  zmianą 
jego  temperatury  w  warunkach  V=const  lub  p=const.  Ogrzewanie  fazy  stałej  lub 
ciekłej z reguły prowadzi do powstania nowej fazy.  

2.3.4. STABILNOŚĆ MECHANICZNA 

 

Stabilność mechaniczna odnosi się do trwałości fazy, której równowaga jest 

zakłócona  zmianami  objętości  lub  ciśnienia  układu  (T=const),  co  w  ogólnym 
przypadku może prowadzić do powstania nowej fazy w układzie. W tym przypadku 
faza  pierwotna  jest  trwała,  jeżeli  przejście  od  układu  jednofazowego  do 

 

6

dwufazowego  byłoby  procesem  nienaturalnym,  a  zatem  wiązało  się  z  dodatnim 
przyrostem energii swobodnej układu (

0



df

). 

 

3. ZAGROŻENIA DLA REAKTORÓW CHEMICZNYCH 

 

Podstawowymi 

parametrami 

wpływającymi 

na 

szybkość 

procesu 

chemicznego  są:  temperatura  i  stężenie  (w  przypadku  fazy  ciekłej),  bądź  ciśnienie 
gdy  mamy  do  czynienia  z  fazą  gazową.    Stanowią  one  jednocześnie  poważne 
zagrożenie  dla  bezpieczeństwa  reaktorów  chemicznych.  Gwałtowny  wzrost 
temperatury  jak  i  podwyższenie  ciśnienia  (w  przypadku  procesów  zachodzących 
w fazie  gazowej)  mogą  stać  się  przyczyną  poważnej  awarii  chemicznej  (pożaru, 
wybuchu  czy  niekontrolowanej  reakcji  prowadzącej  na  przykład  do  wydzielenia 
niebezpiecznych  substancji).  Poniżej  omówione  zostaną  kryteria,  jakie  powinny 
spełniać powyższe wielkości dla optymalnego przebiegu procesu chemicznego. 
 

3.1. TEMPERATURA 

Dla  pojedynczej  reakcji  nieodwracalnej  należy  stosować  możliwie  najwyższą 
temperaturę. Wtedy bowiem szybkość reakcji jest maksymalna, co w konsekwencji 
daje maksymalną jednostkową zdolność produkcyjną reaktora i minimalną objętość 
przestrzeni  reakcyjnej.  O  maksymalnej  wartości  temperatury  decydują  najczęściej 
techniczne możliwości realizacji procesu, koszty dostarczania ciepła, a także rodzaj 
katalizatora  dla  reakcji  katalitycznych.  W  przypadku  endotermicznej  reakcji 
odwracalnej  sytuacja  jest  analogiczna  jak  dla  reakcji  nieodwracalnej,  tzn.  że 
optymalną  jest  temperatura  najwyższa  z  możliwych.  Jeżeli  natomiast  reakcja 
odwracalna  jest  egzotermiczna,  to  ze  wzrostem  temperatury  zwiększa  się  jej 
szybkość,  ale  równocześnie  maleje  jej  stała  równowagi  i  związany  z  tym 
równowagowy  stopień  przemiany.  W  tej  sytuacji  wyznacza  się,  zależnie  od  typu 
reaktora bądź optymalną temperaturę, bądź też optymalny profil temperatury.  
 

3.2. CIŚNIENIE  (FAZA  GAZOWA)  LUB  STĘŻENIE  (FAZA 

CIEKŁA) 

 

Wzrost  ciśnienia  całkowitego  wpływa  na  szybkość  pojedynczej  reakcji 

chemicznej zachodzącej w fazie  gazowej,  gdyż wzrasta wtedy stężenie reagentów. 
Wpływ  ciśnienia  jest  tym  silniejszy,  im  wyższy  jest  rząd  reakcji.  W  reakcjach 
odwracalnych w fazie  gazowej  od ciśnienia zależy ponadto równowagowy stopień 
przemiany.  Gdy  reakcja  przebiega  ze  zmniejszeniem  całkowitej  liczby  moli,  to 
należy  stosować  w  całym  okresie  reakcji  możliwie  wysokie  ciśnienie.  Wtedy 
jednostkowa  zdolność  produkcyjna  będzie  maksymalna.  Jeżeli  zaś  reakcja 
przebiega  ze  zwiększeniem  liczby  moli  to  w  początkowym  okresie  reakcji  należy 
stosować  wysokie  ciśnienie,  przez  co  uzyskuje  się  wysoki  stopień  przemiany. 
W miarę  jednak  postępu  reakcji  ciśnienie  powinno  zmniejszać  się  ze  względu  na 
niekorzystny wpływ na równowagowy stopień przemiany. 
 

W reakcjach zachodzących w fazie ciekłej analogiczny wpływ jak ciśnienie 

dla  reakcji  gazowych  spełnia  stężenie.  Gdy  reakcja  odwracalna  przebiega  w  fazie 
ciekłej  ze  wzrostem  liczby  moli,  to  w  okresie  początkowym  należy  stosować 
maksymalne  stężenie  substratów,  po  czym    w  miarę  postępu  reakcji  rozcieńczać 
mieszaninę  reakcyjną  za  pomocą  substancji  inertnych.  Jeżeli  natomiast  reakcja 

 

7

odwracalna  przebiega  ze  zmniejszeniem  liczby  moli,  to  korzystne  jest 
utrzymywanie  w  całym  okresie  dużego  stężenia  substratów  w  mieszaninie 
reakcyjnej. 
 

4. RODZAJE ZAGROŻEŃ CHEMICZNYCH 

4.1.  NAJCZĘSTSZE  PRZYCZYNY  I  SKUTKI  WYSTĘPOWANIA 

AWARII CHEMICZNYCH 

 

Ogromna  większość  katastrof  stałych  obiektów  przemysłowych  to  poważne 

awarie  chemiczne  związane  z  przetwarzaniem,  produkcją,  magazynowaniem  oraz 
operacjami  przeładunku  niebezpiecznych  substancji  toksycznych,  palnych 
i wybuchowych,  a  także  z  wystąpieniem  niekontrolowanych  reakcji  chemicznych, 
które  mogą  towarzyszyć  takim  procesom  z  użyciem  niekoniecznie  substancji 
niebezpiecznych.  
Analiza  poważnych  awarii  przemysłowych,  wykonana  na  zlecenie  Komisji  UE 
w ramach  działań  koordynowanych  przez  Biuro  zagrożeń  Poważnymi  Awariami 
(MAHB)  wykazała,  że  w  wielu  przypadkach  w  trakcie  ich  przebiegu  powstały 
niebezpieczne  substancje  chemiczne,  nie  występujące  w  normalnych  warunkach 
procesu  lub  magazynowania.  Szczególną  uwagę  zwrócono  na  zdarzenia  awaryjne, 
w których wystąpiły: 
– 

pożary,  

– 

reakcje niekontrolowane,  

– 

reakcje niepożądane,  

prowadzące  do  powstania  substancji  niebezpiecznych,  nie  występujących 
w normalnych  warunkach  danego  procesu.  Analiza  danych  wykazała,  że  spośród 
wymienionych  trzech  głównych  scenariuszy  awarii,  najbardziej  znaczącą  rolę 
odgrywają  pożary  i  stanowią  ok.  49%  wszystkich  przypadków,  następnie  reakcje 
niekontrolowane - ok. 32% i wreszcie reakcje niepożądane - ok. 19% (rys. 4.1). 

0

50

100

150

200

250

liczba awarii (sztuk)

reakcje niepożądane

reakcje niekontrolowane

pożary

 

Rys. 4.1. Scenariusze awarii prowadzące do powstania substancji niebezpiecznych 

[5] 

 

W  przypadku  reakcji  chemicznych  głównym  scenariuszem,  w  którym 

powstawały  substancje  niebezpieczne,  były  reakcje  niekontrolowane  (ok.  60% 
zdarzeń).  Z  kolei  reakcje  niepożądane  (nieplanowane)  były  najczęstszą  przyczyną 
powstawania  nowych  substancji  niebezpiecznych  przede  wszystkim  podczas 
operacji z cieczami  i ich transportu (ok. 38%) (rys. 4.2) 

 

8

 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
Rys. 4.2. Liczba awarii (%) podczas różnych operacji technologicznych w zależno-

ści od scenariuszy awarii [5] 

 
 

Na  podstawie  przeprowadzonych  analiz  sformułowane  zostały  następujące 

wnioski: 
  niekontrolowane  reakcje  chemiczne  wiążą  się  przede  wszystkim  z  reakcjami 

chemicznymi  oraz  destylacją.  Zachodzą  one  w  urządzeniach  reakcyjnych  i  są 
zazwyczaj wynikiem ogrzania się systemów chemicznych. Charakterystycznym 
zjawiskiem  jest  to,  że  zachodzą  one  najczęściej  w  trakcie  normalnych  operacji 
i procesów    w  reaktorach  o  działaniu  okresowym-  około  85%  takich 
przypadków 

  niepożądane  reakcje  są  związane  głównie  z  postępowaniem  z  substancjami 

ciekłymi i stałymi. Są one najczęściej powodowane przez błędy, które prowadzą 
do przypadkowego kontaktu niebezpiecznych substancji. 
 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

liczba awarii (%)

pożary

reakcje niekontrolowane

reakcje niepożądane

Reakcja chemiczna

  

Destylacja 

Transport/ operacje 
 z płynami 

Mieszanie 

Transport/operacje

 

z 

ciałami stałymi 

Magazynowanie 

Inne 

Nieznane 

 

9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

liczba awarii (sztuk)

konserwacja
operacje nietypowe
procesy okresowe w normalnych warunkach
procesy ciągłe w normalnych warunkach
uruchamianie, wyłączanie
nieznane

 

Rys. 4.3.  Liczba awarii w zależności od rodzaju operacji (awarie z udziałem 

procesów niekontrolowanych) [5] 

 

4.2.  PRZYKŁADY POWAŻNYCH AWARII CHEMICZNYCH  

W STAŁYCH OBIEKTACH PRZEMYSŁOWYCH 

 

– 

wybuch warnika w cukrowni „Głogów”, 1991 

2  listopada  1991r.  w  cukrowni  „Głogów”  warnik  o  pojemności  60t  i  ciężarze 
własnym  36t  został  wyrzucony  siłą  wybuchu  do  góry.  Przebił  dach  hali 
produkcyjnej i runął w odległości ok. 60m od posadowienia na podwórze cukrowni. 
Cukrzyca  wyrzucona  z  warnika  pod  dużym  ciśnieniem  spowodowała  śmierć 
7 pracowników, a 10 doznało  niebezpiecznych dla życia poparzeń i urazów. Straty 
ekonomiczne  oszacowano  na  ok.  7  mln  PLN.  Bezpośrednią  przyczyną  wybuchu 
było  zbyt  długie  przetrzymywanie  gorącej  cukrzycy  w  warniku,  spowodowane 
brakiem  opróżniania  mieszadeł  (błąd  w  technologii  organizacji).  Do  zaistnienia 
awarii  przyczyniły  się  wady  konstrukcyjne  i  wykonawcze  warnika,  powierzenie 
obsługi  pracownikom  bez  odpowiednich  kwalifikacji  oraz  błędy  organizacyjno-
decyzyjne.  
– 

awaryjne uwolnienie tetrachlorodwubenzo-p-dioksyny, Seveso, Włochy, 1976 

10  lipca  1976r.  otworzył  się  zawór  bezpieczeństwa  w  reaktorze  chemicznym 
w zakładach  ICMESA  w  Seveso,  w  wyniku  nie  kontrolowanego  rozwoju  reakcji 
egzotermicznej w trakcie wytwarzania trójchlorofenolu. Wyrzucone pary substancji 
rozprzestrzeniały  się  w  otoczeniu  zakładu.  Około  1500  ha  gęsto  zaludnionego 
obszaru  zostało  skażone.  Znacznie  ucierpiały  zwierzęta,  rośliny,  a  ludzie  byli 
narażeni na działanie toksycznej chmury. Skażenie gleby dioksyną było odczuwalne 
przez następne 10 lat. 
 

4.3.  OGRANICZANIE  ZAGROŻEŃ  POWAŻNYMI  AWARIAMI 

W PAŃSTWACH UNII EUROPEJSKIEJ 

 

Ograniczanie  zagrożeń  poważnymi  awariami  przemysłowymi,  związanymi 

z niebezpiecznymi  substancjami  chemicznymi  w  instalacjach  produkcyjnych  oraz 

 

10

obiektach  magazynowych,  ma  szczególne  znaczenie  w  państwach  europejskich. 
Wiąże  się  to  z  dużą  ilością  zakładów  użytkujących  lub  wytwarzających  takie 
substancje  oraz  z  dużą  gęstością  zaludnienia,  szczególnie  w  aglomeracjach 
i zespołach miejsko – przemysłowych.  
Do  najważniejszych  międzynarodowych  rozwiązań  z  tego  zakresu  należy 
Dyrektywa Unii Europejskiej z 1982 r., zwana Dyrektywą Seveso. 
Stosownie  do  wymagań  Dyrektywy  EWG  Komisja  opublikowała  raport 
zawierający  informacje  dotyczące  zarówno  wdrożenia  do  prawodawstwa  państw 
członkowskich  przepisów  Dyrektywy  Seveso  jak  i  jej  wykonywania  w  okresie 
1994-1996. Raport ten zawiera m. in. dane o poważnych awariach przemysłowych, 
jakie miały miejsce w państwach członkowskich UE. Dyrektywa Seveso II (weszła 
w  życie  3.02.1997),  wprowadziła  liczne  zmiany.  Obecnie  dyrektywa  ta  jest 
najbardziej  precyzyjnym  i  najbardziej  rygorystycznym  międzynarodowym 
dokumentem 

prawnym 

spośród 

wszystkich 

dotyczących 

przedmiotowej 

problematyki.  Jej  wymagania  są  bardziej  precyzyjne,  ostrzejsze,  nastąpiły  zmiany 
w sferze kryteriów kwalifikacyjnych. Między innymi obiektem niebezpiecznym wg 
Dyrektywy  Seveso  II  jest  instalacja  a nie-jak  w  przypadku  poprzedniej  –teren 
zakładu.  
 

Potencjał  zagrożeń  poważnymi  awariami  przemysłowymi,  mierzonymi 

liczbą  raportów  bezpieczeństwa  (tabela  1)    jest  w  państwach  UE,  szczególnie 
w tych  największych,  bardzo  duży.  Mimo  zastosowania  odpowiednich  zasad 
bezpieczeństwa  oraz  procedur,  liczba  poważnych  awarii,  które  zdarzyły  się 
w krajach członkowskich UE w latach 1994-1996, wynosiła 92. 
 
Tabela 1. Dane o wykonywaniu procedur Dyrektywy Seveso  oraz o wielkości 

zagrożeń poważnymi awariami w państwach UE [4] 

Lp.  Państwo 

członkowskie 

Liczba zakładów 

Raporty 
bezpieczeństwa 

Liczba poważnych 
awarii 

1  Austria 

140 

100 

0 

2  Belgia 

85 

162 

4 

3  Dania  

21 

41 

1 

4  Finlandia 

69 

74 

2 

5  Francja  

392 

720 

38 

6  Grecja  

52 

52 

0 

7  Hiszpania  

147 

150 

4 

8  Holandia  

124 

119 

4 

9  Irlandia  

20 

19 

0 

10  Luksemburg  

4 

4 

0 

11  Niemcy  

1828 

1909 

20 

12  Portugalia  

42 

42 

0 

13  Szwecja  

69 

69 

1 

14  Wielka Brytania 

308 

493 

13 

15  Włochy  

430 

430 

5 

Razem UE 

3731 

4384 

92 

 
 

 

11

4.4. STAN ZAGADNIENIA W POLSCE 

 

Z  porównania  oszacowanego  potencjału  zagrożeń  w  Polsce  z  wielkością 

zagrożeń  w  państwach  członkowskich  UE  wynika,  że  Polskę  należy  zaliczyć  do 
„czołówki”  państw  europejskich,  jeśli  chodzi  o  zagrożenia  poważnymi  awariami. 
Wprowadzenie  i  funkcjonowanie  w  Polsce  przepisów  dotyczących  systemu 
przeciwdziałania  poważnym  awariom  przemysłowym  i  wykonywania  zadań 
i procedur tego systemu przez zakłady stwarzające zagrożenia awariami oraz przez 
odpowiednie  władze  spełniające  funkcje  nadzoru  oraz  wykonujących  także  szereg 
innych  zadań  jest  kwestią  o  nader  ważnym  znaczeniu.  Wynika  to  z  potrzeb 
harmonizacji  polskich  przepisów  z  prawem  unijnym.  Przede  wszystkim  jednak 
potrzeba  wprowadzenia  w  Polsce  tych  przepisów  i  ich  wykonywania  wynika 
z wielkości  występujących  w  Polsce  zagrożeń  poważnymi  awariami.  Dokładne 
określenie  liczby  zakładów  oraz  instalacji  stwarzających  zagrożenie  wielkimi 
awariami 

chemicznymi 

(wybuchy, 

pożary, 

uwolnienia 

do 

otoczenia 

niebezpiecznych  substancji)  nie  było  dotychczas  możliwe.  W  Polsce  nie  było 
dotychczas  prawnie  usankcjonowanych  kryteriów  kwalifikacyjnych.  W  związku 
z tym  w  prowadzonych  od  kilku  lat  przez  Państwową  Inspekcję  Pracy  (PIP), 
Państwową  Straż  Pożarną  (PSP)  oraz  przez  Inspekcję  Ochrony  Środowiska  (IOŚ) 
rozpoznaniach  i  ocenach  mających  na  celu  zidentyfikowanie  obiektów 
stwarzających  zagrożenie  wielkimi  awariami,  instytucje  te  zastosowały  kryteria 
różniące  się  miedzy  sobą  i  różne  od  ustalonych  w  Dyrektywie  SevesoII.  Tym 
niemniej  na  podstawie  danych  PIP,  PSP  i  IOŚ  było  możliwym  dokonanie 
oszacowania liczby obiektów stwarzających wielkie zagrożenia w Polsce. 
W  Centralnym  Instytucie  Ochrony  Pracy  zostały  wykonane  analizy  danych  PIP, 
PSP oraz  IOŚ z uwzględnieniem  kryteriów  kwalifikacyjnych Dyrektywy  SevesoII. 
Na  tej  podstawie  oszacowano  liczbę  obiektów,  dla  których  niezbędne  jest 
opracowanie  raportów  o  bezpieczeństwie.  Może  ona  wynosić  w  Polsce  200–250 
(lub nawet więcej). Jest to poważny potencjał zagrożeń, który odniesiony do danych 
dotyczących  państw  członkowskich  UE,  sytuuje  Polskę  pod  względem  wielkości 
zagrożeń po Niemczech, Francji, Wielkiej Brytanii i Włoszech.  
Począwszy  od  1  października  2001  r.  całokształt  zagadnień  przeciwdziałania 
poważnym  awariom  przemysłowym  będą  regulować  w  Polsce  przepisy  ustawy 
Prawo  ochrony    środowiska,  przepisy  ustawy  o  wprowadzeniu  ustawy  Prawo 
ochrony  środowiska,  ustawy  o  odpadach  oraz  o  zmianie  niektórych  ustaw,  oraz 
rozporządzenia Ministra Gospodarki i Ministra Środowiska. 

 

 
 

LITERATURA 

1.  Szarawara J., Skrzypek J.: Podstawy inżynierii reaktorów chemicznych. Warszawa. 

WNT, 1980. 

2.  Szarawara J.: Termodynamika chemiczna stosowana. Warszawa. WNT, 1997. 
3.  Koradecka  D.:  Bezpieczeństwo  pracy  i  ergonomia,  tom  2.  Warszawa.  Centralny 

Instytut Ochrony Pracy, 1999. 

4.  Michalik  J.S.:  Wykonywanie  przepisów  Dyrektywy  Seveso  oraz  zagrożenia 

poważnymi awariami w państwach UE. Bezpieczeństwo pracy 10/2000. 

 

12

5.  Michalik J.S., Gajek A.: Substancje niebezpieczne powstające podczas poważnych 

awarii przemysłowych. Bezpieczeństwo pracy 10/2002. 

6.  Berezowski M.: Stabilność reaktora chemicznego z recyklem. Inżynieria chemiczna 

i procesowa 2/1993. 

7.  Michalik J.S.: Ograniczanie zagrożeń poważnymi awariami przemysłowymi. Nowe 

przepisy polskie, Łódź. Centralny Instytut Ochrony Pracy,2001. 

 
 
WYKAZ OZNACZEŃ 

 
 

A, B 

–stałe charakterystyczne dla danej reakcji  

r

r 

–szybkość reakcji, mol  (m

-3

, m

-2

, kg

-1

)  s

-1

 

r

A

 

–szybkość reakcji odniesiona do reagenta A, mol  m

-3

  s

-1

   

n

A

, n

i 

–liczba moli reagenta (składnika), mol 

t,  

–czas, s 

V

m

 

–objętość masy reagującej, m

3 

V

R

 

–objętość reaktora, m

3 

A

n

 

–strumień substancji A, mol  s

-1 

T 

–temperatura bezwzględna, K 

p, p

i 

–ciśnienie cząstkowe, Pa 

k

i 

–współczynnik zależny od temperatury 

n

i

 

–wykładnik liczbowy 

c

A

, c

i 

–stężenie molowe reagenta (składnika), mol  m

-3 

k

p 

–stała szybkości reakcji, s

-1 

R 

–stała gazowa, J  (mol  K)

-1 

E 

–energia aktywacji