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Zündtemperaturen in großen Volumina

01.12.2017

Zur Einschätzung der Explosionsgefahr beim Erhitzen von brennbaren Dampf/Luft-Gemischen wird gewöhnlich die nach Norm ermittelte. Zündtemperatur herangezogen. Sowohl theoretische Überlegungen als auch experimentelle Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Zündtemperatur in etwa mit dem Logarithmus des Gefäßvolumens abnimmt. In der Literatur wird dazu folgende empirische Gleichung angegeben (Beerbower):

 

die die Berechnung der Zündtemperatur beim Volumen V2 (in l) aus der Zünd­temperatur beim entsprechenden Volumen V1 ermöglicht. Diese Gleichung ist jedoch nur durch relativ wenige Messungen bei Volumen bis zu 20 l abgesichert. Daher wurden die Zündtemperaturen zahlreicher Stoffe in Gefäßen von bis zu 500 l Rauminhalt ermittelt.

 Die Gültigkeit von Gl. 1 konnte für die Mehrzahl der untersuchten Stoffe über den gesamten untersuchten Bereich bestätigt werden. Als Beispiel ist in Abb. 1a die Volumenabhängigkeit der Zündtemperaturen von Kohlenwasserstoffen dargestellt.

Bei Estern und Ketonen mit Normzündtemperaturen von über 300°C weichen die mit Gl. 1 abgeschätzten Werte deutlich zur unsicheren Seite ab. (Abb. 1b).

 Es konnte gezeigt werden, dass Abweichungen von Gl. 1 immer dann zu erwarten sind, wenn die Kaltflammentemperatur (bestimmt in der Normapparatur) deutlich unter der Normzündtemperatur liegt. Die Zündtemperaturen in großen Volumina ist dann mit der Kaltflammentemperatur korreliert (Abb. 2).

 Aus den erhaltenen experimentellen Ergebnissen lässt sich folgendes ableiten:

 1. Die Anwendbarkeit von Gl. 1 zur Abschätzung der Zündtemperatur in Gefäßen größer als das Normzündgefäß wurde für Volumina bis 0,5 m³ prinzipiell bestätigt für Stoffe, die keine oder nur eine geringe Differenz zwischen der Normzündtemperatur und der Kaltflammentemperatur (bestimmt nach Norm) aufweisen.
2. Ausnahmen bilden alle Stoffe, die unter Normbedingungen kalte Flammen deutlich unterhalb der Normzündtemperatur ausbilden können. Gl. 1 kann hier nur angewendet werden, wenn anstelle der Normzündtemperatur die Kaltflammentemperatur nach Norm eingesetzt wird.



Abb. 1: Volumenabhängigkeit der Zündtemperatur a) von Kohlenwasserstoffen und b) von Estern

Abb. 2: Beziehung zwischen Kaltflammentemperatur nach Norm und den Zündtemperaturen in großen Volumina am Beispiel des Ethylhexanoats

 

 

 

Literatur

A. Beerbower: private communication, zitiert n.: R.D. Coffee: Cool Flames and Autoignitions: Two Oxidation Processes; 13th Loss.Prev.Symp.AIChE (1979), 74

E. Brandes, W. Hirsch, Th. Stolz: Zündtemperaturen in großen Volumina; Technische Sicherheit: (2017), 9, 24 - 29