Untersuchung von Deflagrationen selbstzersetzlicher Feststoffe und Entwicklung einer neuartigen Prüfmethode zur Beurteilung der Deflagrationsfähigkeit in geschlossenen Systemen

Das Deflagrationsverhalten selbstzersetzlicher fester Stoffe wurde bei unterschiedlichen Randbedingungen untersucht. Darüber hinaus wurde eine neue Prüfmethode entwickelt, mit welcher das Deflagrationsverhalten in geschlossenen Systemen beurteilt werden kann. Es wurden drei neue Messsysteme mit verschiedenen Volumina und Geometrien im Labormaßstab in Betrieb genommen. Die Verwendung der neuen Messsysteme erlaubt es, das Deflagrationsverhalten unter verschiedenen Randbedingungen, die bei Deflagrationen im großtechnischen Maßstab relevant sind, zu beurteilen. In Zuge der Entwicklung der neuen Messsysteme wurde die erforderliche Probenmenge für eine Deflagrationsprüfung um den Faktor 10 reduziert. Die Deflagrationsgeschwindigkeit hängt in erster Linie von der Temperatur, dem Druck und der Behältergeometrie bzw. -größe ab. Der Einfluss des Drucks lässt sich mit der Gleichung u = a · p^n + b beschreiben, wobei n in der Regel zwischen 0,5 und 1 liegt. Darüber hinaus beeinflussen die Anzündungsstelle und die Schüttdichte die Deflagrationsgeschwindigkeit. Da die maximale Reaktionstemperatur von der Kinetik des Wärmeübergangs im Zentrum der Reaktionsfront abhängt und diese positiv mit dem Druck korreliert, führen im Allgemeinen alle Faktoren, die eine Erhöhung des Drucks im Reaktionszentrum bewirken, zu einer Erhöhung der Deflagrationsgeschwindigkeit. Als Maß für die Deflagrationsgeschwindigkeit können die lineare Ausbreitungsrate und die Druckanstiegsrate herangezogen werden. Wenn die Ausbreitungsform bekannt ist, kann die eine Kenngröße aus der anderen berechnet werden. Durch eine Normierung der Druckanstiegsraten ist es möglich, die Werte, die in einem Behältertyp gemessen wurden, auf einen anderen Behältertyp umzurechnen. So kann prinzipiell das Deflagrationsverhalten bei beliebigen Füllgraden und Drücken vorhergesagt werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass das Risiko des Auftretens einer Deflagration erheblich reduziert werden kann, wenn deflagrationsfähige Substanzen bei reduziertem Druck gehandhabt werden. Die verzögerte Auslösung und Verlangsamung einer Deflagration bei reduziertem Druck ist auf die geringere effektive Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen. Entgegen der verbreiteten Auffassung, dass Deflagrationen nur bei Zersetzungsenergien von mehr als 500 J/g auftreten, wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass Deflagrationen bereits ab 220 J/g möglich sind, wenn die Anzündung von unten erfolgt. Die Verwendung der verschiedenen Messsysteme sollte sich an der jeweiligen Fragestellung orientieren. Eine Empfehlung ist, bei isobarer Fahrweise und einem Druck von 1 bar entweder die bisherigen Standardmethoden zu nutzen oder den 4-L-Druckbehälter offen zu betreiben. Bei quasi-isobarer Fahrweise und einem Anfangsdruck p_0 ungleich 1 bar sollte der 18-L-Druckbehälter oder eine andere Kombination aus 4-L-Druckbehälter und Ausgleichsbehälter genutzt werden. Bei isochorer Fahrweise sollte der 200-mL-Druckbehälter mit Anzündung von oben oder der 4-L-Druckbehälter genutzt werden.

Author dc:creator

• Salg, Steffen

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Language dc:language.iso

de

Identifier URI

http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8591

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/9538