Sauerstoffgrenzkonzentration (limiting oxygen concentration) und Explosionsbereiche von ausgewählten Gasen und Dämpfen

 

Abb. 25.1. Abschätzung der Sauerstoffgrenzkonzentration SGK bei Inertisierung mit Stickstoff als Funktion der oberen Explosionsgrenze OEG, der Molmasse M und der stöchiometrischen Sauerstoffmenge Omin = c+h/4-o/2 für ausgewählte Brenngase. Die Messdaten stammen von E. Brandes und W. Möller in "Safety Characteristic Data", Vol. 1, Wirtschaftsverlag NW, Bremerhaven 2008.

Abb. 25.2. Explosionsbereiche von Alkanen bei p = 1,013 bar und t = 20°C. Bei Flüssigkeiten (ab n-Pentan) wurde die obere Grenzkonzentration OEG von 100°C in 20°C (fiktiver Zustand) umgerechnet. Für den Punkt der Sauerstoffgrenz-konzentration SGK wurde ein Luftverhältnis λ = -0,1253 ln(M/g/mol) + 1,2353 gewählt. Die Messdaten stammen von E. Brandes und W. Möller in "Safety Characteristic Data", Vol. 1, Wirtschaftsverlag NW, Bremerhaven 2008.

Abb. 25.3. Explosionsbereiche von Alkoholen bei p = 1,013 bar und t = 20°C. Alle Werte der oberen Grenzkonzentration OEG wurden von 100°C in 20°C (fiktiver Zustand) umgerechnet. Berechnete Werte der Sauerstoffgrenz-konzentration SGK gelten nach Abb. 25.1. Weitere Angaben siehe Abb. 25.2.

Maximaler Explosionsdruck im Unterdruckbereich von Methanol, Ethanol, Isopropanol, Aceton, Butanon und Cyclohexan

Abb. 22.1. Maximaler Explosionsdruck p_max von Methanol in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p. Messdaten nach D. Pawel und E. Brandes in "Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes", Sept. 1998, PTB Braunschweig und Berlin. Berechnung bei isochorer und adiabater Prozessführung (U, V = const.) nach David G. Goodwin mit dem Programm Cantera gemäß den thermodynamischen Eingangsgrößen von A. Burcat und E. Goos, Technikon (Haifa). Alle rechnerischen Drücke sind mit dem Faktor 0,96 angepasst. Der maximale Explosionsdruck liegt bei allen Lösungsmitteln (siehe auch unten) unterhalb des stöchiometrischen Mischungsverhältnisses (λ = 0,71 ... 0,87).

Abb. 22.2. Explosionsdruck p_ex von Methanol in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p und des Stoffmengenanteils x_CH3OH. Die Anfangstemperatur ist 50 °C. Der rechnerische Anpassungsfaktor beträgt 0,95.

Abb. 22.3. Explosionsdruck p_ex von Methanol in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p und des Stoffmengenanteils x_CH3OH. Die Anfangstemperatur ist 100 °C. Der rechnerische Anpassungsfaktor beträgt 0,98.

Abb. 22.4. Gekühlter isochorer Prozessverlauf für Druck p und Temperatur T während der Zündung von einem Methanol/Luft-Gemisch mit atomaren Wasserstoff H des Stoffmengenanteils x_H = 3 %. Die Anfangswerte sind das Luftverhältnis λ = 1,0, der Druck p₀ = 1,013 bar und die Temperatur T₀ = 323,15 K. Berechnung nach David G. Goodwin mit dem Programm Cantera gemäß dem Kinetik-Modell von M. Mehl, H. J. Curran, W. J. Pitz and C. K. Westbrook, "Chemical kinetic modeling of component mixtures relevant to gasoline," European Combustion Meeting, Vienna, Austria, 2009.

Abb. 22.5. Gekühlter isochorer Prozessverlauf für die Stoffmengenanteile x_i der Prozesskomponenten während der Zündung von einem Methanol/Luft-Gemisch mit atomaren Wasserstoff H des Stoffmengenanteils x_H = 3 %. Weitere Angaben siehe Abb. 22.4. 

Abb. 22.6. Maximaler Explosionsdruck p_max von Ethanol und Aceton in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p. Die rechnerischen Drücke von Aceton sind mit dem Faktor 0,934 angepasst, die von Ethanol mit dem Faktor 0,95. Weitere Angaben siehe Abb. 22.1.

Abb. 22.7. Explosionsdruck p_ex von Ethanol in Luft als Funktion des Anfangs-druckes p und des Stoffmengenanteils x_C2H5OH. Die Anfangstemperatur ist 50 °C. Der rechnerische Anpassungsfaktor beträgt 0,96.

Abb. 22.8. Gekühlter isochorer Prozessverlauf für Druck p und Temperatur T während der Zündung von einem Ethanol/Luft-Gemisch mit atomaren Wasserstoff H des Stoffmengenanteils x_H = 1,75 %. Die Anfangswerte sind das Luftverhältnis λ = 1,0, der Druck p₀ = 1,013 bar und die Temperatur T₀ = 323,15 K. Berechnung nach David G. Goodwin mit dem Programm Cantera gemäß dem Kinetik-Modell Kinetik-Modell von M. Mehl, H. J. Curran, W. J. Pitz and C. K. Westbrook, "Chemical kinetic modeling of component mixtures relevant to gasoline," European Combustion Meeting, Vienna, Austria, 2009.

Abb. 22.9. Gekühlter isochorer Prozessverlauf für die Stoffmengenanteile x_i während der Zündung von einem Ethanol/Luft-Gemisch mit atomaren Wasserstoff H des Stoffmengenanteils x_H = 1,75 %. Die Anfangswerte sind das Luftverhältnis λ = 1,0, der Druck p₀ = 1,013 bar und die Temperatur T₀ = 323,15 K. Weitere Angaben siehe Abb. 22.8.

Abb. 22.10. Gekühlter isochorer Prozessverlauf für die Stoffmengenanteile xi während der Zündung von einem Ethanol/Luft-Gemisch mit atomaren Wasserstoff H des Stoffmengenanteils x_H = 1,75 %. Die Anfangswerte sind das Luftverhältnis λ = 1,0, der Druck p₀ = 1,013 bar und die Temperatur T₀ = 323,15 K. Weitere Angaben siehe Abb. 22.8.

Abb. 22.11. Maximaler Explosionsdruck p_max von Isopropanol in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p. Alle rechnerischen Drücke sind mit dem Faktor 0,95 angepasst. Weitere Angaben siehe Abb. 22.1.

Abb. 22.12. Explosionsdruck p_ex von Isopropanol in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p und des Stoffmengenanteils x_C3H8O. Die Anfangstemperatur ist 100 °C. Der rechnerische Anpassungsfaktor beträgt 0,95.

Abb. 22.13. Maximaler Explosionsdruck p_max von Butanon in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p. Alle rechnerischen Drücke sind mit dem Faktor 0,95 angepasst. Weitere Angaben siehe Abb. 22.1.

Abb. 22.14. Explosionsdruck p_ex von Butanon in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p und des Stoffmengenanteils x_C4H8O. Die Anfangstemperatur ist 100 °C. Der rechnerische Anpassungsfaktor beträgt 0,95.

Abb. 22.15. Maximaler Explosionsdruck p_max von Cyclohexan in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p. Alle rechnerischen Drücke sind mit dem Faktor 0,95 angepasst. Weitere Angaben siehe Abb. 22.1.

Abb. 22.16. Explosionsdruck p_ex von Aceton in Luft als Funktion des Anfangsdruckes p und des Stoffmengenanteils x_C3H6O. Die Anfangstemperatur ist 20 °C. Der rechnerische Anpassungsfaktor beträgt 0,95.