Thermische Sicherheit

Kalorimetrie

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Adiabatische Kalorimetrie

Bei der adiabatischen Kalorimetrie, wird der Wärmeaustausch der zu untersuchenden Probe mit der Umgebung soweit als möglich reduziert, entweder durch Verwendung von Isolationsgefässen (passiv) und/oder durch Nachregelung (aktiv) der Instrumenten-Temperatur, so dass kein Temperaturgradient zwischen Probe und Umgebung und damit kein Wärmefluss entsteht.

Aus der adiabatischen Kalorimetrie können folgende Grössen abgeleitet werden:

  • Adiabatischer Temperaturanstieg
  • Reaktionswärme
  • Aktivierungsenergie (Kinetik)
  • Time to Maximum Rate (TMR)

Die adiabatische Kalorimetrie stellt eine besondere Herausforderung dar. Die folgenden Punkte sind wichtig für einen erfolgreichen Einsatz der adiabatischen Kalorimetrie:

1) Kleiner PHI-Faktor: Ideal sollte 100% der Reaktionswärme dazu dienen die Probetemperatur zu verändern: Durch die Wärmekapazität des Probenbehälters kann dies verfälscht werden. Der PHI-Faktor ist das Verhältnis zwischen der gesamten Wärmekapazität des adiabatisch aufgeheizten Systems und der Wärmekapazität der untersuchten Probe. Ein kleiner PHI-Faktor (d.h. ca. 1) wird dann erreicht, wenn die Wärmekapazität des Probegefässes viel kleiner ist als die Wärmekapazität der untersuchten Probe. Dies bedingt einerseits eine grosse Probenmenge und andererseits eine leichte und trotzdem druckbeständige Konstruktion des Gefässes.

2) Hervorragender Null-Abgleich: Da in adiabaten Versuchen die Temperatur des Instrumentes der Temperatur der Probe exakt nachgeführt werden muss, kann eine ungenauer Nullabgleich zu wesentlichen Fehlsignalen führen. So kann ein fehlerhafter Nullabgleich eine Erwärmung der Probe vortäuschen und so zum kontinuierlichen Nachheizen des Instrumentes führen, womit eine nicht vorhandene Exothermie vorgetäuscht wird. Umgekehrt kann ein mangelnder Abgleich Wärmeverluste vortäuschen, was zur künstlicher Verlangsamung der Reaktion führt.

3) Druckfestigkeit: Da bei der adiabatischen Kalorimetrie eine Reaktion bis zum vollständigen Durchgehen verfolgt wird, kann es dabei zu sehr hohen Drucken kommen. Probengefässe müssen entweder diesen Drucken widerstehen (was in Anbetracht von Punkt 1 schwierig ist) oder es muss eine Druckkompensation von aussen erfolgen, die hohe Anforderungen an das Druckregelsystem stellt.


TÜV SÜD Schweiz Process Safety bietet eine breite Palette von adiabatischen Prüfungen an:

  • Im Dewar oder im Drahtkorb mit Nachführung der Ofentemperatur
  • Im Hochdruckautoklaven mit Nachführung der Ofentemperatur
  • Im Accelerating Rate Calorimeter (ARC)
  • Im Vent Size Package (VSP2 hergestellt von Fauske & Associates)

Warum adiabatische Kalorimetrie?

Nur in der adiabatischen Kalorimetrie kann eine Reaktion direkt unter sog. Runaway-Bedingungen untersucht werden, wobei dies nur dann stimmt, wenn die oben erwähnten Punkte richtig berücksichtigt wurden.

Typische Einsatzgebiete sind:

  • Beurteilung der mit durchgehenden Reaktionen verbundenen Risiken
  • Bestätigung von Ergebnissen aus anderen Methoden insbesondere Temperatur- und Druckverlauf (TMRad)
  • Auslegung von Schutzsystemen wie z.B. Druckentlastung, Notverdünnung etc
  • Visualisierung von möglichen Pannenszenarien


Quantitative Bestimmung thermischer Daten mittels Reaktionskalorimetrie

 

Anwendung

Mittels Reaktionskalorimetrie lassen sich die Reaktionsleistung einerseits, die Menge der zu jedem Zeitpunkt akkumulierten Wärme andererseits quantitativ bestimmen. Diese Daten sind für die Auslegung der Kühlkapazität und der Massnahmen im Pannenfall wichtig.

Ihr Nutzen

Sie erhalten für Ihre Reaktion eine Beurteilung, die aus einer Hand die reaktionstechnische Auslegung und die Massnahmenplanung umfassen kann. Jahrzehntelange Industrieerfahrung bürgt für praxisnahe Massnahmen.

Unsere Leistungen

  • Untersuchung von Reaktionen im Reaktionskalorimeter RC1e (250 ml bis 2 l), im Temperaturbereich von -20 °C bis 200 °C, unter Rückfluss und unter Druck bis 60 bar
  • Quantitative Bestimmung von Reaktionsleistung, thermischer Akkumulation und der Wärmekapazitäten 
  • Untersuchung von Proben mittels Mikrokalorimetrie

 

Reaktionskalorimeter CPA 202

Sie haben nur wenig Ausgangsmaterial möchten aber trotzdem die thermodynamischen Daten Ihrer chemischen Reaktion wissen?

Wir haben genau die passende Lösung. Im Januar 2006, haben wir das Reaktionskalorimeter CPA202 der Firma ChemiSens in Betrieb genommen. Dank seines kleinen Volumens ist es jetzt möglich die Reaktionsenergie sowie die Wärmeleistung (u.a.) mit nur 40 mL Reaktionsmasse zu bestimmen.

Dieser Reaktor ist vielseitig einsetzbar, Reaktionen zwischen -30°C und 200°C und bis 20 bar können in diesem durchgeführt werden.

Wir stehen selbstverständlich zu Verfügung um Ihre Fragen zu beantworten oder um Ihnen eine Offerte zu erstellen.


Quantitative Bestimmung von Wärmestaurisiken

 

Anwendung

Reaktive Stoffe, die unter ungenügenden Wärmeabfuhr-Bedingungen gelagert werden, können sich selbst erwärmen. Dies kann bis zur Selbstentzündung mit nachfolgendem Brand führen. Ein bekanntes Beispiel für eine solche Selbstentzündung ist der Heustockbrand. 

Ihr Nutzen

Sicherheitstechnisch optimiertes Lagern und Transportieren reaktiver Materialien mit optimaler Wahl der Gebinde.

Unsere Leistungen

  • Quantitative Bestimmung der Wärmeproduktion als Funktion der Temperatur im Bereich von 30 °C bis 300 °C und von 0,01 W/kg bis 500 W/kg.
  • Schätzung und Messung der Wärmeabfuhr-Kapazitäten von Gebinden in Funktion ihrer Grösse, Geometrie und Isolation.
  • Erstellung von Wärmebilanzen und Beratung bezüglich der Wahl von Gebindegrösse und Gebindeart sowie von sicheren Lager- bzw. Transporttemperaturen.


 

Quantitatives Screening von Reaktionsmischungen auf thermische Risiken (Mikrokalorimetrie)

 

Anwendung

Im Verlauf einer chemischen Reaktion fallen verschiedene Mischungen von Edukten und Produkten an, die weiterverarbeitet oder zwischengelagert werden müssen. Wenn das thermische Risiko der entsprechenden Zersetzungen quantitativ bekannt ist, kann der Herstellungsprozess entsprechend sicher ausgelegt werden.

Ihr Nutzen

Sie erhalten für Ihre Reaktion eine Beurteilung, die aus einer Hand die reaktionstechnische Auslegung und die Massnahmenplanung umfassen kann. Jahrzehntelange Industrieerfahrung bürgt für praxisnahe Massnahmen.

Unsere Leistungen

  • Quantitatives Screening von Reaktionsmischungen anhand der Dynamischen Differenzkalorimetrie in vergoldeten Hochdrucktiegeln. Das Sicherheitsinstitut bietet diese Hochdrucktiegel zum Verkauf an. Die Probe wird mit einem festen Temperaturprogramm aufgeheizt. Die verschiedenen thermischen Prozesse werden durch den Temperaturbereich ihres Auftretens und durch die gemessene Wärmeentwicklung charakterisiert.
  • Bestimmung von Mischungswärmen im Setaram C 80 Mikrokalorimeter mit Mischzelle.
  • Bestimmung des Druckaufbaus von Reaktionen oder Zersetzungen mittels Setaram C 80 Mikrokalorimeter mit Druckzelle.

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