Wärmeexplosion

Theorie der Wärmeexplosion

Die Theorie der Wärmeexplosion beschreibt mit mathematisch, physikalischen Methoden den makroskopischen Ablauf einer chemischen Reaktion. Diese Vorgehensweise wird unter dem Begriff chemische Makrokinetik zusammengefasst. Die theoretischen Grundlagen setzen sich aus den bekannten Theorien der Wärme- und Stoffübertragung nach Fourier und Fick sowie Modellen der Reaktionskinetik zusammen. Die Wärmeexplosion bildet die Grundlage für Verbrennung, Deflagration und Detonation.

Die Wärmeexplosion beschäftigt sich auch mit der Auswertung von Experimenten. Das führt zur Bestimmung von kinetischen Parametern und Stoffwerten nach Arrhenius, van’t Hoff und anderen. Mit der sicheren Ermittlung dieser Kennwerte werden Aussagen über das thermische und chemische Verhalten eines Stoffes getroffen.

Die stationäre Theorie hat zum Gegenstand, eine kritische Umgebungs- (Zünd-, Lager-) temperatur zu bestimmen. Diese wird auch als Selbstentzündungstemperatur bezeichnet. Die kritische Zündtemperatur hängt von der Kinetik, der Temperaturleitfähigkeit des Stoffes und der Geometrie ab. Die kritische Zündtemperatur ist volumenabhängig.

Die instationäre Theorie geht davon aus, daß die kritische Zündtemperatur überschritten ist. Das führt zum Durchgehen der chemischen Reaktion. Jetzt wird der Verbrauch berücksichtigt.  Die instationäre Theorie beinhaltet den gekoppelten Temperatur-Stoffaustausch. Vom Beginn der Reaktion an bis zum Durchgehen vergeht eine gewisse Zeit, die Induktionszeit, deren Dauer durch eine transiente Berechnung bestimmt wird. Die Induktionszeit setzt sich aus der Löschzeit und der Zündzeit zusammen. Es existiert eine kritische Löschzeit innerhalb derer das Durchgehen der Reaktion verhindert werden kann. Die Löschzeit ist eine Grenze für die Transport- und Lagerzeit.

Die instationäre Theorie der Wärmeexplosion ist für die Zersetzung eines Stoffes von Bedeutung. Hier wird die Frage beantwortet, wie die Konzentration eines Stoffes mit der Zeit und der Temperatur abnimmt. Zersetzung und chemische Stabilität lassen sich zuverlässig nur mit den gekoppelten Theorien nach Fourier und Fick lösen.

Schließlich werden mit der Theorie der Wärmeexplosion wichtige Probleme der chemischen Sicherheitstechnik erfasst. Prozessführung, Gefahrenguttransporte, Lagerbedingungen, Brand- und Explosionsschutz können besser beurteilt und beherrscht werden.

Das vorliegende Werk stellt eine Weiterführung und Aktualisierung des Werkes von Frank-Kamenetzkii dar.

  • Copyright by Dr. Krause GmbH
  • Printed in Germany
  • 7. Auflage 2016
  • ISBN 3-9809903-1-1

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