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Organisationseinheit der BAM
Die Mikroverfahrenstechnik beschäftigt sich mit Apparaten, deren innere Abmessungen kleiner als ein Millimeter sind. Mikroreaktoren sind zurzeit Gegenstand intensiver Forschungsarbeit. Aus Sicht der chemischen Sicherheitstechnik besteht eines von mehreren Zielen bei der Entwicklung von Mikroreaktoren darin, schwer beherrschbare Reaktionen bei Reaktionsbedingungen zu realisieren, die in konventionellen Chemieanlagen wegen ihrer besonderen Gefährlichkeit nicht mehr beherrscht werden können. Der große spezifische Wärmeaustausch kann das thermische Durchgehen der Reaktion verhindern, die engen Abmessungen können die Ausbreitung von Explosionen unterdrücken. Bei mehrstufigen Synthesen kann die Lagerung giftiger oder zersetzungsfähiger Zwischenprodukte durch unverzügliche weitere Umsetzung in einem folgenden Reaktionsschritt vermieden werden. Der vorliegende Beitrag widmet sich sicherheitstechnischen Aspekten der Mikroverfahrenstechnik.
Bereits einfache Rohreinbauten wie 90°-Rohrbögen erhöhen den Turbulenzgrad einer Strömung signifikant. Bei Explosionsversuchen von Propan/Luft-Gemischen in einer DN150-Rohrleitung mit einem 90°-Rohrbogen wurden sowohl stark beschleunigte Deflagrationen als auch Detonationen mit maximalen Explosionsdrücken von über 65 bar (abs.) beobachtet.
In einem Vier-Liter-Autoklaven wurden erstmals Untersuchungen zu Deflagrationen von Azodicarbonamid durchgeführt. Aus den Arbeiten lässt sich folgern, dass der Vier-Liter-Autoklav zur Bestimmung und Beschreibung der Deflagrationsfähigkeit von Azodicarbonamid gut geeignet ist und im Vergleich zu Messungen inoffenen Prüfanordnungen eine Reihe von Vorteilen bietet.
Deflagrationsrohrsicherungen sind Sicherheitseinrichtungen, die den Durchfluss von brennbaren Gasen und Dämpfen brennbarer Flüssigkeiten ermöglichen, den Flammendurchschlag und weitere Explosionsausbreitung nach der Zündung von explosionsfähigen Gas-/Dampf-Luftgemischen jedoch verhindern sollen. Die Einbaubedingungen sind dabei von besonderer Bedeutung für die Wirksamkeit der Deflagrationsrohrsicherungen. Oft lassen sich aus betrieblichen bzw. verfahrenstechnischen Gründen entsprechende Einbaubedingungen nur schwer oder nicht realisieren. So können Rohrleitungsverzweigungen zusätzliche Turbulenzen induzieren und dadurch zu erhöhten Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten und Explosionsdrücken und damit zum Versagen der Deflagrationsrohrsicherung führen. Im vorliegenden Artikel werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen in einer geraden und verzweigten Rohrleitung mit einer Deflagrationsrohrsicherung diskutiert.
Im 2. Teil des Artikels zu den Untersuchungen zum Einfluss von Rohrleitungsverzweigungen auf die Wirksamkeit von Deflagrationsrohrsicherungen (s. a. [1]) werden die Ergebnisse der visuellen Beobachtungen des Reaktionsverlaufes sowie die Belastungen der Flammendurchschlagsicherung (s. Bild 1) bei unterschiedlichen Einbaubedingungen in den Vordergrund gestellt. Gegenübergestellt wird die Belastungssituation der Flammensperre in einer geraden und einer verzweigten Rohrleitung. Ausdrücklich wurden Einbaubedingungen gewählt, die nicht Normgerecht [2] sind. Verwendet wurde dafür eine speziell gefertigte Deflagrationsrohrsicherung, die eine Beobachtung des Reaktionsverlaufs im Bereich der spiralförmig gewickelten Metallbänder erlaubt. Zusätzlich wurde im geschützten Bereich in der Rohrleitung eine Kamera installiert, die die Belastungssituation bei den einzelnen Versuchen dokumentierte. Die Ergebnisse bestätigen sehr eindrucksvoll, dass die Belastungssituation der Deflagrationsrohrsicherung sich in Abhängigkeit von der Konfiguration der Rohrleitung entscheidend ändert.