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Messung und Simulation des Inertgaseinflusses auf Explosionsgrenzen bei erhöhten Anfangsdrücken
(2001)
Messung und Simulation des Inertgaseinflusses auf Explosionsgrenzen bei erhöhten Anfangsdrücken
(2001)
Für die sicherheitstechnische Beurteilung von Sterilisationsprozessen wurden die Explosionsgrenzen von Gasgemischen aus Ethylenoxid, Inertgas und Luft experimentell bestimmt. Die Messungen sind mit Stickstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bei 20 und 100 °C sowie bei 0,4 und 1,0 bar durchgeführt worden. Mit Hilfe der Daten wurde ein halbempirisches Modell entwickelt, mit dem die Explosionsfähigkeit von Prozessgasgemischen berechnet werden kann.
Explosionsgrenzen der Zerfallsreaktion von Gemischen aus Ethylenoxid, Propylenoxid und Stickstoff
(2007)
In technischen Ozonolyseanlagen kommen gasförmige Oxidationsmittel mit brennbaren Flüssigkeiten in Kontakt. Dies geschieht in der Regel bei tiefen Temperaturen, weit unterhalb des Flammpunktes. Trotzdem ist es in einer Anlage zu einer Explosion gekommen, deren Ursache möglicherweise eine Flammenausbreitung auf der Oberfläche des Lösungsmittels war. In Laborversuchen ist dieses Phänomen in Abhängigkeit von der Gasphasenzusammensetzung, vom Lösungsmittel, vom Druck und von der Temperatur untersucht worden.
Es wurde ein Verfahren zur Berechnung von Explosionsgrenzen ethylenoxidhaltiger Gasphasen in Sterilisatoren entwickelt. Mit Hilfe der Software GasEq® und des neu entwickelten Makros SterEx für MS-Excel® lassen sich die Explosionsgrenzen für Gemische aus Ethylenoxid, Luft und Inertgasen bei Temperaturen zwischen 20°C und 100°C sowie 0,4 bar und 1,0 bar berechnen. Somit ist es schnell möglich, sichere Betriebsbedingungen für Sterilisationsprozesse mit Ethylenoxid festzulegen. Das halbempirische Modell basiert auf der Annahme konstanter Flammentemperaturprofile an den Explosionsgrenzen in Abhängigkeit der EO-Konzentration für verschiedene Gemische. Durch systematische Zündversuche wurden Explosionsgrenzen für Gemische aus Ethylenoxid, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf und Luft zur Bestimmung von Modellparametern und zur Validierung des Verfahrens bestimmt. Um die Prozessbedingungen in Sterilisatoren möglichst genau zu simulieren, wurden die Versuche in einem geschlossenen Autoklav in Anlehnung an DIN EN 1839-B durchgeführt. Berechnungen der Explosionsgrenzen von Prozessgasgemischen mit SterEx ergeben eine gute Übereinstimmung mit experimentell ermittelten Werten.
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A calculation method for flammability limits of gas phases with ethylene oxide in sterilisers was developed. Using the Software GasEq® and the newly developed Makro SterEx for MS-Excel®, flammability limits of mixtures with ethylene oxide, air and inert gases at temperatures between 20°C and 100°C and pressures between 0.4 bar and 1.0 bar can be calculated. This method can be used to easily determine safe operating conditions. The used semi-empirical model is based upon the assumption of constant flame temperature profiles at the flammability limits subject to the EO-concentration for different mixtures. To collect model parameters and to validate the model, several experiments with mixtures of ethylene oxide, nitrogen, carbon dioxide, water vapour and air were carried out to determine flammability limits. To simulate the structural conditions of sterilisers, the experiments were conducted in accordance to DIN EN 1839-B in a closed autoclave with temperatures and pressures relevant for sterilisation processes. The calculation of flammability limits of process gas mixtures with SterEx provides good agreement with flammability limits that were determined in experiments.
In der Prozesstechnik kommt es immer wieder zu Zündungen durch Druckstöße mit Gasen. Bekannt ist dieses Phänomen vom Umgang mit Sauerstoff im Kontakt mit nicht geeigneten Materialien. Aber auch andere Gase, z. B. Acetylen, können durch schnelle Kompression gezündet werden. In der vorliegenden Arbeit werden, in Fortführung früherer Untersuchungen in Rohren, solche Zündvorgänge mit Hilfe von Zündtemperaturen abgeschätzt.
Die Kenntnisse der Einflüsse von Druck, Temperatur und Oxidationsmittel auf sicherheitstechnische Kenngrößen wie Explosionsgrenzen sind eine notwendige Voraussetzung, um zu entscheiden, ob mit den bei atmosphärischen Bedingungen geltenden Kenngrößen eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten ist. Dies wird anhand von Beispielen erklärt und die Konsequenzen für die praktische Anwendung in der Industrie diskutiert.
In Gasphasen aus Ethylenoxid (EO) und Propylenoxid (PO), die bei technischen Alkoxylierungsreaktionen vorkommen, können auch ohne den Zutritt von Luft Zerfallsreaktionen stattfinden, die explosionsartig mit einer vielfachen Temperatur- und Drucksteigerung verlaufen. Zur Abschätzung der Auswirkungen solcher Explosionen wurden die Explosionsdrücke und die zeitlichen Druckanstiege von reinem EO und EO/PO-Gemischen bei Temperaturen von 100°C bis 200°C und Drücken von 1 - 10 bar in einem 3-dm³-Behälter und punktuell in einem 100-dm³-Behälter experimentell bestimmt.