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Many self-accelerating decomposition temperatures (SADTs) of solid organic peroxides and self-reactive substances have been determined with the UN test method H.4, which is a scaled down test in a small Dewar vessel. For solid organic peroxides and solid self-reactive substances Fierz has questioned this procedure in a recent paper. Fierz concluded that the Dewar test results should not be extrapolated to beyond 8 l packages, owing to the thermal insulation value of solids. On the other hand, long term experience with the test, with a great variety of solid organic peroxides and self-reactive substances show about equal critical temperatures in the small Dewar vessel and on 50 kg scale. In the present work, we first checked, by numerical simulations, the Dewar scale versus the larger scale, in a way comparable with Fierz method: both scales are simulated by spheres, consisting of a number of annular layers, for the large scale the usual external heat loss term is used but for the small scale the outside heat transfer is strongly limited. The outcome of these simulations, covering a variety of physical parameters, supports the concerns expressed by Fierz. After this, we performed accurate cooling and heating experiments with solid organic peroxide in the usual Dewar vessel, provided with a large set of thermocouples. The results of these experiments showed that the simulation model for the Dewar vessel has to be changed from a spherical analogue to a short cylinder of solid material with heat exchange mainly via its top (Utop 3.5 W/(m2 K), overall heat transfer coefficient) and some heat exchange (Uside 0.29 W/(m2 K)) through its cylindrical and bottom part. With this modified cylinder model (being neither an infinitely long cylinder nor a slab) of the Dewar vessel, we found that the UN method H.4 enables an accurate prediction of the SADT, with small deviations of 0 ± 2.5 °C. Further, by performing a truly three-dimensional (3D) finite element calculation in FEMLAB, the new heat characteristics of the Dewar vessel as well as a 50 kg package of dilauroyl peroxide, a solid organic peroxide, were checked. The outcome was compared with the critical ambient temperatures known for various package sizes, which agreed well.
Data and prediction for the mass burning rate of a tert-butyl-peroxy-benzoat (TBPB) pool fire (pool diameter = 3 m) is presented. The mass burning rates of TBPB fires are up to six times higher and less dependent on pool diameter compared to hydrocarbon pool fires caused by an additional heat release rate due to exothermic decomposition reaction in the liquid phase. This heat release rate is calculated using a 1st order reaction kinetic obtained from micro calorimetric measurements. A new model is derived considering the heat release rate due to the decomposition reaction which is shown to be 100 % of the heat release rate radiated to the pool surface. With the presented model, including also physical quantities, especially the limiting fuel concentration for upward flame propagation, it is possible to predict the mass burning rates of large TBPB pool fires. The predicted values are in very good agreement with the experiments.
Im Ergebnis des Vorhabens steht für die praktische Anwendung eine wissenschaftlich fundierte Methode der Gefahrenbewertung für Selbstentzündungsvorgänge bei der Lagerung von Massenschüttgütern, Deponiestoffen und Recyclingmaterialien zur Verfügung. Diese Methode besteht aus drei Bestandteilen:
- Experimentelle Bestimmung der relevanten physiko-chemischen Eigenschaften des Materials,
- Experimentelle Bestimmung des Reaktionsverhalten mittels thermischer Analyseverfahren,
- Vorhersage der Selbstentzündung und des Brandverlaufes durch numerische Simulation anhand der realen Geometrie der Lageranordnung.
Eine solche Methode wurde bisher nicht systematisch angewendet, weshalb sowohl bei der Erstellung von Brandschutzkonzepten durch die Betreiber von Deponien oder Recyclinglagern als auch bei der Genehmigung solcher Anlagen durch die Behörden große Unsicherheit bezüglich des vorbeugenden Brandschutzes bestehen. Diese Unsicherheiten können mit den Ergebnissen des Vorhabens ausgeräumt werden. Den Nutzen hieraus ziehen vor allem KMU, die den Hauptteil der Betreiberfirmen von Deponien und Recyclinglagern stellen. Darüber hinaus erwuchsen aus dem Vorhaben auch grundlegende Erkenntnisse zum thermischen und Reaktionsverhalten solcher Lager:
- Gemische von Kunststoffen mit zellulosehaltigen oder faserartigen Stoffen sowie Gemische von Kunststoffen mit inerten Stoffen zeigen eine stärkere Selbstentzündungsgefahr als reine Kunststoffe.
- Auch bei sehr geringen Anteilen brennbarer Stoffe kommt es noch zu gefährlicher Wärmefreisetzung.
- Bei heterogener Verteilung der brennbaren Komponente (brennbare Einschlüsse in nicht-brennbarem Material) kann eine „Übertragung“ der Zündung zwischen brennbaren Einschlüssen erfolgen.
Dies spiegelt z.B. die Situation in Lagern für Baumischabfälle wieder. Mit dem im Vorhaben entwickelten mathematischen Modell können Selbstentzündungsprozesse in beliebigen Lageranordnungen vorhergesagt werden. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht. Weiterer Forschungsbedarf wurde zu folgenden Teilaspekten erkannt:
- Selbstentzündungsverhalten von Abfällen, die als sogenannte Ersatzbrennstoffe aufbereitet werden (Pressballen mit und ohne Folieumwicklung),
- tiefer gehende Klärung der Reaktionsmechanismen beim Abbrand von Abfallgemischen.
Die Kenntnis des Brenn- und Explosionsverhaltens von Stäuben ermöglicht die Festlegung geeig-neter Explosionsschutzmaßnahmen. Am Beispiel von Steinkohle- Mahlanlagen werden Untersu-chungen zur Bestimmung sicherheitstechnischer Kenngrößen (STK) von Stäuben vorgestellt. Hier-bei erfolgt zunächst die auf den Anwendungsfall abgestimmte Auswahl geeigneter Untersuchungs-verfahren und deren Anpassung an vorliegende Randbedingungen. Aufbauend auf die gewonnenen Erkenntnisse werden Schlussfolgerungen für den sicheren Betrieb von Steinkohle- Mahlanlagen getroffen.
Azodicarbonamid (ADCA) ist ein bekanntermaßen deflagrationsfähiger Stoff, der in der Kunststoffindustrie als Treib- und Blähmittel eingesetzt wird. In diesem Beitrag wird die Deflagration von ADCA unter verschiedenen Bedingungen betrachtet. Es werden Ergebnisse von Experimenten in offenen und geschlossenen Systemen präsentiert. In geschlossenen Systemen wurde die Zusammensetzung der umgebenden Atmosphäre von Luft mit Umgebungsdruck über Luft mit Unter- und Überdruck hin zu Stickstoff mit Umgebungsdruck variiert. Um das Deflagrationsrisiko zu reduzieren wird eine Verarbeitung von ADCA im Vakuum vorgeschlagen.
For the determination of deflagration capability of energetic substances, the test methods
according to VDI 2263-1, part 1.6 and UN-Manual, C.1- und C.2-test are used. These
methods are suited to evaluate the intrinsic material property deflagration. For
evaluation of deflagration behavior in closed systems, for example in production sites, an
appropriate test apparatus is missing. Because of this, the BAM Federal Institute for
Materials Research and Testing developed a four-liter-autoclave for conducting the
deflagration test under isochoric conditions. Deflagration behavior was evaluated under
different parameters e. g. pressure and temperature. On the basis of results it can be
seen, that the four-liter-autoclave is suited for the determination of deflagration behavior.
On the one hand, the same characteristics as in the standard test methods are obtained.
On the other hand, there are additional characteristics, like pressure rise and
decomposition velocity. On the basis of pressure measurement, the emerging gas volume
and the rate of gas evolution, that are used to design protection measures, can be
estimated. The measurements are conducted with the deflagrating substance
Azodicarboxamide (ADCA). It is concluded that the four-liter-autoclave is a good
alternative for conducting deflagration tests.
A four-litre-autoclave was used to perform deflagration tests in a closed vessel. The aim was to investigate the suitability of this autoclave and to evaluate different parameters influencing the deflagration.
The validation of test results showed that the autoclave is suited for the performance of deflagration tests. In comparison to tests performed in an open system according to VDI 2263-1 the results are in good agreement. In the closed vessel same characteristics as in the open test were determined. In addition, pressure rise and rate of pressure rise have been determined and used to characterise deflagrations.
The influence of sample weight, tube diameter, bulk density, initial pressure and temperature was investigated. Furthermore, the emerging gas amount and the rate of gas evolution were determined and compared with pressure curves. The use of a four-litre-autoclave for performing deflagration tests offers several advantages in comparison to an open test.
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.
Deflagration tests were conducted with two kinds of autoclaves. Parameter studies were carried out concerning the gas atmosphere and substances used. Deflagration tests were performed in different pressure regions. Furthermore, deflagration test results of different substances were compared to the corresponding DSC results. Previous findings concerning vacuum conditions could be approved for a greater range of substances. In addition, investigations in nitrogen atmosphere were performed in order to investigate the deflagration behaviour. Experiments up to 161 bar could be utilized. An acceleration of deflagration velocity with increasing pressure was observed in a large pressure interval.
Dieser Beitrag beschreibt Untersuchungen zu Deflagrationen von Azodicarbonamid, welche erstmals in einem Vier-Liter-Autoklaven durchgeführt wurden. Zunächst wird die Reproduzierbarkeit der Messungen mit der neuen Apparatur überprüft. Anschließend wird ein Vergleich mit Messungen in einer offenen Apparatur hergestellt, welche zur Prüfung der Deflagrationsfähigkeit in VDI 2263-1 erläutert ist.
Zur Beschreibung der deflagrativen Zersetzungen werden die Kenngrößen Induktionszeit, Deflagrationsgeschwindigkeit, maximaler Druck, maximale und mittlere Druck- und Tempe-raturanstiegsrate herangezogen. Zusätzlich werden in weiteren Versuchen die während einer Deflagration entstehende Gasmenge und die Gasentwicklungsrate bestimmt. Abschließend werden die Druck- und Gasentwicklungsraten miteinander verglichen.
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 in offenen Prüfanordnungen eine Reihe von Vorteilen bietet.
Zur Bestimmung der Deflagrationsfähigkeit von energiereichen Stoffen/ Gemischen wurde zuletzt ein Vier-Liter-Autoklav vorgeschlagen, der im Vergleich zu den derzeit gängigen Prüfmethoden eine Reihe von Vorteilen bietet. In diesem Beitrag wird der Frage nachgegangen, wie nicht-atmosphärische Bedingungen das Deflagrationsverhalten beeinflussen. Zur Beantwortung dieser Frage wurden weitere Experimente im genannten Autoklaven und in einem kleineren Autoklaven durchgeführt. Im Wesentlichen lässt sich feststellen, dass der Druck im Probengefäß vor Versuchsbeginn, insbesondere reduzierter Ausgangsdruck < 1 bar Auswirkungen auf das Deflagrationsverhalten hat. Das Vorhandensein einer reinen Stickstoffatmosphäre hingegen, beeinflusst das Deflagrationsverhalten nicht.
Many substances react with water in such a way that flammable gases are formed. For transport issues this reaction may possess a considerable hazard especially if the cargo is wetted by rain or by water from other sources. In the UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods these kinds of problems are addressed. The UN test N.5 'Test method for substances which in contact with water emit flammable gases' corresponds to this hazard. Classification according to the test method is done by measurement of the gas evolution rate of the flammable gas by any suitable procedure. At BAM a gravimetric approach is used to measure the gas evolution rate. In this paper we present the evaluation of the apparatus by means of an absolute calibration routine utilizing a reaction where a known amount of gas is produced as well as the evaluation of important parameters influencing the gas evolution rate using different substances. It can be shown that the apparatus is capable of measuring absolute gas volumes as low as 6 mL with an acceptable error of about 17% as determined from the reaction of Mg with demineralized water.
Fast growing softwood species such as pine are preferred for biomass-based heat as well as electricity production and stored in large quantities. A newly established outdoor pile of freshly cut pine-wood chips was monitored to analyze exothermic processes. Inside the pile, a mean temperature increase of up to 44 °C was measured after six days of piling which was paralleled by a decrease of O2-concentration and an increase of CO2-concentration. Thereafter four additional CO2 maxima were observed, while O2-concentration remained at ambient concentration. The fungal community structure remained almost unchanged after four weeks, while the bacterial community structure was characterized by continuous shifts over time. The rapid heating in the early stage of storage corresponded to high relative abundance of microbial strains belonging to the genera Pseudomonas, Luteibacter and Caulobacter, ascomycetous genera Sphaeropsis and Cadophora and basidiomycetous order Polyporales and genus Sistotremastrum. The late stage was composed by a broader diversity of microorganisms, and heating processes inside the wood pile were attributed mainly to physicochemical processes. Taken together, these observations suggest that the early bacterial and fungal communities are key players in exothermic processes and were replaced by a broader diversity of highly adapted microorganisms.