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Many industrial processes include a gas explosion hazard. If safety measures are not adequate to prevent a potentially explosive atmosphere or to avoid effective ignition sources in enclosures, at least the effects of an explosion can be limited e.g. by gas explosion venting systems.
For the design of gas explosion venting systems for confinements only little guidance is given when considering the constructional boundary conditions or process conditions. For this reason conservative assumptions are prevalent in practice and in many cases the protective systems become significantly oversized. From safety perspective such safety margins in venting areas can lead to a critical acceleration of the pressure rise. Moreover, a gas explosion venting at turbulent conditions caused by over sizing or by obstacles rather leads to an under-sized system. The present investigation was focused especially on the influence of certain obstacles as well as the influence of elevated initial pressures on explosion venting
behaviour of quiescent hydrogen, methane or ethylene in air.
Druckbehälter bzw. Reaktoren müssen gegen eine Überschreitung des zulässigen Behälterdruckes mit Hilfe von Druckentlastungsarmaturen geschützt werden, um auch bei Betriebsstörungen den mechanischen, chemischen und thermischen Beanspruchungen sicher zu genügen. Derzeitige Auslegungsmethoden gelten jedoch nur für ein- oder zweiphasige Druckentlastungssysteme. Bei zusätzlichem Vorhandensein eines Feststoffs ist ein dreiphasiges Abströmen möglich, wobei die geringen Kenntnisse über die fluid- und thermodynamischen Vorgänge im Behälter die Notwendigkeit weitergehender Untersuchungen begründen. In der vorliegenden Arbeit werden daher systematisch die Druckentlastungsvorgänge von nicht-schäumenden sowie reaktiven dreiphasigen Systemen in Abhängigkeit von den Feststoffeigenschaften beschrieben. Im Labormaßstab konnte festgestellt werden, dass sich nicht-schäumende dreiphasige Systeme weitestgehend auf zweiphasige Systeme reduzieren lassen. Bei schäumenden dreiphasigen Systemen ist hingegen das Entlastungsverfahren stark vom Partikeldurchmesser, von der Oberflächenspannung, von der Art und Konzentration des Tensids sowie von der eingetragenen Rührerleistung abhängig. Zudem ist bei charakteristischem Aufwallverhalten mit einem deutlich langsameren Druckabbau un mit einem höheren Massenaustrag zu rechnen. Ferner wurde die Anwendbarkeit bestehender ein- und zweiphasiger Druckentlastungsmodelle auf dreiphasige Systeme mit Hilfe der Simulationsumgebungen SAFIRE/Vent (TU-HH) und gProms® geprüft. Durch die neuen Erkenntnisse aus dieser Arbeit lassen sich Notenspannungseinrichtungen anhand der abgeleiteten Auslegungsempfehlung genauer berechnen und das dreiphasige Entlastungsverhalten im Prozess genauer vorhersagen. Zudem konnten neue Ansätze zur Modellierung des Feststoffaustrags abgeleitet werden, die für zukünftige Forschungsarbeiten bei der Entwicklung von Modellen zur Beschreibung von heterogenen reaktiven Gemischen mit dreiphasigen Aufwallen unf Abströmen dienen.
Designing pressure relief devices for three-phase systems consisting of solids, liquids and vapors requires an in-depth knowledge of the fluid dynamics and of the thermodynamic effects in the reactor. The behavior of foaming three-phase systems is, to date, still not well understood. In this research, these systems are systematically studied, taking the solid properties into account. Also, the applicability of two-phase pressure relief models to three-phase systems is investigated with the help of the simulation tool SAFIRE/Vent. The results obtained contribute significantly to the better design of pressure relief devices and to more accurate predictions of the three-phase venting behavior and the solid discharge.