Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8591
Main Title: Untersuchung von Deflagrationen selbstzersetzlicher Feststoffe und Entwicklung einer neuartigen Prüfmethode zur Beurteilung der Deflagrationsfähigkeit in geschlossenen Systemen
Translated Title: Investigation of deflagrations of self-reactive solids and development of a new test method for the assessment of the deflagration capability in closed systems
Author(s): Salg, Steffen
Referee(s): Schomäcker, Reinhard
Krause, Ulrich
Malow, Marcus
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Das Deflagrationsverhalten selbstzersetzlicher fester Stoffe wurde bei unterschiedlichen Randbedingungen untersucht. Darüber hinaus wurde eine neue Prüfmethode entwickelt, mit welcher das Deflagrationsverhalten in geschlossenen Systemen beurteilt werden kann. Es wurden drei neue Messsysteme mit verschiedenen Volumina und Geometrien im Labormaßstab in Betrieb genommen. Die Verwendung der neuen Messsysteme erlaubt es, das Deflagrationsverhalten unter verschiedenen Randbedingungen, die bei Deflagrationen im großtechnischen Maßstab relevant sind, zu beurteilen. In Zuge der Entwicklung der neuen Messsysteme wurde die erforderliche Probenmenge für eine Deflagrationsprüfung um den Faktor 10 reduziert. Die Deflagrationsgeschwindigkeit hängt in erster Linie von der Temperatur, dem Druck und der Behältergeometrie bzw. -größe ab. Der Einfluss des Drucks lässt sich mit der Gleichung u = a · p^n + b beschreiben, wobei n in der Regel zwischen 0,5 und 1 liegt. Darüber hinaus beeinflussen die Anzündungsstelle und die Schüttdichte die Deflagrationsgeschwindigkeit. Da die maximale Reaktionstemperatur von der Kinetik des Wärmeübergangs im Zentrum der Reaktionsfront abhängt und diese positiv mit dem Druck korreliert, führen im Allgemeinen alle Faktoren, die eine Erhöhung des Drucks im Reaktionszentrum bewirken, zu einer Erhöhung der Deflagrationsgeschwindigkeit. Als Maß für die Deflagrationsgeschwindigkeit können die lineare Ausbreitungsrate und die Druckanstiegsrate herangezogen werden. Wenn die Ausbreitungsform bekannt ist, kann die eine Kenngröße aus der anderen berechnet werden. Durch eine Normierung der Druckanstiegsraten ist es möglich, die Werte, die in einem Behältertyp gemessen wurden, auf einen anderen Behältertyp umzurechnen. So kann prinzipiell das Deflagrationsverhalten bei beliebigen Füllgraden und Drücken vorhergesagt werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass das Risiko des Auftretens einer Deflagration erheblich reduziert werden kann, wenn deflagrationsfähige Substanzen bei reduziertem Druck gehandhabt werden. Die verzögerte Auslösung und Verlangsamung einer Deflagration bei reduziertem Druck ist auf die geringere effektive Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen. Entgegen der verbreiteten Auffassung, dass Deflagrationen nur bei Zersetzungsenergien von mehr als 500 J/g auftreten, wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass Deflagrationen bereits ab 220 J/g möglich sind, wenn die Anzündung von unten erfolgt. Die Verwendung der verschiedenen Messsysteme sollte sich an der jeweiligen Fragestellung orientieren. Eine Empfehlung ist, bei isobarer Fahrweise und einem Druck von 1 bar entweder die bisherigen Standardmethoden zu nutzen oder den 4-L-Druckbehälter offen zu betreiben. Bei quasi-isobarer Fahrweise und einem Anfangsdruck p_0 ungleich 1 bar sollte der 18-L-Druckbehälter oder eine andere Kombination aus 4-L-Druckbehälter und Ausgleichsbehälter genutzt werden. Bei isochorer Fahrweise sollte der 200-mL-Druckbehälter mit Anzündung von oben oder der 4-L-Druckbehälter genutzt werden.
The deflagration behavior of self-reactive solids was investigated under different boundary conditions. In addition, a new test method was developed with which the deflagration behavior can be assessed in closed systems. Three new measuring systems with different volumes and geometries were put into operation on a laboratory scale. The use of the new measuring systems allows to assess the deflagration behavior under different boundary conditions, which are relevant for large-scale deflagrations. As part of the development of the new measurement systems, the required sample volume for a deflagration test has been reduced by a factor of ten. The rate of deflagration depends primarily on the temperature, pressure and vessel geometry and size respectively. The influence of pressure can be described by the equation u = a · p^n + b, where n is usually between 0,5 and 1. In addition, the ignition point and bulk density affect the deflagration rate. Since the maximum reaction temperature depends on the kinetics of the heat transfer in the center of the reaction front and this correlates positively with the pressure, generally all factors which cause an increase in the pressure in the reaction center lead to an increase in the deflagration rate. As a measure of the deflagration rate, the linear propagation rate and the pressure rise rate can be used. If the propagation form is known, one parameter can be calculated from the other. By normalizing the pressure rise rates, it is possible to convert the values measured in one vessel type to another vessel type. Thus, in principle, the deflagration behavior can be predicted at any fill levels and pressures. Furthermore, it has been shown that the risk of deflagration can be significantly reduced if deflagration-capable substances are handled at reduced pressure. The delayed initiation and slowdown of deflagration at reduced pressure is due to the lower effective thermal conductivity. Contrary to popular belief that deflagrations only occur at decomposition energies of more than 500 J/g, this work has shown that deflagrations are already possible at 220 J/g when ignited from below. The use of the various measuring systems should be based on the respective question. When isobaric operation at a pressure of 1 bar is desired, it is recommended to use either the previous standard methods or to operate the 4-L pressure vessel open. In a quasi-isobaric mode with an initial pressure p_0 different to 1 bar, the 18-L pressure vessel or other combinations of 4-L pressure vessel and expansion vessel should be used. In isochoric mode of operation, the 200-mL pressure vessel with ignition from above or the 4-L pressure vessel should be used.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9538
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8591
Exam Date: 14-Jun-2019
Issue Date: 2019
Date Available: 8-Jul-2019
DDC Class: DDC 662: Explosivstoffe, Brennstoffe und verwandte Produkte
Subject(s): Deflagration
Azodicarbonamid
geschlossene Systeme
azodicarbonamide
closed systems
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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