Brandlehre Grundbegriffe - minden112.de Umwandlungen, die sich bei der Verbrennung vollziehen. Zur...
Transcript of Brandlehre Grundbegriffe - minden112.de Umwandlungen, die sich bei der Verbrennung vollziehen. Zur...
1
Brandlehre
Aufgaben der Brandlehre ist die Beschreibung der stofflichenUmwandlungen, die sich bei der Verbrennung vollziehen.
Zur näheren Beschreibung der ablaufenden Reaktionen greiftman auf Gesetzmäßigkeiten der NaturwissenschaftenPhysik und Chemie zurück.
Grundbegriffe
Vorbedingungen des Brennens:- stoffliche Vorbedingungen
beschreibbar durch Gesetze der Chemie- energetische Vorbedingungen
beschreibbar durch Gesetze der PhysikPhysik:Lehre von den Zuständen und den Zustandsänderungender Materie.Chemie:Lehre von den stofflichen Eigenschaften der Materie und denStoffumwandlungen.
Brennen
Definition nach DIN 14 011 T1:Brennen ist eine Flamme und/oder Glut selbstständigablaufende Reaktion zwischen einem brennbaren Stoffund Sauerstoff oder Luft.
Brennen ist ein Vorgang der unbelebten Natur
Brennen läßt sich durch Gesetze der Naturwissenschaftenbeschreiben.
Feuer
Feuer FlammenGlut
Feste Stoffe
Dämpfe
Flüssigkeiten Gase
Vorbedingungen für die Verbrennung
stoffliche Voraussetzungen⇓
chemische⇒
•brennbarer Stoff•Sauerstoff•Mengenverhältnis
energetische Voraussetzungen⇓
physikalische⇒
•Zündtemperatur• Mindestverbrennungstemperatur
•Katalysator
Temperatur, Energie, Wärme
TemperaturDie Temperatur ist eine Zustandsgröße, sie beschreibtden Wärmezustand eines Körpers.
Energie
Wärme
Energie ist die in einem Körper gespeicherte Arbeit, siebefähigt ihn wieder Arbeit zu verrichten.
Wärme ist eine spezielle Form der Energie, sie äußertsich in der kinetischen Energie der Teilchen.
2
Auswirkungen der Wärme
- die Stoffe können ihren Aggregatzustand ändern
- feste Stoffe verlieren ihre Festigkeit
- die Stoffe dehnen sich aus1. feste Stoffe2. flüssige Stoffe3. gasförmige Stoffe
Wärmeausbreitung
Wärme fließt selbständig nurvon einem Körper höhererTemperatur zu einem Körper mit niederer Temperatur.
Wärmetransport
WärmeleitungUnter Wärmeleitung versteht man die Übertragung vonWärme in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffzwischen benachbarten Teilchen.Wärmeströmung (Konvektion)
Wärmestrahlung
Die Übertragung von Wärme in Gasen oder Flüssigkeitendurch deren Strömung, die infolge von Temperaturunter-schieden abläuft, wird als Konvektion bezeichnet.
Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung,die ein Stoff infolge seiner Temperatur unter Abgabe einesTeiles seines Wärmeinhaltes an die Umgebung aussendet.
Wärmetransport
Abstandsgesetz
Die Intensität einer Strahlung nimmt mit dem Quadratdes Abstandes (r) von der Quelle ab.
VerbrennungswärmeUnter der Verbrennungswärme versteht man die bei einervollständigen Verbrennung entstehende Wärmeenergie.Hierbei wird zwischen Heizwert und dem Brennwertunterschieden.Brennwert
Heizwert
Der Brennwert ist ein theoretischer Wert, er berücksichtigtdie Verdampfungswärme des im Brennstoff enthaltenen bzw.des bei der Verbrennung entstehenden Wassers nicht.
Der Heizwert berücksichtigt bereits den Energieverbrauch beiVerdampfen des bei der Verbrennung vorhandenen oder ent-stehenden Wassers und ist daher immer zahlenmäßig kleinerals der Brennwert.
3
Heiz- & Brennwerte in kJ/kgBrennwert Heizwert
Antrazit 33490-34750 32660-33910Holz, lufttrocken 15910-18000 14650-16750Steinkohle 29310-35170 27310-34120Torf, lufttrocken 13820-16330 11720-15070
Benzin (Mittelwert) 46050 42700Benzol 41870 40150Ethanol 29730 26960Toluol 42750 40820
Acetylen 57880 48640Butan 49440 45720Methan 56010 50540Wasserstoff 142300 119950
feste Brennstoffe
flüssige Brennstoffe
gasförmige Brennstoffe
Mindestverbrennungstemperatur
Ist die Verbrennung eingeleitet, so ist eine Mindestenergienotwendig, damit die Verbrennung selbständig weiterlaufenkann.
Zur Abschätzung dieser Energie gibt man die niedrigsteTemperatur des reagierenden Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches an, bei der das Brennen gerade noch möglichist. Diese Temperatur wird als Mindestverbrennungs-temperatur bezeichnet.
untere & obere Explosionsgrenze (Zündgrenze)
Unter der unteren bzw. oberen Explosionsgrenze versteht mandie niedrigste bzw. höchste Konzentration des brennbarenStoffes im Gemisch von Gasen, Dämpfen und/oder Stäuben,in dem sich nach dem Zünden ein Brennen gerade nicht mehrselbständig fortpflanzen kann.Die Angabe der Explosionsgrenzen erfolgt in Vol.-%,Bezugsstoff ist hierbei Luft.
Als Explosionsbereich bezeichnet man den Bereich zwischender unteren und oberen Explosionsgrenze. Innerhalb dieserGrenzen ist stets eine Zündung der Gemische möglich.
Explosionsbereich
Explosionsgrenzen in Vol.-%
untere Grenze obere Grenze
Acetylen 2,4 83,0Benzin 0,6 8,0Benzol 1,2 8,0Ether 1,7 36,0Methan 5,0 15,0Propan 2,1 9,5Schwefelkohlenstoff 1,0 60,0
Stoff
Explosion
Explosion
Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die eineTemperatur- oder Druckerhöhung oder beides gleichzeitigbewirkt.
Je nach Geschwindigkeit der Reaktion wird zwischen einerDeflagration und einer Detonation unterschieden.
Deflagration
Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die sich durchfreiwerdende Reaktionswärme fortpflanzt und im Unterschiedzur Detonation unterhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft.
Deflagrationen mit einer niedrigen Flammengeschwindigkeitund einer damit verbundenen geringen Druckwirkung werdenzuweilen als Verpuffung bezeichnet.
Bei der Verpuffung können Drücke bis 1 bar erreicht werden.Bei einer Deflagration treten hingegen Drücke bis etwa10 bar auf.
4
Detonation
Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die mit einerStoßwelle gekoppelt ist und im Unterschied zur Deflagrationoberhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft.
Durch die im Wellenkopf der Stoßwelle auftretenden hohenTemperatur- und Drucksprünge wird die Reaktion schlagartigausgelöst.
Begriffe nach DIN 14011 T1
Fremdzündung ist eine Entzündung durch eine von außenzugeführte Zündenergie.
Selbstentzündung ist eine Entzündung ohne Energiezufuhrvon außen.
Zündenergie ist die von einer Zündquelle abgegebene Energie.Sie ist abhängig vom Verhältnis Oberfläche zur Masse.Zerkleinern eines Stoffes führt zu einer Verringerung derZündenergie.
Fremdentzündung
Selbstentzündung
Zündenergie
Katalysator
Katalysatoren sind Stoffe, die mit mindestens einem derAusgangsstoffe eine reaktionsfähige ZwischenverbindungBilden, welche dann mit anderen Stoffen so weiterreagiert,daß die Katalysatoren im Verlauf der Gesamtreaktion wiederzurückgebildet werden.
Ein Katalysator kann unmögliche Reaktionen nicht möglichmachen.Der Katalysator erniedrigt lediglich die Aktivierungsenergie(Zündenergie).
homogene & heterogene Katalyse
Bei der homogenen Katalyse liegen der Katalysator undalle reagierenden Stoffe im gleichen Aggregatzustand vor.
homogene Katalyse
Bei der heterogenen Katalyse liegen Katalysator und dieReaktionsmedien in verschiedenen Aggregatzuständen vor.
heterogene Katalyse
Schema der Selbstentzündung
Tem
pera
tur
Oxidationsgeschwindigkeit
Temperaturanstiegdurch Wärmestau
Zündpunkt
SelbstentzSelbstentzüündungndungdes Stoffesdes Stoffes
Der Flammpunkt
Der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist die niedrigsteFlüssigkeitstemperatur, bei der sich Dämpfe in solcher Mengeentwickeln, daß über dem Flüssigkeitsspiegel ein durchFremdentzündung entzündbares Dampf-Luft-Gemisch entsteht.
DämpfeGefäß mit brennbarer
Flüssigkeit
5
Die Zündtemperatur
Die Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre istdie bei der vorgeschriebenen Versuchsanordnung ermittelteniedrigste Temperatur einer erhitzten Wand, an der die amleichtesten entzündbare explosionsfähige Atmosphäre geradenoch zum Brennen mit Flammenerscheinung angeregt wird.
Dämpfe
Gefäß mit brennbarerFlüssigkeit
Thermometer zurMessung der
Flüssigkeitstemperatur
Verordnung brennbarer Flüssigkeiten (VbF)
Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt nicht über 100°C habenund hinsichtlich der Wasserlöslichkeit nicht die Eigenschaftender Gefahrklasse B aufweisen.
Gefahrklasse A
Flüssigkeiten, mit einem Flammpunkt unter 21°C, die sich bei15°C in Wasser lösen oder deren brennbare flüssige Bestand-teile sich bei 15°C in Wasser lösen (Alkohol, Aceton).
Gefahrklasse B
Brennbare Flüssigkeiten im Sinne dieser Verordnung sind Stoffemit Flammpunkt, die bei 35°C weder fest noch salbenförmigsind, bei 50°C einen Dampfdruck von 3 bar oder weniger habenund zu einer der nachstehenden Gefahrklassen gehören:
Gefahrklasse A
Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 21 °C(z.B. Benzin, Benzol, Ether)
Gefahrklasse A I
Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 21 °C bis 55 °C(z.B. Terpentinöl, Testbenzin, Petroleum)
Gefahrklasse A II
Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt über 55 °C bis 100 °C(z.B. Heizöl, Dieselkraftstoff)
Gefahrklasse A III
Flammpunktbeispiele (VbF)
Flammpunkt Gefahrklasse
Aceton - 19 °C BBenzol - 11 °C A IEther - 40 °C A IEthanol 12 °C BDiesel > 55 °C A IIIMethanol 11 °C BBenzin - 40 °C bis - 20 °C A IPetroleum > 21 °C bis 30 °C A II
Stoff
Merke:Je niedriger der Flammpunkt, desto gefährlicher ist
der Stoff
Brandklasseneinteilung
Brände fester Stoffe, hauptsächlichorganischer Natur, die normalerweiseunter Glutbildung verbrennen.
Klasse A:
Brände flüssiger oder flüssigwerdender Stoffe.
Klasse B:
Brände von Gasen.Klasse C:
Brände von Metallen.Klasse D:
Literaturangabe
- FwDV 2/2 Ausbildung der Feuerwehren LFV NRW- Feuerwehr Grundausbildung Schott/Ritter