Brandlehre. Grundbegriffe. Feuer. Brennen. Temperatur, Energie, Wärme. Vorbedingungen für die Verbrennung

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1 randlehre Grundbegriffe Aufgaben der randlehre ist die eschreibung der stofflichen Umwandlungen, die sich bei der Verbrennung vollziehen. Zur näheren eschreibung der ablaufenden Reaktionen greift man auf Gesetzmäßigkeiten der Naturwissenschaften Physik und Chemie zurück. Vorbedingungen des rennens: - stoffliche Vorbedingungen beschreibbar durch Gesetze der Chemie - energetische Vorbedingungen beschreibbar durch Gesetze der Physik Physik: Lehre von den Zuständen und den Zustandsänderungen der Materie. Chemie: Lehre von den stofflichen Eigenschaften der Materie und den Stoffumwandlungen. rennen Feuer Definition nach DIN T1: rennen ist eine Flamme und/oder Glut selbstständig ablaufende Reaktion zwischen einem brennbaren Stoff und Sauerstoff oder Luft. rennen ist ein Vorgang der unbelebten Natur Glut Feuer Flammen rennen läßt sich durch Gesetze der Naturwissenschaften beschreiben. Feste Stoffe Flüssigkeiten Gase Vorbedingungen für die Verbrennung Temperatur, Energie, Wärme stoffliche Voraussetzungen chemische energetische Voraussetzungen physikalische brennbarer Stoff Sauerstoff Mengenverhältnis Zündtemperatur Mindestverbrennungstemperatur Katalysator Temperatur Die Temperatur ist eine Zustandsgröße, sie beschreibt den Wärmezustand eines Körpers. Energie Energie ist die in einem Körper gespeicherte Arbeit, sie befähigt ihn wieder Arbeit zu verrichten. Wärme Wärme ist eine spezielle Form der Energie, sie äußert sich in der kinetischen Energie der Teilchen. 1

2 Auswirkungen der Wärme - die Stoffe können ihren Aggregatzustand ändern - feste Stoffe verlieren ihre Festigkeit - die Stoffe dehnen sich aus 1. feste Stoffe 2. flüssige Stoffe 3. gasförmige Stoffe Wärmetransport Wärmeausbreitung Wärme fließt selbständig nur von einem Körper höherer Temperatur zu einem Körper mit niederer Temperatur. Wärmetransport Wärmeleitung Unter Wärmeleitung versteht man die Übertragung von Wärme in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff zwischen benachbarten Teilchen. Wärmeströmung (Konvektion) Die Übertragung von Wärme in Gasen oder Flüssigkeiten durch deren Strömung, die infolge von Temperaturunterschieden abläuft, wird als Konvektion bezeichnet. Wärmestrahlung Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, die ein Stoff infolge seiner Temperatur unter Abgabe eines Teiles seines Wärmeinhaltes an die Umgebung aussendet. Abstandsgesetz Die Intensität einer Strahlung nimmt mit dem Quadrat des Abstandes (r) von der Quelle ab. Verbrennungswärme Unter der Verbrennungswärme versteht man die bei einer vollständigen Verbrennung entstehende Wärmeenergie. Hierbei wird zwischen Heizwert und dem rennwert unterschieden. rennwert Der rennwert ist ein theoretischer Wert, er berücksichtigt die Verdampfungswärme des im rennstoff enthaltenen bzw. des bei der Verbrennung entstehenden Wassers nicht. Heizwert Der Heizwert berücksichtigt bereits den Energieverbrauch bei Verdampfen des bei der Verbrennung vorhandenen oder entstehenden Wassers und ist daher immer zahlenmäßig kleiner als der rennwert. 2

3 Heiz- & rennwerte in kj/kg feste rennstoffe rennwert Heizwert Antrazit Holz, lufttrocken Steinkohle Torf, lufttrocken flüssige rennstoffe enzin (Mittelwert) enzol Ethanol Toluol gasförmige rennstoffe Acetylen utan Methan Wasserstoff Mindestverbrennungstemperatur Ist die Verbrennung eingeleitet, so ist eine Mindestenergie notwendig, damit die Verbrennung selbständig weiterlaufen kann. Zur Abschätzung dieser Energie gibt man die niedrigste Temperatur des reagierenden rennstoff-sauerstoff- Gemisches an, bei der das rennen gerade noch möglich ist. Diese Temperatur wird als Mindestverbrennungstemperatur bezeichnet. untere & obere Explosionsgrenze (Zündgrenze) Explosionsgrenzen in Vol.-% Unter der unteren bzw. oberen Explosionsgrenze versteht man die niedrigste bzw. höchste Konzentration des brennbaren Stoffes im Gemisch von Gasen, n und/oder Stäuben, in dem sich nach dem Zünden ein rennen gerade nicht mehr selbständig fortpflanzen kann. Die Angabe der Explosionsgrenzen erfolgt in Vol.-%, ezugsstoff ist hierbei Luft. Explosionsbereich Als Explosionsbereich bezeichnet man den ereich zwischen der unteren und oberen Explosionsgrenze. Innerhalb dieser Grenzen ist stets eine Zündung der Gemische möglich. Stoff untere Grenze obere Grenze Acetylen 2,4 83,0 enzin 0,6 8,0 enzol 1,2 8,0 Ether 1,7 36,0 Methan 5,0 15,0 Propan 2,1 9,5 Schwefelkohlenstoff 1,0 60,0 Explosion Deflagration Explosion Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die eine Temperatur- oder Druckerhöhung oder beides gleichzeitig bewirkt. Je nach Geschwindigkeit der Reaktion wird zwischen einer Deflagration und einer Detonation unterschieden. Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die sich durch freiwerdende Reaktionswärme fortpflanzt und im Unterschied zur Detonation unterhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft. Deflagrationen mit einer niedrigen Flammengeschwindigkeit und einer damit verbundenen geringen Druckwirkung werden zuweilen als Verpuffung bezeichnet. ei der Verpuffung können Drücke bis 1 bar erreicht werden. ei einer Deflagration treten hingegen Drücke bis etwa 10 bar auf. 3

4 egriffe nach DIN T1 Detonation Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die mit einer Stoßwelle gekoppelt ist und im Unterschied zur Deflagration oberhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft. Durch die im Wellenkopf der Stoßwelle auftretenden hohen Temperatur- und Drucksprünge wird die Reaktion schlagartig ausgelöst. Selbstentzündung Selbstentzündung ist eine Entzündung ohne Energiezufuhr von außen. Zündenergie Zündenergie ist die von einer Zündquelle abgegebene Energie. Sie ist abhängig vom Verhältnis Oberfläche zur Masse. Zerkleinern eines Stoffes führt zu einer Verringerung der Zündenergie. homogene & heterogene Katalyse Katalysator Katalysatoren sind Stoffe, die mit mindestens einem der Ausgangsstoffe eine reaktionsfähige Zwischenverbindung ilden, welche dann mit anderen Stoffen so weiterreagiert, daß die Katalysatoren im Verlauf der Gesamtreaktion wieder zurückgebildet werden. Ein Katalysator kann unmögliche Reaktionen nicht möglich machen. Der Katalysator erniedrigt lediglich die Aktivierungsenergie (Zündenergie). Schema der Selbstentzündung Temperatur Fremdentzündung Fremdzündung ist eine Entzündung durch eine von außen zugeführte Zündenergie. homogene Katalyse ei der homogenen Katalyse liegen der Katalysator und alle reagierenden Stoffe im gleichen Aggregatzustand vor. heterogene Katalyse ei der heterogenen Katalyse liegen Katalysator und die Reaktionsmedien in verschiedenen Aggregatzuständen vor. Der Flammpunkt Der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist die niedrigste Flüssigkeitstemperatur, bei der sich in solcher Menge entwickeln, daß über dem Flüssigkeitsspiegel ein durch Fremdentzündung entzündbares Dampf-Luft-Gemisch entsteht. Selbstentzü Selbstentzündung des Stoffes Zündpunkt Temperaturanstieg durch Wärmestau Oxidationsgeschwindigkeit Gefäß mit brennbarer Flüssigkeit 4

5 Die Zündtemperatur Verordnung brennbarer Flüssigkeiten (VbF) Die Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre ist die bei der vorgeschriebenen Versuchsanordnung ermittelte niedrigste Temperatur einer erhitzten Wand, an der die am leichtesten entzündbare explosionsfähige Atmosphäre gerade noch zum rennen mit Flammenerscheinung angeregt wird. Thermometer zur Messung der Flüssigkeitstemperatur Gefäß mit brennbarer Flüssigkeit Gefahrklasse A Gefahrklasse A I Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 21 C (z.. enzin, enzol, Ether) Gefahrklasse A II Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 21 C bis 55 C (z.. Terpentinöl, Testbenzin, Petroleum) Gefahrklasse A III Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt über 55 C bis 100 C (z.. Heizöl, Dieselkraftstoff) randklasseneinteilung Klasse A: rände fester Stoffe, hauptsächlich organischer Natur, die normalerweise unter Glutbildung verbrennen. Klasse : rände flüssiger oder flüssig werdender Stoffe. rennbare Flüssigkeiten im Sinne dieser Verordnung sind Stoffe mit Flammpunkt, die bei 35 C weder fest noch salbenförmig sind, bei 50 C einen Dampfdruck von 3 bar oder weniger haben und zu einer der nachstehenden Gefahrklassen gehören: Gefahrklasse A Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt nicht über 100 C haben und hinsichtlich der Wasserlöslichkeit nicht die Eigenschaften der Gefahrklasse aufweisen. Gefahrklasse Flüssigkeiten, mit einem Flammpunkt unter 21 C, die sich bei 15 C in Wasser lösen oder deren brennbare flüssige estandteile sich bei 15 C in Wasser lösen (Alkohol, Aceton). Flammpunktbeispiele (VbF) Stoff Aceton enzol Ether Ethanol Diesel Methanol enzin Petroleum Flammpunkt - 19 C - 11 C - 40 C 12 C > 55 C 11 C - 40 C bis - 20 C > 21 C bis 30 C Gefahrklasse A III A II Merke: Je niedriger der Flammpunkt, desto gefährlicher ist der Stoff Literaturangabe - FwDV 2/2 Ausbildung der Feuerwehren LFV NRW - Feuerwehr Grundausbildung Schott/Ritter Klasse C: rände von Gasen. Klasse D: rände von Metallen. 5