Flammpunkt
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Vereinfacht ausgedrückt ist der Flammpunkt eines Stoffes die niedrigste Temperatur, bei der sich über einem Stoff genug brennbare Gase bilden, damit eine chemische Reaktion mit Luftsauerstoff (Verbrennung) stattfinden kann. Die Verbrennung kommt am Flammpunkt wieder zum Erliegen, auch wenn die Zündquelle nicht entfernt wird. Die aus dem Stoff nachströmende Dampfmenge ist nicht groß genug, um eine dauerhafte Verbrennung zu ermöglichen.
Dieser Temperaturwert gilt nur, wenn über diesem Stoff ein Gasdruck von 101,3 kPa herrscht. Bei höheren Gasdrücken liegt der Temperaturwert zur Entflammung höher, weil die entstehende Dampfmenge zu gering ist. Bei nierigeren Gasdrücken liegt der Temperaturwert entsprechend tiefer. Meistens befindet sich der zu entflammende Stoff bereits im flüssigen Aggregatzustand.
Fachlicher formuliert erreicht ein Stoff am Flammpunkt einen Dampfdruck bzw. über dem Stoff eine korrespondierende Sättigungsdampfkonzentration, die so hoch ist, dass sich das entsprechende Gas/Luft-Gemisch mit einer Zündquelle zumindest kurzzeitig entflammen lässt.
Bei gleichem Gasdruck liegt wenige Grad über dem Flammpunkt der Brennpunkt. Ab dieser Temperatur ist eine dauerhafte Verbrennung auch nach Entfernen der Zündquelle möglich, denn die Stoffoberfläche liefert dann brennbare Dämpfe in ausreichender Menge nach.
Randbedingungen:
- die Zündquelle (z.B. elektrostat. Funke oder Flamme) muss eine Mindestzündenergie erzeugen (Bsp.: für Methan 0,2 mJ),
- die Atmosphäre muss einen Mindestgehalt an Sauerstoff aufweisen (Bsp.: für Bisphenol-A 2,0 Vol%).
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[Bearbeiten] Brandversuch
Dieselkraftstoff oder Heizöl, die einen Flammpunkt von etwa 55 °C besitzen, lassen sich bei Raumtemperatur mit einem Streichholz nicht entflammen. Wird jedoch das Streichholz lange genug an die Flüssigkeit gehalten, steigt dadurch lokal die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche, was zum Erreichen des Flammpunktes und somit zur lokalen Entflammung führt. Von hieraus breitet sich die Flamme dann kreisförmig auf der Oberfläche aus.
[Bearbeiten] Flammpunktmessung
Der Flammpunkt ist ausschlaggebend bei der Einstufung und Klassifizierung als Gefahrstoff bzw. nach BetrSichV.
Es gibt verschiedene standardisierte Apparaturen, um den Flammpunkt einer Flüssigkeit zu bestimmen:
- Methode nach Pensky-Martens (> 50 °C; DIN 51758, EN 2719, aktuell Standardapparatur)
- Methode nach Abel-Pensky (< 50 °C; DIN 51755, geschlossener Tiegel = c.c. closed cup)
- Methode nach Cleveland (DIN 51376, offener Tiegel = open cup)
- Methode nach Marcusson (DIN 51584, offener Tiegel, veraltete Methode von 1959)
Generell liefern closed cup-Methoden niedrigere Flammpunkte als die veralteten open cup-Methoden. Letztere dienten in Abwandlungen zur Bestimmung des heute nicht mehr gebräuchlichen Brennpunkts.
[Bearbeiten] Reine Substanzen
Der Flammpunkt einer unbekannten brennbaren Flüssigkeit kann geschätzt werden:
Flammpunkt = Siedepunkt (bei 1013 mbar) - 90±20 °C
oder genauer berechnet werden nach:
Flammpunkt = Siedepunkt * 0,736 - 72 °C
[Bearbeiten] Gemische brennbarer Stoffe
In Gemischen bestimmt der Dampfdruck der am niedrigsten siedenden Substanz den Flammpunkt des Gemischs.
- In Auto-Benzin sind neuerdings leichtsiedende Ether beigemischt, die nicht nur den Flammpunkt, sondern auch die Zündtemperatur des Kohlenwasserstoff-Gemischs senken.
- Hefeweizenbier (= 5 Vol% Ethanol in „unbrennbarem“ Wasser) ergab bei Messung einen Flammpunkt von 81 °C; d.h. 5%iges Ethanol entwickelt erst bei 81 °C die zur Zündung notwendige Konzentration an brennbaren Dämpfen von 3,5% (=UEG).
Dies ließe sich mit dem Raoultschen Gesetz über die Partialdampfdrücke von Wasser und Ethanol auch recht gut nachrechnen.
[Bearbeiten] Beispiele
1,0 Vol-% = 10.000 ppm
| Substanz | SDB | Siedepkt. [°C] | Flammpkt. | untere Expl.gr. | obere Expl.gr. | Zündtemp. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| entspr. = 100 Vol-% | [°C] | Vol.-% | Vol.-% | [°C] | ||
| Wasserstoff | [1] | -253 | … | 4 | 77 | 465 |
| Methan (Erdgas) | [2] | -162 | … | 4,4 | 16,5 | 595 |
| Acetylen | [3] | -84 | … | 2,3 | 100 | 305 |
| Propan | [4] | -42 | … | 1,7 | 10,9 | 470 |
| Butan | [5] | 0 | … | 1,4 | 9,3 | 365 |
| Acetaldehyd | [6] | +20 | -30 | 4 | 57 | 155 |
| n-Pentan | [7] | +36 | -35 | 1,4 | 8,0 | 285 |
| Diethylether | [8] | +36 | -40 | 1,7 | 36 | 170 |
| Schwefelkohlenstoff | [9] | +46 | -30 | 1,0 | 60 | 102 |
| Propionaldehyd | SDB | +47 | -40 | 2,3 | 21 | 175 |
| Methyl-tert-butylether | [10] | +55 | -28 | 1,6 | 8,4 | 460 |
| Aceton | [11] | +56 | -18 | 2,1 | 13 | 540 |
| Methanol | [12] | +65 | +11 | 5,5 | 37 | 455 |
| n-Hexan | [13] | +69 | -22 | 1,0 | 8,1 | 240 |
| Ethyl-tert-butylether | +71 | -19 | 1,2 | 7,7 | … | |
| Ethanol (Brennspiritus) | [14] | +78 | +13 | 3,5 | 15 | 425 |
| Isopropanol | [15] | +82 | +12 | 2 | 12 | 425 |
| Ethylenglycol-dimethylether | [16] | 84-86 | -6 | 1,6 | 10,4 | 200 |
| n-Heptan | [17] | +98 | -4 | 1,0 | 7 | 215 = ROZ=0 |
| Isooctan, 2,2,4-Trimethylpentan | [18] | +99 | -12 | 1,0 | 6 | 410 = ROZ=100 |
| 1,4-Dioxan | [19] | +101 | +11 | 1,7 | 25 | 300 |
| 1-Butanol | [20] | +117 | +34 | 1,4 | 11,3 | 340 |
| Propylenglycol-monomethylether | [21] | 119-122 | +32 | 1,7 | 11,5 | 270 |
| n-Octan | [22] | +126 | +12 | 0,8 | 6,5 | 210 |
| Diethylenglycol-dimethylether | [23] | 155-165 | +51 | 1,4 | 17,4 | 190 |
| Dipropylenglycol-dimethylether | [24] | 175 | +65 | 0,85 | … | 165 |
| Dipropylenglycol-monomethylether | [25] | 185-195 | +80 | 1,1 | 14 | 205 |
| Glycerin | [26] | 290 Zers. | 176 | … | … | 400 |
| Benzin für Kfz. (KW-Gemisch) | [27] | 70-210 | < -20 | 0,6 | 8 | 200-410 |
| Diesel für Kfz. (KW-Gemisch) | [28] | 150-390 | > +55 | 0,6 | 6,5 | ca. 220 |
| Biodiesel (FS-Methylester) | [29] | ca. 300 | 180 | … | … | ca. 250 |
| Rapsöl (FS-Triglycerid) | [30] | ca. 350 | 230 | … | … | ca. 300 |
Die Daten von Rapsöl gelten stellvertretend für alle Speisefette und Speiseöle. Den Flammpunkt von Rapsöl kann man anhand der Beispiele recht zuverlässig auf ca. 230 °C schätzen. Brände am Herd entstehen dürch Überschreitung der Zündtemperatur (ca. 300 °C) von Speisefetten oder Ölen.
[Bearbeiten] Temperaturabhängigkeit des Flammpunkts
Die Daten der Tabelle wurden unter standardisierten Bedingungen mit Reinsubstanzen ermittelt. Bei Verdünnen mit Inertgasen und/oder unter Druck ist es (lt. PTB) wahrscheinlich, dass sich die Werte für die untere Explosionsgrenze um 20 % (pro 100 °C) verringern und die der oberen Explosionsgrenze um 10 % (pro 100 °C) erhöhen. Die Erniedrigung der unteren Explosionsgrenze um 20 % entspricht ungefähr einem 5 °C niedrigerem Flammpunkt (vgl. Sättigungsdampfdruckkurve).
[Bearbeiten] Erfahrungen aus der Praxis
Zur Vermeidung von Zündgefahren ist man immer bestrebt, einen „Sicherheitsabstand“ von 50 °C zum Flammpunkt einzuhalten.
