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 Oxidation (Verbrennung) mit dem Sauerstoff der Luft stattfinden kann. Die Verbrennung kann am Flammpunkt wieder zum Erliegen kommen, wenn die Zündquelle entfernt wird. Die aus dem Stoff nachströmende Dampfmenge ist nicht groß genug, um eine dauerhafte Verbrennung zu ermöglichen.
Literaturwerte für Flammpunkte gelten allgemein für einen Luftdruck von 1013 mbar. Bei höherem Luftdruck liegt der Flammpunkt höher, denn wegen des höheren Sauerstoffgehalts muss auch eine höhere Konzentration an Dampf vorliegen, um ein entzündbares Dampf-Luft-Gemisch zu erhalten. Bei niedrigeren Luftdrücken liegt der Temperaturwert entsprechend tiefer. Meistens befindet sich der zu entflammende Stoff bereits im flüssigen Aggregatzustand.
Bei gleichem Luftdruck 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. Zu unterscheiden sind Flamm- und Brennpunkt von der Zündtemperatur.
Randbedingungen:
- die Zündquelle (z. B. elektrostatischer Funke oder Flamme) muss eine Mindestzündenergie erzeugen (Bsp.: für Methan 0,2 mJ),
- die Atmosphäre muss einen Mindestgehalt an Sauerstoff aufweisen (z. B.: 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 22719, 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] Gemische brennbarer Stoffe
In Gemischen bestimmt der Dampfdruck der am niedrigsten siedenden Substanz den Flammpunkt des Gemischs.
- Dem Ottokraftstoff (Benzin) sind neuerdings leichtsiedende Ether (Methyl-tert-butylether, Ethyl-tert-butylether) 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 | Sicherheits- datenblatt |
Siedepunkt [°C] |
Flammpunkt |
untere Explosions- grenze |
obere Explosions- grenze |
Zünd temperatur |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 | 82 | 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 | 160 |
| Schwefelkohlenstoff | [9] | +46 | -30 | 1,0 | 60 | 102 |
| Propionaldehyd | [10] | +47 | -40 | 2,3 | 21 | 175 |
| Methyl-tert-butylether | [11] | +55 | -28 | 1,6 | 8,4 | 460 |
| Aceton | [12] | +56 | -18 | 2,1 | 13 | 540 |
| Methanol | [13] | +65 | +11 | 5,5 | 37 | 455 |
| n-Hexan | [14] | +69 | -22 | 1,0 | 8,1 | 240 |
| Ethyl-tert-butylether | +71 | -19 | 1,2 | 7,7 | … | |
| Ethanol (Brennspiritus) | [15] | +78 | +13 | 3,5 | 15 | 425 |
| Isopropanol | [16] | +82 | +12 | 2 | 12 | 425 |
| Ethylenglycoldimethylether | [17] | 84-86 | -6 | 1,6 | 10,4 | 200 |
| n-Heptan | [18] | +98 | -4 | 1,0 | 7 | 215 = ROZ=0 |
| Isooctan, 2,2,4-Trimethylpentan | [19] | +99 | -12 | 1,0 | 6 | 410 = ROZ=100 |
| 1,4-Dioxan | [20] | +101 | +11 | 1,7 | 25 | 300 |
| 1-Butanol | [21] | +117 | +34 | 1,4 | 11,3 | 340 |
| Propylenglycol-monomethylether | [22] | 119-122 | +32 | 1,7 | 11,5 | 270 |
| n-Octan | [23] | +126 | +12 | 0,8 | 6,5 | 210 |
| Diethylenglycol-dimethylether | [24] | 155-165 | +51 | 1,4 | 17,4 | 190 |
| Dipropylenglycol-dimethylether | [25] | 175 | +65 | 0,85 | … | 165 |
| Dipropylenglycol-monomethylether | [26] | 185-195 | +80 | 1,1 | 14 | 205 |
| Glycerin | [27] | 290 Zers. | 176 | … | … | 400 |
| Benzin für Kfz. (KW-Gemisch) | [28] | 70-210 | < -20 | 0,6 | 8 | 200-410 |
| Diesel für Kfz. (KW-Gemisch) | [29] | 150-390 | > +55 | 0,6 | 6,5 | ca. 220 |
| Biodiesel (FS-Methylester) | [30] | ca. 300 | 180 | … | … | ca. 250 |
| Rapsöl (FS-Triglycerid) | [31] | 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 durch Überschreitung der Zündtemperatur (ca. 300 °C) von Speisefetten oder Ölen.
[Bearbeiten] Druck- und Konzentrationsabhängigkeit 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 15 °C zum Flammpunkt einzuhalten.
[Bearbeiten] Literatur
Brandes E., Möller W., „Sicherheitstechnische Kenngrößen“, Band 1: „Brennbare Flüssigkeiten und Gase“, Wirtschaftsverlag NW, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven, 2003, ISBN 3-89701-745-8
[Bearbeiten] Siehe auch
CHEMSAFE: Datenbank für Flammpunkte (unter anderem) der PTB und der BAM
