WEBVTT
Kind: captions
Language: de-DE

00:00:08.200 --> 00:00:16.400
Thema dieser Videoserie ist die Sicherheit chemischer Reaktionen im Rahmen der Anlagen- und Verfahrenssicherheit.

00:00:17.000 --> 00:00:24.800
In diesem Video werden die Herausforderungen im Umgang mit thermisch sensiblen Stoffen bei verschiedenen Prozessschritten beschrieben –

00:00:25.760 --> 00:00:31.400
genauer gesagt bei der Lagerung, der Destillation und der Trocknung.

00:00:32.760 --> 00:00:34.520
Kommen wir zunächst zum Lagern.

00:00:34.920 --> 00:00:47.000
Dies bedeutet, dass ein Stoff, oder ein Stoffgemisch, in einem größeren Behälter über einen längeren Zeitraum meist ohne Durchmischung aufbewahrt, mithin sich selbst überlassen wird.

00:00:47.400 --> 00:00:58.120
Dabei braucht zwischen „Lagern“, „Aufbewahren“ und „stehen lassen“ nicht unterschieden zu werden, da diese Differenzierung für thermisch sensible Stoffe nicht relevant ist.

00:00:58.240 --> 00:01:09.880
Da Lagerbehälter in der Regel ungerührt sind, gibt es Bereiche, in denen selbst kleinste Wärmeproduktionsraten zu einer selbstbeschleunigten Reaktion führen können.

00:01:10.200 --> 00:01:19.800
Der damit einhergehende Temperatur- und Druckanstieg kann bis zu einem Bersten des Lagerbehälters und somit zu einer Stofffreisetzung führen.

00:01:20.280 --> 00:01:25.200
Gegebenenfalls kann sich dann eine Sekundärexplosion anschließen.

00:01:26.720 --> 00:01:36.680
Als mägliche Auslöser für eine Reaktion während des Lagerns gelten primär die Anwesenheit reaktionsbegünstigender Bedingungen:

00:01:37.800 --> 00:01:48.560
Beispielsweise: eine zu hohe Lagertemperatur, sei es durch eine fehlerhafte Beheizung, eine unzureichende Kühlung oder durch Sonneneinstrahlung.

00:01:50.200 --> 00:01:55.680
der Eintrag erwärmter Produkte in oder Heißarbeiten am Behälter.

00:01:57.680 --> 00:02:06.440
das Vorhandensein katalytisch wirkender Verunreinigungen, z. B. Materialabtrag in Leitungen oder Behältern,

00:02:06.480 --> 00:02:13.880
durch Rückströmen aus Reaktoren oder Abgasleitungen, oder durch verunreinigte Einsatzstoffe.

00:02:16.240 --> 00:02:24.760
Als relevante Parameter, die bei der Lagerung eine unerwünschte Reaktion ausläsen oder begünstigen können

00:02:25.400 --> 00:02:31.000
und daher gegebenenfalls überwacht werden müssen, sind insbesondere anzusehen:

00:02:31.800 --> 00:02:38.600
die Temperatur, die bei größeren Behältern in der Regel an mehreren Punkten gemessen werden muss.

00:02:39.560 --> 00:02:48.560
die Lagerdauer, da sie zu einer Abnahme stabilisierender und einer Zunahme autokatalytisch wirkender Stoffe führen kann.

00:02:49.920 --> 00:02:56.760
der pH-Wert, der einen maßgeblichen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit haben kann.

00:02:57.960 --> 00:03:12.200
mögliche Verunreinigungen, eine Aufkonzentration reaktiver Komponenten durch Entmischung, beispielsweise in kalten Anlageteilen, oder ein Ausfrieren von Stabilisatoren.

00:03:13.320 --> 00:03:24.320
Licht/UV-Strahlung, sofern eine Reaktion durch Licht oder UV-Strahlung initiiert werden kann, beispielsweise die Peroxidbildung bei Ethern.

00:03:26.320 --> 00:03:38.520
Bei einem so genannten autokatalytischen Verhalten von Chemikalien entstehen bei der Zersetzung Nebenprodukte, die den Reaktionsverlauf auch ohne Temperaturerhöhung noch beschleunigen.

00:03:39.680 --> 00:03:45.440
In einem solchen Fall bietet auch eine Temperaturüberwachung keinen ausreichenden Schutz.

00:03:46.880 --> 00:03:55.920
Bekannt ist dieses autokatalytische Verhalten z. B. bei Acrylaten, Nitroverbindungen sowie bei Thiophosphorsäureestern.

00:03:58.320 --> 00:04:09.720
Brennbare feste Stoffe, besonders in Form von Stäuben, Granulat oder Pulver, können aufgrund ihrer relativ großen Oberfläche bei Kontakt mit Luftsauerstoff

00:04:09.920 --> 00:04:23.360
bereits bei relativ niedrigen Temperaturen durch eine Oxidationsreaktion so viel Wärme entwickeln, dass eine merkliche Temperaturerhöhung bis hin zur Selbstentzündung auftritt.

00:04:23.560 --> 00:04:27.880
Schauen wir nun auf die Destillation thermisch sensibler Flüssigkeiten.

00:04:28.600 --> 00:04:42.120
Bei diesem Vorgang erfolgt eine Auftrennung von Flüssigkeitsmischungen aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte in zwei oder mehr Bestandteile, die sich im Sumpf bzw. im Destillat anreichern.

00:04:43.400 --> 00:04:55.120
Daher gilt es drei Stoffströme zu berücksichtigen: Die Rohware, das Destillat und den Sumpf, die ggfs. unterschiedliche thermische Eigenschaften besitzen.

00:04:56.320 --> 00:05:07.920
Üblicherweise wird bei erhöhten Temperaturen destilliert, wobei die Destillations-
apparate im Sumpfteil in der Regel nur eine Heizung und keine Kühlung besitzen.

00:05:09.920 --> 00:05:16.520
Destillationsapparate können je nach Bauart kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden.

00:05:17.240 --> 00:05:24.240
Die Produktmenge und die Verweilzeit bei erhöhter Temperatur liegen von wenigen Kilogramm

00:05:24.240 --> 00:05:35.520
und wenigen Minuten (z. B. bei Dünnschichtverdampfern) bis zu mehreren Tonnen und mehreren Tagen (z. B. im Sumpf von Destillationsblasen).

00:05:36.480 --> 00:05:42.560
Entsprechend unterschiedlich ist die daraus folgende Beurteilung der thermischen Stabilität.

00:05:43.960 --> 00:05:51.160
Unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten sind bei der Destillation vor allem folgende Gefahrenquellen von Bedeutung:

00:05:52.720 --> 00:06:05.400
eine hohe thermische Belastung der Produkte, denn das Abtrennen von Lösemittel führt im Destillationsverlauf zur Aufkonzentrierung von thermischem Zersetzungspotential im Sumpf.

00:06:06.400 --> 00:06:13.480
Ergab die thermoanalytische Untersuchung des Einsatzstoffes beispielsweise nur eine geringe Zersetzungswärme,

00:06:13.880 --> 00:06:20.960
so hat sich diese nach Abtrennen von 90 % einer inerten Komponente verzehnfacht!

00:06:21.840 --> 00:06:28.600
das Verstopfen der Kolonne, beispielsweise durch Polymerisation oder Kristallisation.

00:06:29.360 --> 00:06:39.600
Dies kann die aufgrund der Beheizung einen Druckanstieg bewirken. Und damit auch einen Temperaturanstieg, weil sich der Siedepunkt bei höherem Druck verschiebt.

00:06:41.480 --> 00:06:50.400
das Eindringen von Luft bei Vakuumdestillationen, als Folge einer Leckage oder des Ausfalls der Vakuumpumpe.

00:06:51.440 --> 00:06:59.400
Da mit dem Ausfall des Vakuums auch die Siedekühlung wegfällt, kann es im Sumpf deutlich wärmer werden als ursprünglich geplant

00:07:00.520 --> 00:07:04.240
und die Temperatur somit in den Bereich der Zersetzung gelangen.

00:07:05.600 --> 00:07:12.880
Dies gilt im Übrigen auch für das bestimmungsgemäße Brechen des Vakuums am Ende eines Destillationsschrittes.

00:07:15.280 --> 00:07:23.560
In Kolonnen mit Gewebepackungen kann das Eindringen von Luft aufgrund der relativ großen Oberfläche weitere Effekte haben:

00:07:24.480 --> 00:07:33.440
die Temperatur, bei der sich das Produkt entzündet, sinkt: somit sind Brände und Explosionen beim Belüften möglich

00:07:34.680 --> 00:07:43.480
und durch die Wechselwirkung von Metall und Produkt kann es lokal zu „hot spots“ und zur Initiierung von Zerfallsreaktionen kommen.

00:07:43.920 --> 00:07:55.800
Bei der Destillation von Monomeren ist darüber hinaus zu berücksichtigen, dass es ggfs. zu einer Abreicherung des Stabilisators im Destillat kommen kann.

00:07:57.000 --> 00:08:09.920
Bei der Beurteilung der thermischen Sicherheit von Destillationsprozessen ist von Vorteil, dass über das bestimmungsgemäße Sieden einer Komponente dem System ständig Wärme entzogen wird.

00:08:11.400 --> 00:08:24.320
Erleichternd gegenüber der Lagerproblematik ist weiterhin, dass bei Destillationen die Zeiträume der thermischen Belastung in der Regel kürzer und die Stoffmengen geringer sind.

00:08:25.640 --> 00:08:32.800
Kritische Produkte können daher im Einzelfall sogar im Bereich beginnender Zersetzung destilliert werden,

00:08:32.840 --> 00:08:43.880
wenn z. B. statt einer Destillationsblase ein Dünnschichtverdampfer verwendet wird, in dem das Produkt nur über relativ kurze Zeit thermisch belastet wird.

00:08:46.360 --> 00:08:53.320
Bei der Destillation thermisch sensibler Stoffe sind folgende sicherheitstechnischen Aspekte zu berücksichtigen:

00:08:54.400 --> 00:09:00.360
Begrenzen der Sumpftemperatur. Bei einer Temperaturüberschreitung ist die Beheizung abzustellen.

00:09:01.440 --> 00:09:10.280
Begrenzen der Verweilzeit. Beispielsweise durch ein regelmäßiges Ablassen des Sumpfes bei diskontinuierlichen Destillationen.

00:09:11.000 --> 00:09:17.680
Überwachen des Unterdrucks bei Vakuumdestillationen, beispielsweise über eine Druckmessung.

00:09:18.800 --> 00:09:28.880
Bei einem Zusammenbrechen des Vakuums ist die Beheizung sofort zu unterbrechen. Das Belüften der Kolonne auf Umgebungsdruck sollte mit einem Inertgas erfolgen.

00:09:30.000 --> 00:09:36.920
Kommen wir nun zum Trocknen thermisch sensibler Feststoffe. Dies erfolgt beispielsweise in einem:

00:09:36.920 --> 00:09:38.240
Wirbelschichttrockner

00:09:38.240 --> 00:09:39.400
Sprühtrockner

00:09:39.400 --> 00:09:39.720
Fließbetttrockner

00:09:39.720 --> 00:09:40.480
Paddeltrockner

00:09:40.480 --> 00:09:41.360
Schaufeltrockner

00:09:41.360 --> 00:09:42.120
Hordentrockner

00:09:42.120 --> 00:09:43.280
Bandtrockner

00:09:43.280 --> 00:09:44.800
oder Tellertrockner

00:09:45.440 --> 00:09:53.160
Allen Trocknungsvorgängen ist gemeinsam, dass das zu trocknende Gut einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird.

00:09:53.960 --> 00:10:04.560
Unterschiede bestehen in der Zeitdauer und in der Behandlung des zu trocknenden Gutes. Dieses kann als Schüttung oder in Luft verwirbelt vorliegen.

00:10:06.360 --> 00:10:13.600
Bei der Trocknung in einer Schüttung ist das zu trocknende Gut der Temperatur längerfristig ausgesetzt.

00:10:14.320 --> 00:10:26.800
In diesem Fall muss neben der Gefahr einer Zersetzungsreaktion mit der Möglichkeit einer Selbstentzündung gerechnet werden, die zum Abbrand des gesamten Trockners führen kann.

00:10:28.360 --> 00:10:38.400
Bei Trocknern, bei denen das Produkt aufgewirbelt wird, kommt das zu trocknende Gut in der Regel nur kurzfristig mit der hohen Temperatur in Kontakt;

00:10:38.520 --> 00:10:46.680
es besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich Ablagerungen bilden, die diesen Temperaturen längerfristig ausgesetzt sind.

00:10:47.840 --> 00:10:52.440
Unter Umständen ist so die Möglichkeit einer Selbstentzündung gegeben.

00:10:53.600 --> 00:11:04.160
Ein so entstandenes Glimmnest kann als Zündquelle dienen und, sofern eine explosionsfähige Atmosphäre vorliegt, eine Explosion verursachen.

00:11:05.560 --> 00:11:16.920
Trocknungsvorgänge, bei denen das Produkt aufgewirbelt wird, sind darüber hinaus geprägt durch das mägliche Auftreten explosionsfähiger Staub/Luft-Gemische.

00:11:16.960 --> 00:11:31.520
Oder sogar dem Vorkommenvon hybriden Gemischen, also von Gemischen aus Luft, brennbaren Stäuben und brennbaren Dämpfen. Daher müssen auch Kenntnisse zum Staubexplosionsverhalten vorliegen.

00:11:32.520 --> 00:11:38.840
Für die verschiedenen Trocknertypen müssen daher spezifische Schutzkonzepte angewandt werden.

00:11:39.800 --> 00:11:47.200
Zusammengefasst: Nicht nur bei chemischen Synthesereaktionen besteht die Gefahr durchgehender Reaktionen,

00:11:47.240 --> 00:11:53.120
sondern bei allen Prozessschritten, sofern thermisch sensible Stoffe gehandhabt werden.

00:11:54.800 --> 00:12:07.120
Voraussetzung für einen sicheren Umgang ist das Wissen über die sicherheitstechnischen Kenngrößen
der gehandhabten Stoffe – und die spezifischen Herausforderungen der jeweiligen Verfahrensschritte.