EP2969176A1 - Verfahren zur handhabung deflagrationsfähiger feststoffe - Google Patents

Verfahren zur handhabung deflagrationsfähiger feststoffe

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EP2969176A1
EP2969176A1 EP14708284.6A EP14708284A EP2969176A1 EP 2969176 A1 EP2969176 A1 EP 2969176A1 EP 14708284 A EP14708284 A EP 14708284A EP 2969176 A1 EP2969176 A1 EP 2969176A1
Authority
EP
European Patent Office
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deflagration
processing
pressure
mechanical
handling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14708284.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Morhenn
Steffen SALG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer AG
Original Assignee
Bayer Technology Services GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayer Technology Services GmbH filed Critical Bayer Technology Services GmbH
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Publication of EP2969176A1 publication Critical patent/EP2969176A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/002—Avoiding undesirable reactions or side-effects, e.g. avoiding explosions, or improving the yield by suppressing side-reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C245/00—Compounds containing chains of at least two nitrogen atoms with at least one nitrogen-to-nitrogen multiple bond
    • C07C245/02—Azo compounds, i.e. compounds having the free valencies of —N=N— groups attached to different atoms, e.g. diazohydroxides
    • C07C245/04—Azo compounds, i.e. compounds having the free valencies of —N=N— groups attached to different atoms, e.g. diazohydroxides with nitrogen atoms of azo groups bound to acyclic carbon atoms or to carbon atoms of rings other than six-membered aromatic rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C311/00—Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C311/48—Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of sulfonamide groups further bound to another hetero atom
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B39/00—Packaging or storage of ammunition or explosive charges; Safety features thereof; Cartridge belts or bags
    • F42B39/14—Explosion or fire protection arrangements on packages or ammunition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D5/00—Safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D5/00—Safety arrangements
    • F42D5/04—Rendering explosive charges harmless, e.g. destroying ammunition; Rendering detonation of explosive charges harmless
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
    • B01J2219/00259—Preventing runaway of the chemical reaction
    • B01J2219/00261—Predicting runaway of the chemical reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
    • B01J2219/00259—Preventing runaway of the chemical reaction
    • B01J2219/00263—Preventing explosion of the chemical mixture

Definitions

  • the invention relates to a method for processing and handling of deflagratable solids and mixtures, in particular for processing deflagrationsLiteer substances in the chemical and pharmaceutical industries, wherein the processing and handling takes place in an environment under reduced pressure.
  • the technical rule for plant safety (TRAS) No. 410 defines a deflagration as follows: "A deflagration is a reaction that can be triggered locally at a given amount of substance and from there propagates independently through the entire amount of substance in the form of a reaction front. The propagation velocity of the reaction front is lower than the speed of sound in the substance. Deflagration can release large amounts of hot gases that may also be flammable. The deflagration velocity increases with the temperature and, as a rule, also with the pressure ".
  • Deflagratable solids decompose after local action of a sufficiently strong ignition source (initiation) even without the presence of atmospheric oxygen. In contrast to a fire or an explosion deflagration can not be prevented by exclusion of oxygen.
  • the known from the explosion protection measure of inerting with nitrogen or other inert gases offers no protection against deflagration.
  • Vacuum processing has not previously been considered as a protective measure for the processing and handling of substances capable of deflagration. Explosions are fast deflagrations with sudden increases in pressure and temperature. When the speed of sound is exceeded, a deflagration becomes a detonation.
  • the substances capable of deflagration are mostly organic or inorganic compounds in solid form.
  • organic compounds having functional groups such as carbon-carbon double and triple bonds, such as acetylenes, acetylides, 1,2-dienes, are prone to deflagration;
  • strained ring compounds such as azirines or epoxides, compounds with adjacent N atoms such as azo and diazo compounds, hydrazines, azides, compounds having contiguous O atoms such as peroxides and ozonides, oxygen-nitrogen compounds such as hydroxylamines, nitrates, N-oxides, 1, 2 oxalates, nitro and nitroso compounds;
  • Halogen-nitrogen compounds such as chloramines and fluoramines, halogen-oxygen compounds such as chlorates, perchlorates, iodosyl compounds;
  • Sulfur-oxygen compounds such as sulphonyl halides, sulphonyl cyanides, and compounds
  • the deflagration ability of a substance must be determined separately in individual cases.
  • test C.I The deflagration ability is assessed in test C.I as follows:
  • fast deflagration capable if the pressure within the pressure vessel after ignition in less than 30 seconds from 6.90 barü to 20.70 barü increases.
  • test C.2 a sample is filled into a Dewar vessel about 48 mm in inner diameter and 180-200 mm high. The mixture is ignited with an open flame. The deflagration ability is assessed in test C.2 as follows:
  • fast deflagration capable if the deflagration speed is greater than 5 mm / sec.
  • thermocouples are mounted radially offset at different heights.
  • the progress of the decomposition is determined. The initiation takes place from above and from the bottom of the bed. If the decomposition proceeds in at least one of the experiments (ignition from above and ignition from below), then the substance is considered capable of deflagration.
  • ignition sources are filament, glow plug, micro burner or an ignition mixture (silicon / lead oxide in the ratio 3: 2).
  • the duration of action and the energy input of the ignition sources are not further defined.
  • the standard version according to VDI2263-1 measures the deflagration behavior at ambient temperature and pressure. It can also be measured at elevated temperature and in a closed vessel. It is known that many substances in the test according to VDI2263-1 without the formation of a closed front and not completely decompose. Frequently, within the bed, channels are formed, in the interior of which the decomposition progresses while the surrounding material does not decompose. However, such behavior means a potential hazard for the processing of a substance. The person skilled in the art will select the parameters for the examination of the deflagration behavior of a substance or substance mixture such that the situation during processing on the best reproduced.
  • a substance for the test according to VDI2263-1 is brought to the temperature at which the processing of the substance takes place.
  • the ignition source it can be assumed that there is no deflagration capability if, after 300 seconds exposure time at a temperature> 600 ° C, for example, by a filament or a glow plug, the latter at an energy consumption of 40 W, corresponds to, no progression of Reaction is observed. As the reaction progresses, any mode of continued decomposition which propagates through the bed is to be considered indicative of deflagration behavior, even when channeling is occurring and the bed is not fully reacted to form a decomposition front.
  • deflagration-capable substances are divided into 3 hazard classes. While substances of hazard class 3 may in principle not be processed in apparatus with mechanical installations, substances of hazard classes 1 and 2 can, under certain conditions, be processed in appliances with mechanical installations.
  • candle switch-on time ie the time that the ignition source is switched on in test VDI2263-1 from the switch-on to the appearance of the decomposition reaction.
  • the authors compare the candle on time with the minimum ignition energy in dust explosions.
  • the candle-on time can also be interpreted in terms of processing in a production apparatus as the time that an ignition source such as a hot spot or a hot screw can act on the surrounding substance before cooling the contact point or screw or renewing the environment the hot spot is reached again an uncritical state.
  • deflagration-capable solids are carried out with the usual process steps known from organic and inorganic chemistry. Usually, starting materials in liquid form or in the form of solutions are reacted with each other, the desired substance usually precipitates out as a solid. This is then separated from the remaining liquid components, and is available after any further purification steps, drying and intermediate storage in the desired form for filling and transport to the customer. Optionally, the desired substance is further processed and, for example, ground and / or mixed with other components.
  • deflagratable solids on a laboratory scale is usually unproblematic.
  • the amounts handled are small, the likelihood of initiation of deflagration is low, any deflagration that occurs is quickly detected, and even if deflagration is not detected and progressed, the extent of damage is small.
  • the problem is the production of deflagration-capable substances in larger quantities as it takes place in a pilot plant or in a production plant.
  • a number of apparatuses are used which, on the one hand, have potential sources of initiation, and in which, on the other hand, a deflagration may possibly only be detected a longer time after the initiation.
  • Apparatuses in technical and production plants are often equipped with mechanical devices which serve for transport, mixing, renewal of the surface or other purposes.
  • mixers with moving mechanical elements such as plowshare mixers or screw mixers are used for the homogenization of solids.
  • the mechanical devices are one of the most frequent causes for the initiation of deflagration.
  • a moving mixing element can come into direct contact with the apparatus jacket, local heating takes place at the friction location, which causes the surrounding substance to decompose and thus initiate deflagration.
  • a foreign body for example a screw
  • deflagration has been triggered.
  • deflagration can be transferred from one apparatus to another.
  • an introduced screw in a mixer an introduced screw can be heated by friction in the manner described.
  • the hot screw is then discharged, for example, in a silo without mechanical installations.
  • the temperature of the screw can still be sufficiently high to cause the surrounding substance in the silo to decompose and thus trigger a deflagration.
  • agglomerates in which a deflagrative decomposition has already been induced can be used in an apparatus without mechanical installations are discharged and there initiate the deflagrative decomposition of the apparatus contents.
  • One common way to avoid deflagration is to carefully avoid the entry of foreign bodies. This can be done for example by a metal deposition, which before entry into the apparatus and prevents entrainment of screws and other metallic foreign bodies in the processing step.
  • the mentioned methods of avoiding ignition sources can significantly reduce the risk of deflagration, but the deflagration can not be excluded in this way.
  • the methods mentioned are also complex and in some cases associated with a deterioration in the performance of the apparatus.
  • Another way to avoid deflagration is to mix the deflagration-capable substance with another, not deflagration-capable and non-catalytically active substance.
  • a disadvantage of this measure is that the desired substance can not be obtained in the desired composition.
  • the reduction of the deflagration ability by adding another substance is described for example in US5268177.
  • Another method for the safe processing of substances capable of deflagration is to safely remove the pressure created during deflagration or the gases produced during deflagration. This can be done, for example, by installing appropriately sized rupture disks and corresponding Abieit Roaden. It should be noted that the deflagration rate increases with increasing pressure, set pressure and discharge are to be interpreted accordingly. Care must also be taken to ensure that entrained substances are prevented from continuing to deflagrate. This can be done, for example, by introducing the discharged gases into a water bath.
  • Another known method for the safe processing of substances capable of deflagration is to recognize the beginning of a deflagration in time and to prevent the onset of deflagration by dissipating the energy. Detection can be done through a number of indicators. For example, the monitoring of temperature and / or pressure are known. However, it can also detect the occurrence of certain decomposition gases such as carbon monoxide. When the tripping value is reached, the energy is removed from the system. In general, this is done by adding a larger amount of water. Due to the heat capacity of the water, the deflagration substance cools to temperatures below the decomposition temperature. An additional heat dissipation can be done by the formation of water vapor. A detergent may be added to the water to ensure good wetting of the deflagrating substance.
  • a disadvantage of the above-mentioned methods is that they only have a damage-limiting effect and become effective only after the deflagration has been triggered. Thus, these methods result in the loss of at least a portion of the substance, as it partially decomposes and the undecomposed portions are rendered unusable by water and other reagents, as a rule. Another problem is the safe removal of water vapor. It should be noted that the previously described methods for processing deflagration-capable substances have disadvantages.
  • the object of the present invention was therefore to provide better measures for the processing and / or handling of deflagratable solids or solid mixtures.
  • these measures should reduce the likelihood of triggering a deflagration, without changing the material properties by adding another substance.
  • the object is achieved by a method wherein the processing and / or handling of the deflagratable solids is carried out in a reduced-pressure environment. It has surprisingly been found that the initiation of deflagration during the processing and handling of deflagration-capable substances in a reduced-pressure environment can be significantly delayed.
  • a delay in the initiation of deflagration can surprisingly be achieved by a slight reduction in the pressure within the apparatus below the ambient pressure / atmospheric pressure.
  • bara bar absolute.
  • the processing and handling takes place at the lowest possible pressure within the apparatus.
  • Preferred for processing is a pressure range of ⁇ 500 mbara, more preferably a pressure range ⁇ 100 mbara, more preferably in a pressure range ⁇ 20 mbara.
  • the lower limit of the pressure range within the vessel> 2 mbara, preferably> 10 mbara is recommended.
  • the process according to the invention is applicable to the processing and handling of deflagratable solid substances including explosive solid substances.
  • deflagration-capable either according to the UN “Transportation of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria", 5th Revised Edition, 2009, Deflagration, Criteria under Section 23.2.2 are considered to be capable of deflagration (Question "Can it propagate adeflagration?" - Answer "yes,ely” or “yes, slowly”), and / or in test VDI2263-1 when tested at the temperature intended for processing and ignition from above or below with a squib, Zünd mindfull or glow plug, the latter with a recorded power of at least 40 W and an exposure time of 300 seconds have an automatic decomposition, wherein the decomposition can proceed in the form of a decomposition front as well as in the form of decomposition channels.
  • Typical deflagration-capable substances within the meaning of the present invention are organic compounds having functional groups such as carbon-carbon double and triple bonds such as acetylenes, acetylides, 1,2-dienes; strained ring compounds such as azirines or epoxides, compounds with adjacent N atoms such as azo and diazo compounds, hydrazines, azides, compounds with contiguous O atoms such as peroxides and ozonides, oxygen-nitrogen compounds such as hydroxylamines, nitrates, N-oxides , 1,2 oxalates, nitro and nitroso compounds; Halogen-nitrogen compounds such as chloroamines and fluoramines, halogen-oxygen compounds such as chlorates, perchlorates, iodosyl compounds; Sulfur-oxygen compounds such as sulphonyl halides, sulphonyl cyanides, and compounds with carbon-metal bonds and nitrogen-metal bonds such as Grignard
  • Deflagratable solids are deflagratable substances in solid form, which substance is pure or mixed in solid form, e.g. is present as a powder or granules in any grain size.
  • Deflagratable solids within the meaning of this invention also include deflagratable liquids, which are absorbed on non-deflagratable solids and thus present in solid form.
  • deflagratable solids likewise include substances capable of deflagration in solid form which still have residues of water or other liquids such as solvents (moist solids).
  • the grain size and the particle size distribution are known to influence the deflagration behavior, but the two parameters are not limiting for the present invention.
  • Processing and handling in the sense of this application are process and handling steps for the production, processing, storage and transport of deflagratable solids, in particular filtration, drying, grinding, sieving, mixing, homogenizing, granulating, compacting, filling, storing and transporting in a transport container , as well as mechanical transport such as the promotion in augers or by rotary valves.
  • these process steps can be carried out either in or with the aid of apparatus in which the processed solid is moved by means of mechanical means, such as in a plowshare mixer, or in or by means of apparatuses without mechanical means, such as for example silos.
  • Particularly advantageous is the method for processing and handling deflagrationsLiteer solids in apparatus with mechanical installations.
  • the prior art discloses processing storage and transport in or with the aid of apparatuses without mechanical installations under reduced pressure for reducing the risk of explosion of explosive solids or for protection against damage by atmospheric oxygen. However, the reduced pressure is associated with the provision of an inert atmosphere.
  • the invention therefore provides a process for processing and / or handling deflagratable solids with one or more process steps from the group comprising filtration, milling, sieving, mixing, homogenizing, granulating, compacting, filling, drying, storage and transport in a transport container and other Steps in apparatus with mechanical installations, characterized in that the processing and / or handling takes place in a reduced pressure environment.
  • the reduction in pressure in the apparatus is accomplished by techniques known to those skilled in the art by means of vacuum pumps such as positive displacement pumps, jet pumps, rotary vane pumps, centrifugal pumps, water ring pumps, Roots pumps and other equipment suitable for generating the desired pressure.
  • mixers with mechanical components such as plowshare mixers or screw mixers (“Nauta mixers”) are frequently used for homogenizing or mixing in additives.
  • the mixers are generally operated at atmospheric pressure Crushing tools ("chopper") may be built in. Malfunctioning, for example due to deformation of the mixing element or the insertion of a screw, may result in local heating due to friction, which can cause deflagration, if such a mixer is used instead of at atmospheric pressure operated in an apparatus under reduced pressure, the probability of triggering a deflagration can be greatly reduced, the risk of uncontrolled decomposition of the apparatus contents decreases, and the safety of the system is significantly increased.
  • the filtration in a suction filter is described.
  • a suspension is usually applied to a sieve or other filter medium.
  • the filtrate permeates through the sieve or filter medium by gravity, and the filtration rate can be increased by subduct on the filtrate side and / or overpressure on the addition side.
  • the suspension is stirred as a rule by means of a stirrer. As long as there is liquid on the addition side, the risk of deflagration is low. After separation of the liquid phase increases the risk of deflagration.
  • the stirrer By mechanical installations, for example the stirrer, a malfunction due to frictional heat can cause a deflagration to be triggered.
  • the filter cake is kept under reduced pressure. This can be done, for example, by applying a slight negative pressure on the addition side of, for example, 500 mbara at a higher negative pressure of, for example, 20 mbara on the filtrate side, while still maintaining a pressure difference across the filter.
  • a slight negative pressure on the addition side of, for example, 500 mbara at a higher negative pressure of, for example, 20 mbara on the filtrate side, while still maintaining a pressure difference across the filter.
  • according to the invention can be brought to a pressure according to the invention below the atmospheric pressure at the end or after completion of the filtration and before switching on the mechanical devices such as stirrer, the apparatus on the task side or the entire apparatus.
  • the stirrer is switched on during the presence of the liquid phase on the filter, the stirrer is switched off when the liquid level drops to avoid the triggering of deflagration and is switched on again only after the generation of a negative pressure according to the invention.
  • the discharge from a filter chute is usually done by a mechanical discharge. This can be done for example by the stirrer, which is driven to discharge in the reverse direction, or a separate mechanical discharge device. In the event of malfunction, frictional heat may cause the deflagration to be triggered.
  • the discharge from a suction filter at a pressure below atmospheric pressure whereby the probability of occurrence of deflagration is significantly reduced.
  • the transport of solids is often carried out by screw conveyors, which are installed in a pipe or pipe-like apparatus.
  • screw conveyors By friction of the screw on the wall, or by entry of a foreign body such as a screw in the screw, it can come by frictional heat to trigger a deflagration. Cases are also known in which deflagrations have already been triggered by the compression in a clogged conveyor screw.
  • the pressure in the apparatus surrounding the screw conveyor is reduced to a pressure below the atmospheric pressure, whereby the probability of occurrence of deflagration is significantly reduced.
  • Rotary valves are often used in the transition from one device to another.
  • the pressure in the rotary valve is reduced to a pressure below the atmospheric pressure, whereby the probability of occurrence of deflagration is significantly reduced.
  • a deflagration By entrenched hot foreign bodies, such as a screw heated by friction in a screw conveyor, a deflagration can be triggered in apparatus without mechanical means.
  • these apparatuses are kept at a pressure below atmospheric pressure during and after filling, which significantly reduces the likelihood of deflagration.
  • a particular problem in the processing of deflagrationsLiteer substances is the crushing and milling. In mills, crushers and analogous comminution organs mechanical energy is introduced into the material to be ground, there is already in normal operation to a heating by friction, by which a deflagration can be triggered , If a foreign object such as a screw is introduced, the probability of triggering a deflagration increases significantly.
  • the mill or the comminution device is operated at a pressure below atmospheric pressure, which significantly reduces the probability of a deflagration occurring.
  • the mills or comminution means may be known mills such as roll crushers, spiked or toothed roller crushers.
  • the screening or sieving is carried out with a friction sieve or strainer at a pressure below atmospheric pressure, whereby the probability of occurrence of deflagration is significantly reduced.
  • the hot gases cause both the energy input for evaporation and the mass transfer.
  • the energy input can also be done by heating the wall or heated internals. Instead of in the gas stream, the drying can also be done in a vacuum.
  • the drying of substances capable of deflagration always takes place at reduced pressure.
  • the adjustment of the reduced pressure can be carried out solely by generating the negative pressure by means of a pump, as well as by generating the negative pressure by means of a pump and simultaneously supplying a limited amount of gas into the dryer to improve the mass transfer. Both measures significantly reduce the likelihood of deflagration.
  • the measurements were carried out in a metal tube 4.8 cm in diameter and 13.5 cm in height.
  • the test tube was in each case filled with azodicarbonamide 97%, obtained from Sigma-Aldrich. Subsequently, four 1.5 mm NiCr-Ni cladding thermocouples were inserted in the middle of the bed in such a way that the first element was 1 cm above the top of the glow plug and the other elements each 2 cm higher.
  • test tube was transferred to an autoclave of 4 l internal volume and an internal height of 15.5 cm.
  • test tube was attached to a rod fixed to the autoclave lid in such a way that the test tube had no contact with the jacket of the autoclave.
  • Autoclave and sample were at room temperature.
  • a measurement begins with the simultaneous application of electrical power and the start of the temperature-time recording.
  • the introduced power was constantly controlled to 40 W over the duration of the measurement.
  • the temperature rise at the first measuring point (1 cm above the ignition source) was evaluated.
  • the temperature at the first measuring point remained virtually constant after the beginning of application of the electrical power, or rose slowly by a few ° C., when the deflagration occurred, a strong temperature rise of> 5 ° C./sec was observed.
  • the increase in temperature at the other temperature sensors and the pressure in the autoclave increased after the start of the ignition in each case with a time delay.
  • test tube described above was filled with 85 g of azodicarbonamide (ADCA).
  • the test tube was transferred to the autoclave.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 19 seconds, the temperature rose to the temperature sensor mounted 1 cm above the glow plug.
  • ADCA azodicarbonamide
  • test tube described above was filled with 85 g of azodicarbonamide (ADCA).
  • ADCA azodicarbonamide
  • the test tube was transferred to the autoclave, the autoclave was evacuated to 750 mbara by means of a pump.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 34 seconds, the temperature rose to the temperature sensor mounted 1 cm above the glow plug.
  • test tube described above was filled with 85 g of azodicarbonamide (ADCA).
  • ADCA azodicarbonamide
  • the test tube was transferred to the autoclave, the autoclave was evacuated to 500 mbara by means of a pump.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 53 seconds, the temperature rose to the temperature sensor mounted 1 cm above the glow plug.
  • test tube described above was filled with 85 g of azodicarbonamide (ADCA).
  • ADCA azodicarbonamide
  • the test tube was transferred to the autoclave, the autoclave was evacuated to 100 mbara by means of a pump.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 149 seconds, the temperature rose to the temperature sensor mounted 1 cm above the glow plug.
  • the experiment was repeated twice under the same conditions.
  • the temperature rose after 137 and 189 seconds, respectively.
  • ADCA Under the applied negative pressure, ADCA behaves like a deflagration-capable substance of hazard class 1 according to the categorization of VDI Report 975 (1992) page 99 ff. (Processing in apparatus with mechanical installations possible).
  • test tube described above was filled with 85 g of azodicarbonamide (ADCA).
  • ADCA azodicarbonamide
  • the test tube was transferred to the autoclave, the autoclave was evacuated to 10 mbara by means of a pump.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 172 seconds, the temperature rose to the temperature sensor mounted 1 cm above the glow plug.
  • the experiment was repeated twice under the same conditions.
  • the temperature increased after 166 and 190 seconds, respectively.
  • test tube described above was filled with 40 g of a mixture of 50% tolylfluanid and 50% by weight diatomaceous earth.
  • the test tube was transferred to the autoclave.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 75 seconds, the temperature rose at the temperature sensor mounted 1 cm above the glow plug, the temperature increase at this temperature sensor reached a maximum of 3.9 K / sec after 170 seconds.
  • Example 7 Tolylfluanid (50%) - Under reduced pressure of 100 mbara
  • the test tube described above was filled with 40 g of a mixture of tolylfluanid (50%).
  • the test tube was transferred to the autoclave, the autoclave was evacuated to 100 mbara by means of a pump.
  • the mixture was heated by means of the glow plug with a power of 40 W applied over the duration of the measurement. After 103 seconds, the temperature at the 1 cm above the glow plug mounted temperature sensor, the temperature rise at this temperature sensor reached after 240 sec, a maximum of 1.9 K / sec.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung und Handhabung von deflagrationsfähigen Feststoffen und Gemischen, insbesondere zur Verarbeitung deflagrationsfähiger Stoffe in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, wobei die Verarbeitung und Handhabung in einer Umgebung unter reduziertem Druck von ≤500 mbara erfolgt, wobei die Verarbeitung und / oder Handhabung ein oder mehrere Verfahrensschritten selektiert aus einer Gruppe umfassend Filtration, Mahlen, Sieben, Mischen, Homogenisieren, Granulieren, Kompaktieren, Abfüllen, Trocknen, Lagern und Transport in einem Transportbehälter sowie sonstige Schritten in Apparate mit mechanischen Einbauten umfasst..

Description

Verfahren zur Handhabung deflagrationsfähiger Feststoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung und Handhabung von deflagrationsfähigen Feststoffen und Gemischen, insbesondere zur Verarbeitung deflagrationsfähiger Stoffe in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, wobei die Verarbeitung und Handhabung in einer Umgebung unter reduziertem Druck erfolgt.
Die Technische Regel für Anlagensicherheit (TRAS) Nr. 410 definiert eine Deflagration wie folgt: „Eine Deflagration ist eine Reaktion, die an einer vorgegebenen Stoffmenge örtlich begrenzt auslösbar ist und die sich von dort selbständig durch die gesamte Stoffmenge hindurch in Form einer Reaktionsfront fortpflanzt. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Reaktionsfront ist niedriger als die Schallgeschwindigkeit im Stoff. Bei einer Deflagration können große Mengen an heißen Gasen freigesetzt werden, die unter Umständen auch brennbar sind. Die Deflagrationsgeschwindigkeit nimmt mit der Temperatur und in der Regel auch mit dem Druck zu".
Deflagrationsfähige Feststoffe zersetzen sich nach lokaler Einwirkung einer hinreichend starken Zündquelle (Initiierung) auch ohne Anwesenheit von Luftsauerstoff. Im Gegensatz zu einem Brand oder einer Explosion kann eine Deflagration nicht durch Sauerstoffausschluss unterbunden werden. Die aus dem Explosionsschutz bekannte Maßnahme der Inertisierung mit Stickstoff oder anderen inerten Gasen bietet keinen Schutz vor einer Deflagration. Die Verarbeitung unter Vakuum wurde bisher nicht als Schutzmaßnahme für die Verarbeitung und Handhabung von deflagrationsfähigen Stoffen angesehen. Explosionen sind schnelle Deflagrationen mit sprunghaftem Druck- und Temperaturanstieg. Bei Überschreiten der Schallgeschwindigkeit geht eine Deflagration in eine Detonation über.
Bei den deflagrationsfähigen Stoffen handelt es sich zumeist um organische oder anorganische Verbindungen in fester Form. Insbesondere neigen zur Deflagration organische Verbindungen mit funktionellen Gruppen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff Doppel- und Dreifachbindungen wie Acetylene, Acetylide, 1,2 Diene; gespannte Ringverbindungen wie Azirine oder Epoxide, Verbindungen mit aneinander grenzenden N-Atomen wie Azo- und Diazoverbindungen, Hydrazine, Azide, Verbindungen mit aneinander grenzenden O-Atomen wie Peroxiden und Ozoniden, Sauerstoff-Stickstoffverbindungen wie Hydroxylamine, Nitrate, N-Oxide, 1,2 Oxalate, Nitro- und Nitroso- Verbindungen; Halogen-Stickstoffverbindungen wie Chloramine und Fluoramine, Halogen-Sauerstoff Verbindungen wie Chlorate, Perchlorate, Jodosyl- Verbindungen; Schwefel-Sauerstoff-verbindungen wie Sulphonylhalide, Sulphonylcyanide, und Verbindungen mit Kohlenstoff-Metall-Bindungen und Stickstoff-Metall-Bindungen wie Grignard-reagenzien oder Organo-Lithium-verbindungen. Jedoch können auch viele andere organische Verbindungen ohne die genannten funktionellen Gruppen und eine Vielzahl anorganischer Verbindungen deflagrationsfähig sein.
Grundsätzlich gelten alle Stoffe mit einer Zersetzungsenthalpie von größer oder gleich 500 J/g als potentiell deflagrationsfähig. Es sind auch Stoffe mit Zersetzungsenthalpie von 300 - 500 J/g bekannt, welche deflagrationsfähig sind.
Die Deflagrationsfähigkeit einer Substanz muss im Einzelfall gesondert ermittelt werden.
Zur Prüfung des Deflagrationsverhaltens von Stoffen und Stoffgemischen sind verschiedene Prüfmethoden bekannt.
In dem UN Prüfbuch„Transportation of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria", 5th Revised Edition, 2009, werden in Sektion 23 (S 237 ff) 2 Prüfmethoden zur Ermittlung der Deflagrationsfähigkeit beschrieben.
In dem Test C. l („Time/Pressure Test") werden 5 g der zu prüfenden Substanz in einem Druckgefäß mit ca. 17 ml Inhalt gezündet. Kriterien für die Bewertung sind die Erreichung eines Grenzdrucks von ca. 20,7 barü, sowie die Zeit nach Zündung, in welcher der Grenzdruck erreicht wird. (Barü = Bar Überdruck)
Die Deflagrationsfähigkeit wird im Test C. l wie folgt beurteilt:
- Ja, schnell deflagrationsfähig, wenn der Druck innerhalb des Druckgefäßes nach Zündung in weniger von 30 Sekunden von 6,90 barü auf 20,70 barü ansteigt.
- Ja, langsam deflagrationsfähig, wenn der Druck innerhalb des Druckgefäßes nach Zündung in 30 Sekunden oder länger von 6,90 barü auf 20,70barü ansteigt.
- Nicht deflagrationsfähig, wenn der Grenzdruck von 20,70 barü nicht erreicht wird.
In dem Test C.2 wird eine Probe in ein Dewar-Gefäß mit etwa 48 mm innerem Durchmesser und einer Höhe von 180 - 200 mm gefüllt. Das Gemisch wird mit einer offenen Flamme gezündet. Die Deflagrationsfähigkeit wird im Test C.2 wie folgt beurteilt:
- Ja, schnell deflagrationsfähig, wenn die Deflagrationsgeschwindigkeit größer 5 mm/sec ist.
- Ja, langsam deflagrationsfähig, wenn die Deflagrationsgeschwindigkeit zwischen 0,35 mm/sec bis 5 mm/sec liegt.
- Nicht deflagrationsfähig, wenn die Deflagrationsgeschwindigkeit kleiner 0,35 mm/sec ist, oder die Reaktion vor Erreichen der unteren Marke verlöscht.
Insgesamt wird eine Substanz als nicht deflagrationsfähig eingestuft, wenn die Substanz im Test C.1 nicht als„schnell deflagrationsfähig" und im Test C.2 als nicht deflagrationsfähig klassifiziert wurde.
Ein weiterer Test zur Ermittlung der Deflagrationsfähigkeit ist in VDI2263-1 (1990, S. 13 ff.) beschrieben.
In der Prüfung nach VDI2263-1 wird eine Substanz in ein unten geschlossenes Glasrohr mit ca. 5 cm Durchmesser gefüllt, in welchem in verschiedenen Höhen radial versetzt mehrere Thermoelemente angebracht sind. Nach örtlicher Initiierung durch eine Glühwendel, eine Glühkerze, einen Mikrobrenner oder eine Zündmischung aus Blei(IV)-Oxid und Silizium wird die Fortschreitung der Zersetzung ermittelt. Die Initiierung erfolgt von oben und vom Boden der Schüttung aus. Breitet sich die Zersetzung in wenigstens der Versuche (Zündung von oben und Zündung von unten) aus, so gilt der Stoff als deflagrationsfähig.
Als Zündquellen alternativ verwendet werden Glühwendel, Glühkerze, Mikrobrenner oder eine Zündmischung (Silizium/Bleioxid im Verhältnis 3:2). Die Einwirkdauer und der Energieeintrag der Zündquellen sind nicht weiter definiert.
In der Standard- Ausführung nach VDI2263-1 wird das Deflagrationsverhalten bei Umgebungstemperatur- und Druck gemessen. Es kann aber auch bei erhöhter Temperatur und im geschlossenen Gefäß gemessen werden. Es ist bekannt, dass viele Stoffe sich in dem Test nach VDI2263-1 ohne die Ausbildung einer geschlossenen Front und auch nicht vollständig zersetzen. Häufig kommt es innerhalb der Schüttung zur Bildung von Kanälen, in deren Inneren die Zersetzung fortschreitet, während das umgebende Material sich nicht zersetzt. Ein solches Verhalten bedeutet aber für die Verarbeitung eines Stoffes ein Gefährdungspotential. Der Fachmann wird für die Prüfung des Deflagrationsverhaltens eines Stoffes oder Stoffgemisches die Parameter so auswählen, dass die Situation während der Verarbeitung am besten wiedergegeben wird. So wird eine Substanz für den Test nach VDI2263-1 auf die Temperatur gebracht werden, bei welcher auch die Verarbeitung der Substanz erfolgt. Bezüglich der Zündquelle kann man davon ausgehen, dass keine Deflagrationsfähigkeit vorliegt, wenn nach 300 Sekunden Einwirkzeit bei einer Temperatur > 600 °C, zum Beispiel durch eine Glühwendel oder eine Glühkerze, letztere bei einer Energieaufnahme von 40 W, entspricht, , noch keine Fortschreitung der Reaktion zu beobachten ist. Bei der Fortschreitung der Reaktion ist jede Art der Fortführung der Zersetzung, welche sich durch die Schüttung fortpflanzt, als Zeichen für ein Deflagrationsverhalten zu werten, auch wenn eine Kanalbildung vorliegt und die Schüttung nicht in voller Breite unter Ausbildung einer Zersetzungsfront durchreagiert.
In VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff wird eine Klassierung deflagrationsgefährlicher pulverförmiger Stoffe beschrieben. Die deflagrationsfähigen Stoffe werden in 3 Gefahrenklassen eingeteilt. Während Stoffe der Gefahrenklasse 3 grundsätzlich nicht in Apparaten mit mechanischen Einbauten verarbeitet werden dürfen, können Stoffe der Gefahrenklassen 1 und 2 unter gewissen Voraussetzungen in Apparaten mit mechanischen Einbauten verarbeitet werden.
Wichtige Kriterien für die Einstufung in eine der 3 Gefahrenklassen ist die Kerzeneinschaltzeit, das heißt die Zeit, welche die Zündquelle im Test VDI2263-1 vom Einschalten bis zum Sichtbarwerden der Zersetzungsreaktion eingeschaltet ist. Die Autoren vergleichen die Kerzeneinschaltzeit mit der Mindestzündenergie bei Staubexplosionen. Die Kerzeneinschaltzeit lässt sich im Hinblick auf die Verarbeitung in einem Produktionsapparat auch interpretieren als die Zeitspanne, mit welcher eine Zündquelle wie eine heiße Anlaufstelle oder eine heiße Schraube auf die sie umgebende Substanz einwirken kann, bevor durch Abkühlung der Anlaufstelle oder Schraube oder Erneuerung der Umgebung um die heiße Stelle wieder ein unkritischer Zustand erreicht wird. Es gilt somit:„Je kürzer die Kerzeneinschaltzeit, umso leichter ist die Deflagration auszulösen". Die Autoren nennen eine Kerzeneinschaltzeit von < 20 sec als Grenzwert für eine Einordnung in die Gefahrenklasse 3, und einen Grenzwert von > 60 sec als Grenzwert für eine Einordnung in die Gefahrenklasse 1.
Die Herstellung von deflagrationsfähigen Feststoffen erfolgt mit den üblichen, aus der organischen und anorganischen Chemie bekannten Verfahrensschritten. Meist werden Einsatzstoffe in flüssiger Form oder in Form von Lösungen miteinander zur Reaktion gebracht, der gewünschte Stoff fällt üblicherweise als Feststoff aus. Dieser wird dann von den verbliebenen flüssigen Komponenten abgetrennt, und steht nach eventuell weiteren Reinigungsschritten, Trocknung und Zwischenlagerung in gewünschter Form für die Abfüllung und den Transport zu den Abnehmern zu Verfügung. Gegebenenfalls wird der gewünschte Stoff weiter verarbeitet und zum Beispiel gemahlen und/oder mit anderen Komponenten vermischt.
Die Herstellung von deflagrationsfähigen Feststoffen im Labormaßstab ist in der Regel unproblematisch. Die gehandhabten Mengen sind klein, die Wahrscheinlichkeit der Initiierung einer Deflagration ist gering, eventuell auftretende Deflagrationen werden schnell erkannt und selbst bei Nichterkennen und Fortschreiten einer Deflagration ist das Schadensausmaß gering.
Problematisch ist jedoch die Herstellung deflagrationsfähiger Stoffe in größeren Mengen wie sie in einem Technikumsbetrieb oder in einem Produktionsbetrieb erfolgt. Hierbei kommen eine Reihe von Apparaten zum Einsatz, welche einerseits potentielle Initiierungsquellen aufweisen, und bei welchen andererseits eine Deflagration unter Umständen erst eine längere Zeit nach der Initiierung detektiert werden kann. Apparate in Technika und Produktionsbetrieben sind häufig mit mechanischen Einrichtungen bestückt, welche dem Transport, der Durchmischung, der Erneuerung der Oberfläche oder andern Zwecken dienen.
So werden zum Beispiel für die Homogenisierung von Feststoffen Mischer mit bewegten mechanischen Elementen wie zum Beispiel Pflugscharmischer oder Schneckenmischer eingesetzt. Es ist bekannt, dass die mechanischen Einrichtungen eine der häufigsten Ursachen für die Initiierung einer Deflagration sind. So kann bei einer Störung ein bewegtes Mischelement in direkten Kontakt mit dem Apparatemantel kommen, an der Reibungsstelle erfolgt eine lokalen Erhitzung, welche den umgebenden Stoff zur Zersetzung bringen und so eine Deflagration initiieren kann. Es sind ebenfalls Fälle bekannt, bei welchen ein Fremdkörper, zum Beispiel eine Schraube, in einen Apparat gelangt war, dort zwischen Wandung und Rühr-/Mischorgan gelangte und durch die Erhitzung eine Deflagration auslöste. Selbst durch Reiben harter Krusten oder durch Reibung in einer verstopften Förderschnecke ist es zur Auslösung von Deflagrationen gekommen. Auch ist bekannt, dass Deflagrationen von einem Apparat in den anderen übertragen werden können. So kann in einem Mischer eine eingeschleppte Schraube in der beschriebenen Weise durch Reibung erhitzt werden. Die heiße Schraube wird dann zum Beispiel in ein Silo ohne mechanische Einbauten ausgetragen. Die Temperatur der Schraube kann noch hinreichend hoch sein, um in dem Silo die umgebende Substanz zur Zersetzung zu bringen und so eine Deflagration auszulösen. In gleicher Weise können Agglomerate, in welchen bereits eine deflagrative Zersetzung ausgelöst wurde, in einen Apparat ohne mechanische Einbauten ausgetragen werden und dort die deflagrative Zersetzung des Apparateinhalts initiieren.
Es ist eine Reihe von Maßnahmen bekannt, welche eine sichere Verarbeitung deflagrationsfähiger Stoffe ermöglichen.
Im VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff wird eine Systematik dargelegt, wie bei der Beurteilung und Auswahl von Maßnahmen bei der Verarbeitung von deflagrationsgefährlicher pulverförmigen Stoffen vorzugehen ist In dem Bericht wird eine Klassierung der deflagrationsfähigen Stoffe in 3 Gefahrenklassen beschrieben, wobei Stoffe in der Gefahrenklasse 3 das höchste Gefährdungspotential aufweisen und Stoffe in der Gefahrenklasse 1 das niedrigste Gefährdungspotential. Entsprechend der Gefährdungsklasse werden geeignete Verarbeitungsverfahren aufgeführt. Obwohl die in der genannten Veröffentlichung genannten Kriterien keine allgemeine Gültigkeit haben, stellt die in dieser Veröffentlichung dargelegte Systematik einen guten Ansatz dar, wie bei der Beurteilung und Verarbeitung von deflagrationsfähigen Stoffen vorzugehen ist. Weitere Beispiele für eine sichere Verarbeitung deflagrationsfähiger Stoffe finden sich auch in dem VDI-Bericht 1272 (1996), Seite 441 ff. Bei Stoffen mit einer hohen Deflagrationsneigung wird darauf geachtet, dass die Verarbeitung ohne mechanische Einwirkungen erfolgt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass eine Trocknung auf einzelnen Tabletts in einem Trockenschrank erfolgt, statt in einem Trockner mit mechanischen Einbauten wie zum Beispiel einem Schaufeltrockner. Die Verarbeitung ohne mechanische Einrichtungen ist jedoch sehr aufwendig. Vielfach muss der Stofftransport manuell erfolgen, was neben dem hohen Aufwand auch zur Gesundheitsgefährdung des Bedienpersonals und zu Qualitätsproblemen führen kann. Die Verarbeitung ohne mechanische Einrichtung und wird nur dann in Betracht kommen, wenn eine sichere Verarbeitung mit mechanischen Einrichtungen nicht möglich ist. In der zuvor zitierten Veröffentlichung In dem VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff sind zum Beispiel bei den Stoffen der Gefährdungsklasse 3 nur Verarbeitungsverfahren ohne mechanische Einrichtung vorgesehen.
Für Stoffe, bei welchen das Gefährdungspotential durch Deflagration weniger ausgeprägt ist, können unter bestimmten Bedingungen auch mit mechanischen Einrichtungen verarbeitet werden. In der zitierten Veröffentlichung In den VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff gilt dies für Stoffe der Gefahrenklassen 1 und 2.
Ein gängiges Verfahren zur Vermeidung von Deflagrationen ist die sorgfältige Vermeidung des Eintrags von Fremdkörpern. Dies kann zum Beispiel durch eine Metallabscheidung erfolgen, welche vor den Eintrag in den Apparat erfolgt und das Mitschleppen von Schrauben und anderen metallischen Fremdkörpern in den Verarbeitungsschritt verhindert.
Auch kann beim Bau der Apparate auf die Vermeidung möglicher Zündquellen geachtet werden, zum Beispiel, in dem die Abstände zwischen mechanischem Mischer und Wandung groß gewählt werden.
Die genannten Verfahren der Zündquellenvermeidung können das Risiko einer Deflagration deutlich mindern, ausschließen lässt sich die Deflagration hierdurch aber nicht. Die genannten Methoden sind zudem aufwändig und in manchen Fällen mit einer Beeinträchtigung der Leistung der Apparate verbunden.
Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung einer Deflagration besteht darin, die deflagrationsfähige Substanz mit einer weiteren, nicht deflagrationsfähigen und nicht katalytisch wirkenden Substanz zu vermischen. Nachteilig bei dieser Maßnahme ist, dass die gewünschte Substanz nicht in der gewünschten Zusammensetzung erhalten werden kann. Die Reduzierung der Deflagrationsfähigkeit durch Zugabe einer weiteren Substanz ist zum Beispiel in US5268177 beschrieben.
Ein weiteres Verfahren zur sicheren Verarbeitung von deflagrationsfähigen Substanzen besteht darin, den bei einer Deflagration entstehenden Druck bzw. die bei der Deflagration entstehenden Gase sicher abzuführen. Dies kann zum Beispiel durch Einbau entsprechend dimensionierter Berstscheiben und entsprechender Abieiteinrichtungen erfolgen. Hierbei ist zu beachten, dass die Deflagrationsgeschwindigkeit mit steigendem Druck zunimmt, Ansprechdruck und Ableitung sind entsprechend auszulegen. Auch ist darauf zu achten, dass mitgerissene Substanzen an einer Fortführung der Deflagration gehindert werden müssen. Dies kann zum Beispiel durch Einleitung der abgeführten Gase in ein Wasserbad erfolgen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur sicheren Verarbeitung von deflagrationsfähigen Substanzen besteht darin, den Beginn einer Deflagration rechtzeitig zu erkennen und die beginnende Deflagration durch Abführen der Energie zu unterbinden. Die Erkennung kann über eine Reihe von Indikatoren erfolgen. Bekannt sind zum Beispiel die Überwachung von Temperatur oder/und Druck. Es kann aber auch das Auftreten gewisser Zersetzungsgase wie Kohlenmonoxid detektiert werden. Bei Erreichen des Auslösewertes wird die Energie aus dem System abgeführt. In der Regel erfolgt dies durch Zugabe einer größeren Menge an Wasser. Durch die Wärmekapazität des Wassers kühlt sich die deflagrierende Substanz auf Temperaturen unterhalb der Zersetzungstemperatur ab. Eine zusätzliche Wärmeabfuhr kann durch die Entstehung von Wasserdampf erfolgen. Dem Wasser kann ein Detergenz zugegeben werden, um eine gute Benetzung der deflagrierenden Substanz zu gewährleisten.
Nachteilig an den vorgenannten Verfahren ist, dass sie nur Schadensbegrenzend wirken und erst nach Auslösung der Deflagration wirksam werden. Somit führen diese Verfahren zum Verlust zumindest eines Teiles der Substanz führen, da diese sich zum Teil zersetzt und die unzersetzten Teile durch Wasser und andere Reagenzien in der Regel unbrauchbar gemacht werden. Problematisch ist auch die sichere Entfernung von entstehendem Wasserdampf. Es bleibt festzustellen, dass die bisher beschriebenen Verfahren zur Verarbeitung deflagrationsfähiger Substanzen Nachteile aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung lag daher darin, bessere Maßnahmen für die Verarbeitung und/oder Handhabung deflagrationsfähiger Feststoffe oder Feststoffgemische bereitzustellen. Insbesondere sollten diese Maßnahmen die Wahrscheinlichkeit der Auslösung einer Deflagration verringern, ohne die Stoffeigenschaften durch Zugabe eines weiteren Stoffes zu verändern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wobei die Verarbeitung und / oder Handhabung der deflagrationsfähigen Feststoffe in einer Umgebung unter reduziertem Druck erfolgt. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die Auslösung einer Deflagration bei der Verarbeitung und Handhabung deflagrationsfähiger Stoffe in einer Umgebung unter reduziertem Druck deutlich verzögert werden kann.
Eine Verzögerung der Auslösung einer Deflagration lässt sich überraschenderweise schon durch eine leichte Verminderung des Drucks innerhalb des Apparates unterhalb des Umgebungsdrucks/atmosphärischen Drucks erreichen. So wurde schon bei einer Reduktion des Drucks innerhalb des Gefäßes auf unter oder gleich 800 mbara eine deutliche Verzögerung festgestellt (bara = bar absolut). Bevorzugt erfolgt die Verarbeitung und Handhabung bei möglichst niedrigem Druck innerhalb des Apparates. Bevorzugt für die Verarbeitung ist ein Druckbereich von < 500 mbara, besonders bevorzugt ein Druckbereich < 100 mbara, besonders bevorzugt in ein Druckbereich < 20 mbara. Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen wird als untere Grenze des Druckbereichs innerhalb des Gefäßes >2 mbara, bevorzugt >10 mbara empfohlen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Verarbeitung und Handhabung deflagrationsfähiger fester Substanzen einschließlich explosionsfähiger fester Substanzen anwendbar. Als deflagrationsfähig im Sinne dieser Erfindung gelten alle Stoffe, welche entweder nach dem UN Prüfbuch„Transportation of Dangerous Goods, Manual of Tests and Criteria", 5th Revised Edition, 2009, Deflagration, unter Abschnitt 23.2.2 genannten Kriterien als deflagrationsfähig einzuordnen sind (Question„Can it propagate adeflagration?" - Answer„yes, rapidely" oder" yes, slowly"), und / oder im Test VDI2263-1 bei Ausprüfung bei der in der Verarbeitung vorgesehenen Temperatur und einer Zündung von oben oder unten mit einer Zündpille, Zündwendel oder Glühkerze, letztere mit einer aufgenommenen Leistung von mindestens 40 W und einer Einwirkdauer von 300 Sekunden eine sich selbsttätige Zersetzung aufweisen, wobei die Zersetzung ein Form einer Zersetzungsfront als auch in Form von Zersetzungskanälen fortschreiten kann.
Typische deflagrationsfähigen Stoffe im Sinne der vorliegenden Erfindungen sind organische Verbindungen mit funktionellen Gruppen wie Kohlenstoff-Kohlenstoff Doppel- und Dreifachbindungen wie Acetylene, Acetylide, 1,2 Diene; gespannte Ringverbindungen wie Azirine oder Epoxide, Verbindungen mit aneinander grenzenden N-Atomen wie Azo- und Diazo Verbindungen, Hydrazine, Azide, Verbindungen mit aneinander grenzenden O-Atomen wie Peroxiden und Ozoniden, Sauerstoff-Stickstoff -Verbindungen wie Hydroxylamine, Nitrate, N-Oxide, 1,2 Oxalate, Nitro- und Nitroso- Verbindungen; Halogen-Stickstoffverbindungen wie Chloramine und Fluoramine, Halogen- Sauerstoffverbindungen wie Chlorate, Perchlorate, Jodosyl- Verbindungen; Schwefel-Sauerstoff- Verbindungen wie Sulphonylhalide, Sulphonylcyanide, und Verbindungen mit Kohlenstoff-Metall- Bindungen und Stickstoff-Metall-Bindungen wie Grignard-reagenzien oder Organo-Lithium- verbindungen. Deflagrationsfähigen Feststoffe sind deflagrationsfähigen Stoffe in fester Form, wobei der Stoff rein oder gemischt in fester Form ist, z.B. als Pulver oder Granulate in beliebiger Korngröße vorhanden ist. Als deflagrationsfähige Feststoffe im Sinne dieser Erfindung gelten auch deflagrationsfähige Flüssigstoffe, welche an nicht deflagrationsfähigen Feststoffen resorbiert sind und somit in fester Form vorliegen. Als deflagrationsfähige Feststoffe im Sinne dieser Erfindung gelten ebenfalls deflagrationsfähige Stoffe in fester Form, welche noch Reste von Wasser oder andere Flüssigkeiten wie Lösungsmittel aufweisen (feuchte Feststoffe). Die Korngröße und die Korngrößenverteilung haben bekanntermaßen Einfluss auf das Deflagrationsverhalten, die beiden Parameter stellen für die vorliegende Erfindung aber keine Einschränkung dar.
Bei den durchgeführten Experimenten (Siehe Beispiele 1 bis 4) nach VDI VDI2263-1 verlängerten sich die Zündzeiten oder Kerzeneinschaltzeiten durch Anlegen eines reduzierten Drucks innerhalb des Messgefäßes um einen Faktor 2 bis 8. Entsprechen den in dem VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff genannten Kriterien sinkt bei Verlängerung der Zündzeiten oder Kerzeneinschaltzeiten die Wahrscheinlichkeit, dass eine Deflagration ausgelöst werden kann. Unter reduziertem Druck verhalten sich deflagrationsfähige Feststoffe nach den o. g. Kategorisierungen weniger deflagrationsfähig, was wiederum die Anwendung insbesondere von Apparate mit mechanischen Einbauten unter einem minderen Deflagrationsrisiko ermöglicht.
Verarbeitung und Handhabung im Sinne dieser Anmeldung sind Verfahrens- und Handhabungsschritte zur Herstellung, Verarbeitung, Lagerung und dem Transport von deflagrationsfähigen Feststoffen, insbesondere Filtrieren, Trocknen, Mahlen, Sieben, Mischen, Homogenisieren, Granulieren, Kompaktieren, Abfüllen, Lagern und Transport in einem Transportbehälter, sowie mechanische Transport wie z.B. die die Förderung in Förderschnecken oder durch Zellradschleusen. Im Sinne der Erfindung können diese Verfahrensschritte sowohl in oder mit Hilfe von Apparaten, bei welchen der bearbeitete Feststoff mit Hilfe mechanischer Einrichtungen bewegt wird, wie zum Beispiel in einem Pflugscharmischer, durchgeführt werden, als auch in oder mit Hilfe von Apparaten ohne mechanische Einrichtungen, wie zum Beispiel Silos. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren für Verarbeitung und Handhabung deflagrationsfähiger Feststoffe in Apparate mit mechanischen Einbauten. Aus dem Stand der Technik sind Verarbeitung Lagern und Transport in oder mit Hilfe von Apparaten ohne mechanische Einbauten unter reduziertem Druck zur Minderung des Explosionsrisikos von explosionsfähigen Feststoffen oder zum Schutz vor Schädigung durch Luftsauerstoff bekannt. Der reduzierte Druck steht aber im Zusammenhang mit der Bereitstellung einer inerten Atmosphäre.
Auch das Trocknen unter reduziertem Druck ist allgemein bekannt. Aber hier beschleunigt der reduzierte Druck das Trocknen und wird nicht mit einer Minderung des Deflagrations- und Explosionsrisikos von deflagrations- und explosionsfähigen Feststoffe in Verbindung gebracht. Die überraschende Minderung des Deflagrations- und Explosionsrisikos von deflagrations- und explosionsfähigen Feststoffe geschieht im Vergleich zum Stand der Technik zur Handlung von explosionsfähigen Stoffgemischen unabhängig davon, ob die Verarbeitung und /oder Handhabung unter inerter Atmosphäre durchgeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verarbeitung und / oder Handhabung deflagrationsfähiger Feststoffe mit einem oder mehreren Verfahrensschritten aus der Gruppe umfassend Filtration, Mahlen, Sieben, Mischen, Homogenisieren, Granulieren, Kompaktieren, Abfüllen, Trocknen, Lagern und Transport in einem Transportbehälter sowie sonstige Schritten in Apparate mit mechanischen Einbauten, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung und / oder Handhabung in einer Umgebung unter reduziertem Druck erfolgt. Die Reduzierung des Drucks in den Apparaten erfolgt durch dem Fachmann bekannte Techniken mittels Vakuumpumpen wie zum Beispiel Verdrängerpumpen, Strahlpumpen, Drehschieberpumpen, Zentrifugalpumpen, Wasserringpumpen, Wälzkolbenpumpen und anderen zur Erzeugung des gewünschten Drucks geeignete Aggregate.
Bei der Herstellung deflagrationsfähiger Stoffe werden häufig Mischer mit mechanischen Einbauten wie zum Beispiel Pflugscharmischer oder Schnecken-Mischer („Nauta-Mischer") zur Homogenisierung oder Untermischen von Additiven eingesetzt. Die Mischer werden in der Regel bei Normaldruck betrieben. Teilweise sind in solchen Mischern zusätzlich Zerkleinerungswerkzeuge („Zerhacker) eingebaut. Durch Fehlfunktion, zum Beispiel durch eine Deformation des Mischorgans oder durch den Eintrag einer Schraube, kann es durch Reibung zu einer lokalen Erhitzung kommen, durch welche eine Deflagration ausgelöst werden kann. Wird ein solcher Mischer statt bei atmosphärischen Druck in einem Apparat unter reduziertem Druck betrieben, so kann die Wahrscheinlichkeit der Auslösung einer Deflagration stark vermindert werden, das Risiko eine unkontrollierten Zersetzung des Apparateinhalts sinkt, und die Sicherheit der Anlage wird deutlich erhöht.
Als weitere Anwendung für die Verbesserung durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die Filtration in einer Filternutsche beschrieben. In einer Filternutsche wird in der Regel eine Suspension auf ein Sieb oder sonstiges Filtermedium aufgetragen. Das Filtrat dringt aufgrund der Schwerkraft durch das Sieb oder Filtermedium, die Filtrationsgeschwindigkeit kann durch Unterduck auf der Filtratseite und/oder Überdruck auf der Zugabeseite erhöht werden. Zur Verstetigung der Filtration und des Filterkuchens wird die Suspension in der Regel mittels eines Rührers gerührt. Solange sich auf der Zugabeseite Flüssigkeit befindet, ist die Gefahr einer Deflagration gering. Nach Abtrennen der flüssigen Phase steigt das Risiko einer Deflagration. Durch mechanische Einbauten, zum Beispiel den Rührer, kann es bei Fehlfunktion durch Reibungshitze zum Auslösen einer Deflagration kommen. Erfindungsgemäß wird der Filterkuchen unter reduziertem Druck gehalten. Dieses kann zum Beispiel durch Anlegen eines leichten Unterdrucks auf der Zugabeseite von zum Beispiel 500 mbara bei stärkerem Unterdruck von zum Beispiel 20 mbara auf der Filtratseite erfolgen, wobei noch eine Druckdifferenz über dem Filter aufrechterhalten bleibt. Ebenso kann erfindungsgemäß zum Ende oder nach Beendigung der Filtration und vor Einschalten der mechanischen Einrichtungen wie Rührer der Apparat auf der Aufgabeseite oder auch der gesamte Apparat auf einen erfindungsgemäßen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks gebracht werden. Es kann auch dergestalt vorgegangen werden, dass während der Anwesenheit der flüssigen Phase auf dem Filter der Rührer eingeschaltet ist, bei Absinken des Flüssigkeitsstandes zur Vermeidung der Auslösung einer Deflagration der Rührer ausgeschaltet wird und erst nach Erzeugung eines erfindungsgemäßen Unterdrucks wieder eingeschaltet wird. Der Austrag aus einer Filternutsche erfolgt in der Regel durch ein mechanisches Austragsorgan. Dies kann zum Beispiel durch den Rührer erfolgen, welcher zum Austrag in umgekehrter Drehrichtung gefahren wird, oder eine separate mechanische Austragsvorrichtung. Bei Fehlfunktion kann es durch Reibungshitze zum Auslösen einer Deflagration kommen. Erfindungsgemäß erfolgt der Austrag aus einer Filternutsche bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert wird.
Als weitere Anwendungen für die Verbesserung durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden der Transport deflagrationsfähiger Stoffe mittels Förderschnecken oder Zellradschleusen beschrieben.
Der Transport von Feststoffen erfolgt häufig durch Förderschnecken, welche in einem Rohr oder rohrähnlichen Apparat eingebaut sind. Durch Reibung der Schnecke an der Wandung, oder durch Eintrag eines Fremdkörpers wie einer Schraube in die Schnecke kann es durch Reibungshitze zum Auslösen einer Deflagration kommen. Es sind auch Fälle bekannt, bei welchen schon durch die Kompression in einer verstopften Förderschnecke Deflagrationen ausgelöst wurden. Erfindungsgemäß wird der Druck in dem die Förderschnecke umgebenden Apparat auf einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks reduziert, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert wird. Zellradschleusen werden häufig beim Übergang von einem Apparat zu einem anderen Apparat eingesetzt. Durch Reibung des Zellrades an der Wandung, oder durch Eintrag eines Fremdkörpers wie einer Schraube in die Zellradschleuse kann es durch Reibungshitze zum Auslösen einer Deflagration kommen. Erfindungsgemäß wird der Druck in der Zellradschleuse auf einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks reduziert, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert wird.
Durch die vorgenannten Förderschnecken oder Zellradschleusen, oder auch durch andere Fördertechniken gelangen deflagrationsfähige Stoffe in Apparate ohne mechanische Einbauten wie zum Beispiel Pufferbehälter, Silobehälter, Transportbehälter oder andere Behälter.
Durch mit eingetragene heiße Fremdkörper, wie zum Beispiel eine durch Reibung in einer Förderschnecke erhitzte Schraube, kann auch in Apparaten ohne mechanische Einrichtungen eine Deflagration ausgelöst werden. Erfindungsgemäß werden diese Apparate während und nach der Befüllung bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks gehalten, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert wird. Ein besonderes Problem bei der Verarbeitung deflagrationsfähiger Stoffe stellt die Zerkleinerung und das Mahlen dar. In Mühlen, Brechern und analogen Zerkleinerungsorganen wird mechanische Energie in das Mahlgut eingebracht, es kommt schon im bestimmungsgemäßen Betrieb zu einer Erwärmung durch Reibung, durch welche eine Deflagration ausgelöst werden kann. Bei Eintrag eines Fremdkörpers wie zum Beispiel einer Schraube steigt die Wahrscheinlichkeit für die Auslösung einer Deflagration deutlich an. Erfindungsgemäß wird die Mühle bzw. das Zerkleinerungsorgan bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks betrieben, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert wird. Bei den Mühlen oder Zerkleinerungsorganen kann es sich um bekannte Mühlen wie zum Beispiel Walzenbrecher, Stachel- oder Zahnwalzenbrecher handeln.
Auch in Sieben und Reibsieben oder Passiersieben wie zum Beispiel Frewitt-Siebe kann es bei Fehlfunktionen zu Reibungswärme und in der Folge zu der Auslösung einer Deflagration kommen. Erfindungsgemäß erfolgt das Sieben bzw. das Sieben mit einem Reibsieb oder Passiersieb bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert wird.
Bei der Trocknung von Feststoffen werden diese in der Regel durch mechanische Einbauten bewegt, um die Oberfläche ständig zu erneuern und so den Stoff- und Wärmetransport zu verbessern. Typische Trockner sind zum Beispiel Schaufeltrockner oder Tellertrockner. Auch sind bestimmte der zuvor beschriebenen Filternutschen so ausgestattet, dass in diesen Apparaten nach der Filtration ein Trocknungsschritt nachgeschaltet werden kann. Durch Fehlfunktion, zum Beispiel durch eine Deformation des Mischorgans oder durch den Eintrag einer Schraube, kann es durch Reibung zu einer lokalen Erhitzung kommen, durch welche eine Deflagration ausgelöst werden kann. Die Trocknung kann auch in Apparaten ohne mechanische Einbauten, wie zum Beispiel in einem Wirbelschichttrockner erfolgen. Auch in solchen Aggregaten kann es durch Eintrag von Fremdkörpern unter ungünstigen Umständen zu einer Deflagration kommen, zum Beispiel durch Fehlfunktion eines mechanischen Rechens im Eintrittsbereich. Die Trocknung erfolgt in der Regel in der Weise, dass ein heißes Gas wie zum Beispiel heiße Luft oder heißer Stickstoff durch den Trockner geleitet werden (= mittels Gaskon vektionströmungen). Die heißen Gase bewirken sowohl den Energieeintrag zur Verdampfung als auch den Stofftransport. Der Energieeintrag kann auch durch Beheizen der Wandung oder beheizte Einbauten erfolgen. Statt im Gasstrom kann die Trocknung auch im Vakuum erfolgen. Der Einfluss eines reduzierten Drucks auf die Deflagrationsneigung war bisher nicht bekannt/untersucht worden, so dass für die Entscheidung für eine Trocknung unter Vakuum andere Kriterien wie der Siedepunkt des Lösemittels oder der Schmelzpunkt der zu trocknenden Substanz zu Grunde gelegt wurden. Erfindungsgemäß erfolgt die Trocknung deflagrationsfähiger Stoffe stets bei reduziertem Druck. Die Einstellung des reduzierten Drucks kann alleine durch Erzeugung des Unterdrucks mittels einer Pumpe, als auch durch Erzeugung des Unterdrucks mittels einer Pumpe und gleichzeitiger Zufuhr einer begrenzten Menge Gas in den Trockner zur Verbesserung des Stofftransports erfolgen. Bei beiden Maßnahmen wird die Wahrscheinlichkeit des Eintretens einer Deflagration deutlich reduziert.
Analog zu den beschriebenen Anwendungen ist zu erwarten, dass die Sicherheit auch in anderen Apparaten mit mechanischen Einbauten, sofern diese erfindungsgemäß unter reduziertem Druck betrieben werden, deutlich gesteigert werden kann.
Beispiele
Folgende Experimente belegen den Einfluss des reduzierten Drucks auf die Deflagrationsfähigkeit von Azodicarbonamid ohne sich darauf zu begrenzen.
Es wurden Messungen zum Deflagrationsverhalten entsprechend VDI 2263 durchgeführt.
Die Messungen erfolgten in einem Metallrohr von 4,8 cm Durchmesser und 13,5 cm Höhe. Als Zündquelle diente eine Boden des Metallrohrs (= Prüfrohr) eingelassene Glühkerze des Typs 0 250 201 032-4FS der Firma Bosch. Das Prüfrohr wurde jeweils mit Azodicarbonamid 97% bezogen von der Firma Sigma-Aldrich gefüllt. Anschließend wurden vier 1,5 mm NiCr-Ni-Mantel-Thermoelemente mittig in der Weise in die Schüttung eingeführt, dass das erste Element sich 1 cm über der Spitze der Glühkerze und die anderen Elemente jeweils 2 cm höher befanden.
Für die Messungen wurde das Prüfrohr in einen Autoklaven von 4 1 innerem Volumen und einer inneren Höhe von 15,5 cm überführt. Das Prüfrohr wurde hierzu an einer am Autoklavendeckel fixierten Stange in der Weise befestigt, dass das Prüfrohr keinen Kontakt zum Mantel des Autoklaven hatte. Autoklav und Probe befanden sich auf Raumtemperatur.
Im Autoklavendeckel befanden sich gasdichte Durchlässe für die Drähte zur Beheizung der Zündquelle und für die Thermoelemente und eine Kapillare für einen außerhalb des Autoklaven angebrachten Druckaufnehmer sowie ein Ventil zum Evakuieren bzw. Entspannen des Apparates.
Eine Messung beginnt mit dem zeitgleichen Anlegen einer elektrischen Leistung und dem Starten der Temperatur-Zeit-Aufzeichnung. Die eingebrachte Leistung wurde über die Dauer der Messung konstant auf 40 W geregelt. Als Zeitpunkt für die Zündung des Stoffes wurde der Temperaturanstieg an der 1. Messstelle (1 cm über der Zündquelle) ge wertet. Die Temperatur an der 1. Messstelle blieb nach Beginn des Anlegens der elektrischen Leistung nahezu konstant bzw. stieg langsam um einige °C an, bei Eintritt der Deflagration war ein starker Temperaturanstieg von > 5°C/sec zu beobachten. Der Anstieg der Temperaturen an den anderen Temperaturfühlern und der Druck im Autoklaven stiegen nach Beginn der Zündung jeweils zeitversetzt an. Beispiel 1 - Azodicarbonamid - Unter atmosphärischen Druck
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 85 g Azodicarbonamid (ADCA) gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 19 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an.
Der Versuch wurde 2 Mal unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Die Temperatur stieg jeweils nach 19 bzw. 15 Sekunden an.
Hiermit gehört ADCA gemäß VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff der Gefahrenklasse 3. (Nicht geeignet für Apparate mit mechanischen Einbauten)
Beispiel 2 - Azodicarbonamid - Reduzierten Druck von 750 mbara
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 85 g Azodicarbonamid (ADCA) gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt, der Autoklav wurde auf 750 mbara mit Hilfe einer Pumpe evakuiert. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 34 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an.
Der Versuch wurde 2 Mal unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Die Temperatur stieg jeweils nach 37 bzw. 41 Sekunden an. Beispiel 3 - Azodicarbonamid - Reduzierten Druck von 500 mbara
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 85 g Azodicarbonamid (ADCA) gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt, der Autoklav wurde auf 500 mbara mit Hilfe einer Pumpe evakuiert. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 53 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an.
Der Versuch wurde 2 Mal unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Die Temperatur stieg jeweils nach 67 bzw. 65 Sekunden an. Beispiel 4 - Azodicarbonamid - Reduzierten Druck von 100 mbara
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 85 g Azodicarbonamid (ADCA) gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt, der Autoklav wurde auf 100 mbara mit Hilfe einer Pumpe evakuiert. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 149 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an.
Der Versuch wurde 2 Mal unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Die Temperatur stieg jeweils nach 137 bzw. 189 Sekunden an.
Unter dem angewandten Unterdruck verhält sich ADCA wie ein deflagrationsfähigen Stoff der Gefahrenklasse 1 nach der Kategorisierung des VDI-Bericht 975 (1992) Seite 99 ff. (Verarbeitung in Apparate mit mechanischen Einbauten möglich).
Beispiel 5 - Azodicarbonamid - Reduzierten Druck von 10 mbara
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 85 g Azodicarbonamid (ADCA) gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt, der Autoklav wurde auf 10 mbara mit Hilfe einer Pumpe evakuiert. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 172 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an.
Der Versuch wurde 2 Mal unter den gleichen Bedingungen wiederholt. Die Temperatur stieg jeweils nach 166 bzw. 190 Sekunden an.
Beispiel 6 - Tolylfluanid (50%) - unter atmosphärischen Druck
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 40 g einer Mischung von 50 Gew Tolylfluanid und 50% Gew% Kieselgur gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 75 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an, der Temperaturanstieg an diesem Temperaturfühler erreichte nach 170 sec ein Maximum von 3,9 K/sec. Beispiel 7 - Tolylfluanid (50%) - Unter reduzierten Druck von 100 mbara
Das oben beschriebene Prüfrohr wurde mit 40 g einer Mischung Tolylfluanid (50%) gefüllt. Das Prüfrohr wurde in den Autoklaven überführt, der Autoklav wurde auf 100 mbara mit Hilfe einer Pumpe evakuiert. Die Mischung wurde mittels der Glühkerze mit einer über die Dauer der Messung eingebrachten Leistung von 40 W erhitzt. Nach 103 Sekunden stieg die Temperatur an dem 1 cm oberhalb der Glühkerze angebrachten Temperaturfühler an, der Temperaturanstieg an diesem Temperaturfühler erreichte nach 240 sec ein Maximum von 1,9 K/sec.
Gegenüber der Messung bei Atmosphärendruck ist eine deutliche Verlangsamung sowohl bezüglich der Initiierung als auch der Fortschreitung der Deflagration festzustellen. Für die Verarbeitung einer Mischung Tolylfluanid (50%) bedeutet dies, dass bei einer Verarbeitung bei einem Druck von 100 mbar das Risiko sowohl der Auslösung als auch einer unkontrollierten Ausbreitung deutlich reduziert ist.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung und / oder Handhabung von deflagrationsfähigen Feststoffen und Gemischen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung und / oder Handhabung in einer Umgebung unter reduziertem Druck von <500 mbara erfolgt und, wobei die Verarbeitung und / oder Handhabung ein oder mehrere Verfahrensschritten selektiert aus einer Gruppe umfassend Filtration, Mahlen, Sieben, Mischen, Homogenisieren, Granulieren, Kompaktieren, Abfüllen, Trocknen, Lagern und Transport in einem Transportbehälter sowie sonstige Schritten in Apparate mit mechanischen Einbauten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich bei dem Verfahrensschritt um den Transport in Förderschnecken oder durch Zellradschleusen handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt in einem Pflugscharmischer, Schneckenmischer oder einem sonstigen Mischer mit mechanischen Misch- und/oder Zerhackwerkzeugen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt in einer Nutsche, einem Pendelsieb, einem Rotationssieb oder einer anderen Filter- oder Siebeinrichtung mit mechanischen Werkzeugen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt in einem Walzenbrecher, Stachel- oder Zahnwalzenbrecher Mühle, oder einem sonstigen Zerkleinerungsapparatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt in einem Schaufeltrockner, Tellertrockner oder Wirbelschichttrockner erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung oder Zwischenpufferung Behälter ohne mechanische Werkzeuge erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transport in einem Transportbehälter erfolgt.
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