ARC – Accelerating Rate Calorimetry

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Natalie Schmidt, M.Sc. | Process Safety Engineer

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Das Accelerating Rate Calorimeter liefert adiabatische Daten einer Druchgehreaktion (Runawy) in einer sicheren, kontrollierbaren Laborumgebung. Diese Informationen tragen zu einem fundierten Verständnis der beteiligten grundlegenden Prozesse bei. ARC. Die Exothermie einer Reaktion, thermische Stabilität von Stoffen, Gasbildungsprozesse und auch der Start von Zersetzungsreaktionen lassen sich sehr genau detektieren. Darauf aufbauend können verschiedene sichere Betriebsweisen und Betriebsverfahren entwickelt werden, um die Risiken, die von einem reaktiven System ausgehen, zu mindern.

Das ARC gehört zu den adiabaten Messystemen bei dem gleichzeitig Temperatur und Druck unter Störungsbedingungen gemessen werden, ähnlich zur Druckwärmestauapparatur, VSP, RSST oder PhiTeC. Die Probenahme und Versuchsvorbereitung ist maßgeblich für eine repräsentative Messung. In dem geschlossenen System können Gase überlagert und Stoffe zudosiert werden, um das Störungsszenario in einem Produktionsbetrieb möglichst gut abzubilden. Dabei können neben dem Runaway oder einer Zersetzungsreaktion auch mögliche Folgereaktionen charakterisiert werden. Die Messergebnisse des ARC werden im Anschluss zur Auslegung von Sicherheitseinrichtungen zur Absicherung von Durchgehreaktionen (Runaway-Reaktionen) verwendet.

Eine Probenvorbereitung und die Versuchsdurchführung ist in sauerstofffreier Umgebung möglich (Glove Box).

Gasförmige Reaktionsprodukte können am Ende eines Tests analysiert werden, um die Reaktionsmechanismen besser zu verstehen.

Messprinzip:

Die Probe (50 – 5000 mg) wird stufenweise erwärmt, bis eine exotherme Reaktion gemessen wird. Anschließend wird die Ofentemperatur der Probentemperatur nachgefahren, so dass kein Wärmestrom nach außen auftritt, also eine pseudo-adiabatische Messung.

Messgrößen

  Selbsterhitzungsrate bei exothermen Reaktionen
  Druck- und Temperaturverlauf während der Reaktion
Dampfdruckkurve von Reaktionsgemischen
  Druckanstiegsrate bei exothermen Reaktionen
  Onset der Reaktion

Standardparameter

  Temperaturbereich RT bis 400 °C
  Messung unter Luft
  Probenbehältnis aus Hastelloy, Edelstahl oder Titan

Optionen:

  Messung unter Inertgas (z.B. Stickstoff oder anderen Gasen)
  Entnahme von Gasproben und Untersuchung der Reaktionsgase
  Reaktionskinetik, Arrhenius-Parameter, Reaktionsordnung
  Messungen an Lösungen

 


Abbildungen mit freundlicher Genehmigung von TA Instruments, Eschborn

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