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Brandlehre

Aufgaben der Brandlehre ist die Beschreibung der stofflichenUmwandlungen, die sich bei der Verbrennung vollziehen.

Zur näheren Beschreibung der ablaufenden Reaktionen greiftman auf Gesetzmäßigkeiten der NaturwissenschaftenPhysik und Chemie zurück.

Grundbegriffe

Vorbedingungen des Brennens:- stoffliche Vorbedingungen

beschreibbar durch Gesetze der Chemie- energetische Vorbedingungen

beschreibbar durch Gesetze der PhysikPhysik:Lehre von den Zuständen und den Zustandsänderungender Materie.Chemie:Lehre von den stofflichen Eigenschaften der Materie und denStoffumwandlungen.

Brennen

Definition nach DIN 14 011 T1:Brennen ist eine Flamme und/oder Glut selbstständigablaufende Reaktion zwischen einem brennbaren Stoffund Sauerstoff oder Luft.

Brennen ist ein Vorgang der unbelebten Natur

Brennen läßt sich durch Gesetze der Naturwissenschaftenbeschreiben.

Feuer

Feuer FlammenGlut

Feste Stoffe

Dämpfe

Flüssigkeiten Gase

Vorbedingungen für die Verbrennung

stoffliche Voraussetzungen⇓

chemische⇒

•brennbarer Stoff•Sauerstoff•Mengenverhältnis

energetische Voraussetzungen⇓

physikalische⇒

•Zündtemperatur• Mindestverbrennungstemperatur

•Katalysator

Temperatur, Energie, Wärme

TemperaturDie Temperatur ist eine Zustandsgröße, sie beschreibtden Wärmezustand eines Körpers.

Energie

Wärme

Energie ist die in einem Körper gespeicherte Arbeit, siebefähigt ihn wieder Arbeit zu verrichten.

Wärme ist eine spezielle Form der Energie, sie äußertsich in der kinetischen Energie der Teilchen.

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Auswirkungen der Wärme

- die Stoffe können ihren Aggregatzustand ändern

- feste Stoffe verlieren ihre Festigkeit

- die Stoffe dehnen sich aus1. feste Stoffe2. flüssige Stoffe3. gasförmige Stoffe

Wärmeausbreitung

Wärme fließt selbständig nurvon einem Körper höhererTemperatur zu einem Körper mit niederer Temperatur.

Wärmetransport

WärmeleitungUnter Wärmeleitung versteht man die Übertragung vonWärme in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffzwischen benachbarten Teilchen.Wärmeströmung (Konvektion)

Wärmestrahlung

Die Übertragung von Wärme in Gasen oder Flüssigkeitendurch deren Strömung, die infolge von Temperaturunter-schieden abläuft, wird als Konvektion bezeichnet.

Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung,die ein Stoff infolge seiner Temperatur unter Abgabe einesTeiles seines Wärmeinhaltes an die Umgebung aussendet.

Wärmetransport

Abstandsgesetz

Die Intensität einer Strahlung nimmt mit dem Quadratdes Abstandes (r) von der Quelle ab.

VerbrennungswärmeUnter der Verbrennungswärme versteht man die bei einervollständigen Verbrennung entstehende Wärmeenergie.Hierbei wird zwischen Heizwert und dem Brennwertunterschieden.Brennwert

Heizwert

Der Brennwert ist ein theoretischer Wert, er berücksichtigtdie Verdampfungswärme des im Brennstoff enthaltenen bzw.des bei der Verbrennung entstehenden Wassers nicht.

Der Heizwert berücksichtigt bereits den Energieverbrauch beiVerdampfen des bei der Verbrennung vorhandenen oder ent-stehenden Wassers und ist daher immer zahlenmäßig kleinerals der Brennwert.

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Heiz- & Brennwerte in kJ/kgBrennwert Heizwert

Antrazit 33490-34750 32660-33910Holz, lufttrocken 15910-18000 14650-16750Steinkohle 29310-35170 27310-34120Torf, lufttrocken 13820-16330 11720-15070

Benzin (Mittelwert) 46050 42700Benzol 41870 40150Ethanol 29730 26960Toluol 42750 40820

Acetylen 57880 48640Butan 49440 45720Methan 56010 50540Wasserstoff 142300 119950

feste Brennstoffe

flüssige Brennstoffe

gasförmige Brennstoffe

Mindestverbrennungstemperatur

Ist die Verbrennung eingeleitet, so ist eine Mindestenergienotwendig, damit die Verbrennung selbständig weiterlaufenkann.

Zur Abschätzung dieser Energie gibt man die niedrigsteTemperatur des reagierenden Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches an, bei der das Brennen gerade noch möglichist. Diese Temperatur wird als Mindestverbrennungs-temperatur bezeichnet.

untere & obere Explosionsgrenze (Zündgrenze)

Unter der unteren bzw. oberen Explosionsgrenze versteht mandie niedrigste bzw. höchste Konzentration des brennbarenStoffes im Gemisch von Gasen, Dämpfen und/oder Stäuben,in dem sich nach dem Zünden ein Brennen gerade nicht mehrselbständig fortpflanzen kann.Die Angabe der Explosionsgrenzen erfolgt in Vol.-%,Bezugsstoff ist hierbei Luft.

Als Explosionsbereich bezeichnet man den Bereich zwischender unteren und oberen Explosionsgrenze. Innerhalb dieserGrenzen ist stets eine Zündung der Gemische möglich.

Explosionsbereich

Explosionsgrenzen in Vol.-%

untere Grenze obere Grenze

Acetylen 2,4 83,0Benzin 0,6 8,0Benzol 1,2 8,0Ether 1,7 36,0Methan 5,0 15,0Propan 2,1 9,5Schwefelkohlenstoff 1,0 60,0

Stoff

Explosion

Explosion

Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die eineTemperatur- oder Druckerhöhung oder beides gleichzeitigbewirkt.

Je nach Geschwindigkeit der Reaktion wird zwischen einerDeflagration und einer Detonation unterschieden.

Deflagration

Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die sich durchfreiwerdende Reaktionswärme fortpflanzt und im Unterschiedzur Detonation unterhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft.

Deflagrationen mit einer niedrigen Flammengeschwindigkeitund einer damit verbundenen geringen Druckwirkung werdenzuweilen als Verpuffung bezeichnet.

Bei der Verpuffung können Drücke bis 1 bar erreicht werden.Bei einer Deflagration treten hingegen Drücke bis etwa10 bar auf.

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Detonation

Plötzliche Zerfalls- oder Oxidationsreaktion, die mit einerStoßwelle gekoppelt ist und im Unterschied zur Deflagrationoberhalb der Schallgeschwindigkeit abläuft.

Durch die im Wellenkopf der Stoßwelle auftretenden hohenTemperatur- und Drucksprünge wird die Reaktion schlagartigausgelöst.

Begriffe nach DIN 14011 T1

Fremdzündung ist eine Entzündung durch eine von außenzugeführte Zündenergie.

Selbstentzündung ist eine Entzündung ohne Energiezufuhrvon außen.

Zündenergie ist die von einer Zündquelle abgegebene Energie.Sie ist abhängig vom Verhältnis Oberfläche zur Masse.Zerkleinern eines Stoffes führt zu einer Verringerung derZündenergie.

Fremdentzündung

Selbstentzündung

Zündenergie

Katalysator

Katalysatoren sind Stoffe, die mit mindestens einem derAusgangsstoffe eine reaktionsfähige ZwischenverbindungBilden, welche dann mit anderen Stoffen so weiterreagiert,daß die Katalysatoren im Verlauf der Gesamtreaktion wiederzurückgebildet werden.

Ein Katalysator kann unmögliche Reaktionen nicht möglichmachen.Der Katalysator erniedrigt lediglich die Aktivierungsenergie(Zündenergie).

homogene & heterogene Katalyse

Bei der homogenen Katalyse liegen der Katalysator undalle reagierenden Stoffe im gleichen Aggregatzustand vor.

homogene Katalyse

Bei der heterogenen Katalyse liegen Katalysator und dieReaktionsmedien in verschiedenen Aggregatzuständen vor.

heterogene Katalyse

Schema der Selbstentzündung

Tem

pera

tur

Oxidationsgeschwindigkeit

Temperaturanstiegdurch Wärmestau

Zündpunkt

SelbstentzSelbstentzüündungndungdes Stoffesdes Stoffes

Der Flammpunkt

Der Flammpunkt einer brennbaren Flüssigkeit ist die niedrigsteFlüssigkeitstemperatur, bei der sich Dämpfe in solcher Mengeentwickeln, daß über dem Flüssigkeitsspiegel ein durchFremdentzündung entzündbares Dampf-Luft-Gemisch entsteht.

DämpfeGefäß mit brennbarer

Flüssigkeit

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Die Zündtemperatur

Die Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre istdie bei der vorgeschriebenen Versuchsanordnung ermittelteniedrigste Temperatur einer erhitzten Wand, an der die amleichtesten entzündbare explosionsfähige Atmosphäre geradenoch zum Brennen mit Flammenerscheinung angeregt wird.

Dämpfe

Gefäß mit brennbarerFlüssigkeit

Thermometer zurMessung der

Flüssigkeitstemperatur

Verordnung brennbarer Flüssigkeiten (VbF)

Flüssigkeiten, die einen Flammpunkt nicht über 100°C habenund hinsichtlich der Wasserlöslichkeit nicht die Eigenschaftender Gefahrklasse B aufweisen.

Gefahrklasse A

Flüssigkeiten, mit einem Flammpunkt unter 21°C, die sich bei15°C in Wasser lösen oder deren brennbare flüssige Bestand-teile sich bei 15°C in Wasser lösen (Alkohol, Aceton).

Gefahrklasse B

Brennbare Flüssigkeiten im Sinne dieser Verordnung sind Stoffemit Flammpunkt, die bei 35°C weder fest noch salbenförmigsind, bei 50°C einen Dampfdruck von 3 bar oder weniger habenund zu einer der nachstehenden Gefahrklassen gehören:

Gefahrklasse A

Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt unter 21 °C(z.B. Benzin, Benzol, Ether)

Gefahrklasse A I

Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt von 21 °C bis 55 °C(z.B. Terpentinöl, Testbenzin, Petroleum)

Gefahrklasse A II

Flüssigkeiten mit einem Flammpunkt über 55 °C bis 100 °C(z.B. Heizöl, Dieselkraftstoff)

Gefahrklasse A III

Flammpunktbeispiele (VbF)

Flammpunkt Gefahrklasse

Aceton - 19 °C BBenzol - 11 °C A IEther - 40 °C A IEthanol 12 °C BDiesel > 55 °C A IIIMethanol 11 °C BBenzin - 40 °C bis - 20 °C A IPetroleum > 21 °C bis 30 °C A II

Stoff

Merke:Je niedriger der Flammpunkt, desto gefährlicher ist

der Stoff

Brandklasseneinteilung

Brände fester Stoffe, hauptsächlichorganischer Natur, die normalerweiseunter Glutbildung verbrennen.

Klasse A:

Brände flüssiger oder flüssigwerdender Stoffe.

Klasse B:

Brände von Gasen.Klasse C:

Brände von Metallen.Klasse D:

Literaturangabe

- FwDV 2/2 Ausbildung der Feuerwehren LFV NRW- Feuerwehr Grundausbildung Schott/Ritter