Inwiefern ist die Entstehung einer explosionsfähigen Atmosphäre abhängig vom Mischungsverhältnis zwischen wässrigem Anteil und organischem Anteil einer entsprechenden Lösung (Annahme Ethanol-Wasser-Gemische bei Standardbedingungen)?

Mich erreichte heute folgende Anfrage aus dem Explosionsschutz:

Inwiefern ist die Entstehung einer explosionsfähigen Atmosphäre abhängig vom Mischungsverhältnis zwischen wässrigem Anteil und organischem Anteil einer entsprechenden Lösung (Annahme Ethanol-Wasser-Gemische bei Standardbedingungen)?

Anbei meine Antwort:
Ethanol ist in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar. Dabei kommt es beim Vermischen zur Volumenkontraktion, das bedeutet, das 50 ml Ethanol und 50 ml Wasser nicht 100 ml Volumen ergeben, sondern 97 ml Wasser/Ethanol-Mischung. Dies geschieht immer unter abgab von Wärme.

Ethanol und Wasser, die untereinander schwächere Wechselwirkungen aufweisen als in den Reinstoffen, bilden ein Azeotrop mit Dampfdruckmaximum bzw. Siedepunktsminimum.

Für die Praxis bedeutet das, dass Ihre ekzakte Ethanol-Wasser-Mischung auf die sicherheitstechnischen Kenngrößen hin bestimmt werden müssen, wie der Siedepunkt, der Flammpunkt, UEG, OEG, Zündtemperatur, Temperaturklasse, MZE, Dampfdruck ect.

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Der Flammpunkt ist jedoch direkt abhängig von der Alkoholkonzentration. Siehe folgende Abbildung:

(c) BGN Praxisleitfaden zur Erstellung eines Explosionsschutzdokumentes für Brennereien und Spirituosenbetriebe.

Das bedeutet, dass die Lösung mit mehr Alkohol (Ethanol) einen tieferen Flammpunkt hat und damit die Gefährdung einer Ex-Zone steigt. Umso höher der Wasseranteil im Ethanol, um so höher ist der Flammpunkt und die Ex-Gefährdung sinkt. Der Siedepunkt ist bei verschiedenen Mischungen fast Konstanz, der Flammpunkt ändert sich jedoch wesentlich. Einige Werte aus der Praxis:

1) Ethanol-Lösung unter 10% in Wasser:
Siedepunkt: > 78°C
Flammpunkt: > 45°C
Zündtemperatur: > 400°C
UEG: > 3,1 Vol-% bzw. 59g/m3
OEG: < 27,7 Vol-% bzw. <532 g/m3

2) Ethanol-Lösung ab 10% bis unter 60% in Wasser:
Schmelzpunkt: > -144°C
Siedepunkt: > 78°C
Flammpunkt: 21°C bis 45°C
Zündtemperatur: > 400°C
UEG: >3,1 Vol-% bzw. 59g/m3
OEG: < 27,7 Vol-% bzw. <532 g/m3

3) Ethanol-Lösung ab 60% in Wasser:
Schmelzpunkt: > -144°C
Siedepunkt: > 78°C
Flammpunkt: < 21°C
Zündtemperatur: > 400°C
UEG: >3,1 Vol-% bzw. 59g/m3
OEG: < 27,7 Vol-% bzw. <532 g/m3

Donato Muro

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