Berechnung
Die Berechnung setzt voraus, daß die kinetischen Parameter und thermophysikalischen Stoffwerte einer chemisch reaktiven Substanz bekannt sind.
Arrheniusdiagramm
Das Arrheniusdiagramm ist die graphische Darstellung der Beziehung 
.
Hier bedeuten der Quotient E/R die scheinbare Aktivierungsenergie und Q0 die Arrheniusrate. Die Arrheniusrate ist durch 
definiert mit H0 = Reaktionswärme, k0 = Präexponentieller Faktor und cp = spez. Wärmekapazität.
Beispiel : Versuch mit 25% DTBP in Toluol
Validierung der Versuchsauswertung
Die Versuchsauswertung muss mit den Messwerten validiert werden, d.h. die theoretischen Zeitverläufe müssen mit den experimentell bestimmten Zeitverläufen hinreichend genau übereinstimmen. Das betrifft den Temperatur(Druck)zeitverlauf und die Temperatur(Druck)rate, d.h. die zeitliche Ableitung der Messgrößen.
Zur Validierung und zur späteren Berechnung müssen i.a. die thermophysikalischen Materialkennwerte des Prüfsubstanz bekannt sein.
Beispiel : Versuch mit 25% DTBP in Toluol
Arrhenius Wärmequelle
Die kinetischen Parameter E/R und Q0 gestatten, die innere Wärmeproduktion ( Exothermie ) zu berechnen. Das Ergebnis wird mit dem Experiment verglichen. Auf diese Art und Weise kann sicher zu niedrigen Temperaturen extrapoliert werden. Das ist die Skalierung vom Laborvolumen zum industriellen Volumen. Das betrifft Produktion, Lagerung und Transport gleichermaßen.
Beispiel: Kakaopulver
Volumenabhängige Selbstentzündungstemperaturen
Die exakte Theorie der Wärmeexplosion gestattet, kritische Umgebungstemperaturen in Abhängigkeit von der charakteristischen Länge L anzugeben, wenn die kinetischen Parameter und die Temperaturleitfähigkeit bekannt sind. Es gilt die Beziehung
Die Grenze zwischen volumenabhängiger thermischen Stabilität und Zündung ist scharf und beläuft sich lediglich auf 1 Kelvin. Das ist keine graue Theorie sondern wird im Experiment für Laborvolumina bestätigt.
Adiabatische Induktionszeit, TRAS 410, AZT24
Die adiabatische Induktionszeit ergibt sich aus der Näherungslösung der adiabatischen Differentialgleichung. Die Beziehung für die adiabatische Induktionszeit lautet
Diese Formel ist schon bei Frank-Kamenetzkii zu finden.
In der TRAS 410 ist der Begriff AZT24 definiert. Die AZT24 ist diejenige Temperatur eines Stoffes zu der eine adiabatische Induktionszeit von 24 Stunden gehört.
Physikalische Induktionszeit
Die physikalische Induktionszeit ist diejenige Zeit, die vom Überschreiten der kritischen Umgebungstemperatur bis zur Wärmeexplosion vergeht. Diese Induktionszeit ist eine physikalische Zeit, die mit der adiabatischen Induktionszeit nicht verwechselt werden sollte. Die physikalische Induktionszeit berücksichtigt alle kinetischen Parameter und Stoffwerte der Substanz, sowie das Volumen des Gebindes und schließt die Randbedingungen, d.h. den Wärmeübergang, mit ein.
Für eine konkrete Geometrie mit definierten Randbedingungen kann eine funktionelle Abhängigkeit zwischen Zündtemperatur und physikalischer Induktionszeit hergestellt werden.
Kritische Zündtemperatur als Funktion der physikalischen Induktionszeit
Eine alternative Darstellung der physikalischen Induktionszeit gestattet die kritische Umgebungstemperatur in Abhängigkeit der charakteristischen Länge L darzustellen. Die untere Grenze ist noch thermisch stabil, d.h. die physikalische Induktionszeit ist unendlich groß. Die obere Grenze gibt an, bei welcher Temperatur sofort Zündung eintritt. Jetzt konvergiert die physikalische Induktionszeit gegen Null ( Randzündung, Brandfall ). Die Parameterlinien repräsentieren eine konstante Induktionszeit entsprechend der Legende.
Kritische Zündtemperaturen als Funktion der charakteristischen Länge
In der Praxis gilt näherungsweise die Aussage, daß das Verhältnis von adiabatischer Induktionszeit zu physikalischer Induktionszeit ca. 1 : 10 beträgt ! Die reale Induktionszeit ist ungleich größer als die adiabatische Induktionszeit.
Löschen und Zünden
Das Problem von Löschen und Zünden hat schon Frank-Kamenetzkii betrachtet. Die Löschzeit gibt die max. Zeitspanne an innerhalb derer durch Absenken der Umgebungstemperatur unter die kritische Zündtemperatur die durchgehende Reaktion ohne weitere Maßnahmen noch gestoppt werden kann. Wird die Löschzeit überschritten, dann befindet man sich in der Zündzeit. Jetzt helfen nur noch Notmaßnahmen wie Änderung der Geometrie, Stopper, o.ä. Grundsätzlich besteht die Beziehung
Löschzeit + Zündzeit = physikalische Induktionszeit
Volumenabhängige Löschzeiten
Die Löschzeit hat eine grundsätzliche Bedeutung für die Transportzeit. Die Transportzeit besteht aus Lagerzeit und Fahrzeit. Die zulässige Transportzeit muss kleiner sein als die Löschzeit. Es gilt die Abschätzung, daß die
Transportzeit < Löschzeit <. 2/3 der Induktionszeit
beträgt ( ohne Beweis ).
Mindestzündtemperatur ( Glimmtemperatur )
Abbrand einer dünnen Schicht von 5 mm aus Holzmehl auf heißer Unterlage ( Glimmtemperatur ).
Die Berechnung mit ISAKINETIC liefert die funktionelle Abhängigkeit der kritischen, heißen Mindestzündtemperatur ( MZT ) in Abhängigkeit der Schichtdicke. Das gilt nur für heiße Oberflächen.
Wird in die Staubschicht ein Wärmestrom transportiert, dann wird die zulässige thermische Belastung in [ W / m² ] in Abhängigkeit der kritischen Schichtdicke angegeben. Das kann nur theoretisch berechnet werden, da z.Z. keine Norm oder Vorschrift einen derartigen Versuchsaufbau festlegt.
UN N.4 Test
Der UN N.4 Test ist für die Transportklassifizierung eines Feststoffes von großer Bedeutung. Der Ausgang dieses Tests bestimmt die Verpackungsgruppe und Gebindegröße. Es sei denn, daß ein Kubus von 1 Liter Volumen eine Selbstentzündungstemperatur von mehr als 140° C aufweist. Jetzt kann der Stoff ohne Einschränkung transportiert werden.
Ist dies nicht der Fall, dann muss nachgewiesen werden, daß ein Kubus von 27 m³ Volumen eine Selbstentzündungstemperatur von mehr als 50° C besitzt. Dieser Nachweis kann nur theoretisch geführt werden. Praktisch ist ein derartiger Nachweis in der Regel nicht möglich. Gelingt der Nachweis, dann kann ungehindert transportiert werden. Sonst muß eine Einstufung als Gefahrgut erfolgen.
Beispiel: Kakaopulver
SADT bzw. SAPT : Transportkontrolle
Die SADT ( Self Accelerated Decomposition Temperature ) bzw. die SAPT ( Self-Accelerated Polymerisation Temperature ) legen die Konditionen für einen Transport einer Flüssigkeit fest. Dies betrifft die grundsätzliche Frage, ob die betreffende Substanz nur unter Temperaturkontrolle befördert werden darf.
Die SADT bzw, die SAPT dürfen mit der einfachen Wärmebilanz nach Semenov berechnet werden. Die Berechnung erfordert die Eingabe von 19 Parametern wie Geometrie, Materialkennwerte, Fahrgeschwindigkeit und Einfüllvolumen.
Alternativ ist es zulässig, die gesuchte kritische Temperatur auch mit einer numerischen Simulation herauszufinden.
Zersetzung, chemische Stabilität
Das Thema Zersetzung, chemische Stabilität kann durch simultane Lösung der gekoppelten Gleichungen für Temperatur (Fourier) und Konzentration (Fick) behandelt werden. Das ist mit ISAKINETIC kein Problem.
