Keine unliebsamen Überraschungen bei Extrapolationen

November 2018

Repräsentative Stoff- und Sicherheitsdaten sind der Rohstoff für zuverlässige Risikobeurtei­lungen und -analysen. Die Modellierung und Simulation von chemischen Verfahren und Ereignisszenarien benötigt ebenfalls eine Vielzahl von Daten bzw. Messungen. Wenn unzureichende Daten vorliegen, können Schätzungen oder Extrapolationen von fehlenden Stoffeigenschaften die Lücken füllen.

Physikalische und chemische Eigen­schaften zu verarbeitender Stoffe sind grundlegende Informationen. Wir können folgende Gruppen unterscheiden:

• Thermodynamische Eigenschaften
• Transporteigenschaften
• Sicherheitsinformationen
• Toxikologische Daten
• Ökotoxikologische Daten

Oft müssen Stoffeigenschaften weit ausserhalb des Bereiches extrapoliert werden in dem sie ursprünglich gemessen wurden. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel bei dem Dampfdrücke, die bei höheren Temperaturen gemessen wurden, bis zu Raumtemperatur extrapoliert wurden. Dieses Vorgehen ist notwendig zur Transportklassifizierung (in Übereinstimmung mit GHS/CLP) sowie beim Erstellen von Sicherheitsdatenblättern (SDB).

Die Extrapolation mit einer ungeeigneten Methode oder eine unangemessene Korrelation kann zu Fehlern von mehreren Grössenordnungen führen, wie in Abbildung 1 am Beispiel der Extrapolation des Dampfdrucks von Dicyclohexylme­thylphosphonat zeigt.

Abbildung 1: Extrapolationen können problematisch sein.

Die Fehlerfortpflanzung bei der Weiterverwendung solcher Daten führt dann zu Folgeproblemen. Bei Druckentlastungsberechnungen kann z.B. ein Fehler im Dampfdruck zu einer falsch berechneten Ansprechtemperatur des Sicherheitsventils führen. Dies wiederum kann dazu führen, dass zu klein oder zu gross dimensionierte Sicherheitsventile eingesetzt werden, mit der Konsequenz, dass das Sicherheitsventil flattert, dass die nachgelagerten Installationen eine zu geringe Entlastungskapazität aufweisen oder,  dass der zu schützende Behälter im schlimmsten Fall zerstört wird.

Zahlreiche Methoden und Kon­zepte stellen die Extrapolation von Daten in Bereiche sicher, die experimen­tell nicht zugänglich sind.

Es gibt unzählige Möglichkeiten um Stoff­daten abzuschätzen oder zu ergänzen:

• Empirische Korrelationen/Regeln
• Gruppenbeitragsmethoden
• Übereinstimmende Zustände
• Struktur-Eigenschaft Beziehungen
• Thermodynamische Konsistenz
• Interpolationen und Extrapolationen von ähnlichen/verwandten Stoffen
• Analyse homologer Reihen
• Familiendiagramme oder -trends
• Methode analoger Serien
• Korrelation mehrerer Eigenschaften
• Muster des Eigenschaftsverhaltens
• Kombinationen obiger Methoden

Die bekannte und umfangreiche TÜV SÜD Stoff­datenbanksoftware PPDS kann zur Ab­frage von Reinstoff- und Gemischdaten genutzt werden. Sie enthält kritisch be­wertete Daten, Gleichungen  für tem­pera­turabhängige Stoffeigenschaften so­wie Regressionspakete zur Erstellung neuer Korrelationen.

Sowohl experimentelle Messungen als auch extrapolierte oder abgeschätzte Daten müssen vor ihrer Verwendung auf Plausibilität geprüft und gegebenenfalls für ihre Genauigkeit und Präzision vali­diert werden.

Wir können ausserdem folgende Dienst­leistungen anbieten:

• Vorschläge für Stoffdatenmethoden
• Wahl geeigneter Korrelationen
• Regressionsanalyse und Statistik
• Fehlerfortpflanzung und Darstellung
• Interpretation der Ergebnisse

Unsere Laboratorien und Experten können Ihnen helfen fehlende Sicher­heits­informationen zu messen, abzu­schätzen oder vorherzusagen. Mit der Beurteilung und Bewertung von Stoff­eigenschaften helfen wir Ihnen die Sicher­heit Ihrer Prozesse zu verbessern.

Kontakt : TÜV SÜD Process Safety