선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 폭주반응 현상을 해석하였다. 그리고 실험에서 얻은 매개변수들과 반응속도론을 바탕으로 모사를 통해 조업 및 설계조건의 결정에 도움을 주고자 하였다.
제안 방법
- 33 g의 PVA를 넣고 초기 온도 80 °C 에서 교반속도를 200 rpm으로 고정하여 반응시켰다. 그리고 단량체와 개시제의 양을 일정하게 유지하고 물의 양을 변화, 단량체와 물의 양을 일정하게 유지하고 개시제의 양을 변화, 그리고 단량체와 물을 1 : 1로 유지시키고 총질량을 변화시키면서 반응시간에 따른 온도변화를 측정하였다.
- 그리고 최대 발열온도 최대 발열시간 및 최대 발열속도를 산출하여 폭주반응에 미치는 조업 조건의 영향을 해석하고, 수치모사를 통해 조업 조건을 결정하였다.
- 8%를 차지하였으며, 니트로화 반응, 술폰화 반응, 가수분해 반응의 순서를 나타내었다. 그리고 폭주반응의 주요 원인으로 화학반응 및 열화학적 원인, 원료물질의 품질관리, 온도제어 결함, 반응물 또는 촉매의 주입오류, 유지보수 및 조작자실 수 등으로 분류하였다.
- 따라서 본 연구에서는 회분식 스티렌 현탁중합 반응공정에서 단량체와 분산매의 비, 단량체와 개시제의 비, 그리고 단량체 질량을 변화시키면서 최대발열 온 E, 최대 발열시간, 최대 발열속도 등을 측정하여 폭주반응 현상을 해석하였다. 그리고 실험에서 얻은 매개변수들과 반응속도론을 바탕으로 모사를 통해 조업 및 설계조건의 결정에 도움을 주고자 하였다.
- 45 cm이고 높이가 11 cm 인 500 mL 이중자켓 반응기로 pyrex로 제작하였다. 반응기에는 항온수(80±1 °C)를 공급하기 위한 정밀 항온응축기, 기계식 교반기와 반응기 내부의 질소 분위기를 유지하기 위한 질소 공급 장치를 설치하였으며, 반응기 내부의 온도를 측정하기 위해서 열량계(KR-100, KONICS, KOREA)를 설치하였다.
- 반응기의 안전적 측면에서 폭주반응이 발생하는 반응기의 설계 및 조업조건을 결정하는 방법을 제시하기 위하여 회분식 스티렌 중합반응에서 폭주반응에 미치는 조업조건의 민감도 모사를 실시하였다. Fig.
- 스티렌 중합반응에서 라디칼 생성이 가능한 반응온도는 약 60 -70 °C이상이므로 폭주반응에서 중요한 냉각수 온도에 대하여 모사하였다. 즉, 단량체가 165 g인 경우에 개시제와 WW를 변화시키면서 냉각수의 온도에 따른 반응온도의 변화를 모사하였으며, 대표적인 결과는 Fig.
- 실험에서 측정하지 못한 성질들을 이론식으로부터 산출하여 폭주반응 현상을 해석하였다. 즉, 반응속도 상수들은 Fig.
- 냉각수 온도에 대하여 모사하였다. 즉, 단량체가 165 g인 경우에 개시제와 WW를 변화시키면서 냉각수의 온도에 따른 반응온도의 변화를 모사하였으며, 대표적인 결과는 Fig. 10과 같다. 그림에서와 같이 냉각수 온도를 높게 유지할수록 정상 상태에서도 반응온도가 높게 유지되기 때문에 폭주반응의 발생 가능성이 증가하고 있으며, 본 연구범위에서 폭주반응의 발생 가능성이 높은 조건인 M/W = 2 및 !/M = 10 wt%에서는 약 75 笆이하가 비교적 안정한 조건임을 알 수 있었다.
- 최근 산업안전 측면에서 문제로 대두되고 있는 폭주반응 현상을 해석하고 조업조건의 결정 방법을 제시하기 위하여 회분식 스티렌 현탁 중합 반응공정에서 조업조건에 따른 시간-반웅온도 곡선을 측정하였다. 그리고 최대 발열온도 최대 발열시간 및 최대 발열속도를 산출하여 폭주반응에 미치는 조업 조건의 영향을 해석하고, 수치모사를 통해 조업 조건을 결정하였다.
대상 데이터
- 시약은 모두 1급 시약으로 단량체는 스티렌 (Duksan, 99.5%)을, 개시제는 benzoyl peroxide(BPO, Aldrich, 70%)을, 현탁 안정제는 polyvinyl alcohol (PVA, Kuraray, 95%)를 각각 사용하였으며, 스티렌은 중합 금지제인 benzoquinone 이 첨가되어 있으므로 정제하여 사용하였다.
- 실험에 사용된 반응기는 직경이 8.45 cm이고 높이가 11 cm 인 500 mL 이중자켓 반응기로 pyrex로 제작하였다. 반응기에는 항온수(80±1 °C)를 공급하기 위한 정밀 항온응축기, 기계식 교반기와 반응기 내부의 질소 분위기를 유지하기 위한 질소 공급 장치를 설치하였으며, 반응기 내부의 온도를 측정하기 위해서 열량계(KR-100, KONICS, KOREA)를 설치하였다.
이론/모형
- 여기서 M은 단량체이고, 日은 라디칼이다. 이때 각 단계 반응에서의 속도상수는 Kalfes 등의 실험결과 心)를 사용하였다. 즉, 개시반응에서의 해리속도상수(灯)와 자가개시반응 속도상수( 匠), 성장반응에서의 성장반응 속도상수㈤), 정지반응에서의 연쇄 이동에 의한 정지반응 속도상수(Km, kts)와 불균등화에 의한 정지반응 속도상수(知)는 식 (2)~(6)과 같다.
성능/효과
- 1) 단량체/물 비(M/W)와 개시제 농도를 증가시킬수록 발열개시시간과 최대 발열시간은 감소하고 최대 발열온도와 최대 발열속도는 증가하여 폭주반응의 위험성이 증가하였다. 또한 일정한 MMW와 개시
- 2) 자유라디칼 중합반응 속도론에 의한 물질 및 에너지수지식으로부터 산출한 이론값은 최대 발열 온도에서 실험값과 다소 차이가 있었으나 발열 개시 시간은 거의 일치하였다. 이때 폭주반응은 성장단계의 반응속도상수에 크게 영향을 받으며, 약 70%의 전화율에서 발생함을 알 수 있었다.
- 3) 모사결과, 폭주반응의 발생을 억제할 수 있는 조업 조건은 MW가 약 0.5 이하이고 3 wt% 개 시제농도 및 냉각온도 75°C 이하이었다.
- 실시하였다. Fig. 8은 단량체가 165 g이고 M/W가 2, 1, 0.5, 0.25인 경우에 개시제의 농도를 10, 5, 3, 2, 1 wt%로 변화시킨 모사결과로 일정한 물의 양에서는 개 시제농도가 약 10 wt%에서 격렬한 폭주반응이 발생하지만 개시제의 농도감소에 따라 거의 비례적으로 폭주반응이 억제되어 약 3 wt% 이하의 개시제 농도에서는 제어가 가능하여 폭주반응 현상을 무시할 수 있었다.
- 개시제/단량체 비(UM)의 영향은 Fig. 3과 같이 개시제의 양이 많을수록 발열개시시간과 최대 발열 시간은 짧아졌고, 최대 발열온도도 증가하였다. 또한 개시 제가 1, 2, 3 wt%에서 최대 발열속도는 각각 9.
- 단량체 165 g, 개시제 1 W에서 단량체/물 비 (M/W)의 변화에 대한 반응시간-온도변화의 측정 결과는 Fig. 2와 같이 M/W가 증가할수록 발열 개시 시간과 최대 발열시간은 감소하였고, 최대 발열 온도는 증가하였다. 또한 산출된 최대 발열속도는 M/W가 1, 2, 3에서 각각 6.
- 5 M/W이하에서는 폭주반응 현상을 무시할 수 있었다. 따라서 개시제의 농도가 낮을수록, 그리고 물의 양이 증가할수록 폭주반응 현상이 억제되므로 80°C의 반응온도에서 폭주반응의 제어가 가능한 조업조건은 약 3 wt%의 개시제 농도와 0.5 M7W 이하이었다.
- 4는 일정한 M/W와 개시제 농도에서 단량체 질량의 영향을 나타낸 것으로 발열개시시간과 최대발열 시간은 단량체의 질량이 증가할수록 감소하였으나 최대 발열온도는 거의 유사한 값을 나타내었다. 또한 단량체 질량이 125, 145, 165 g일 때 최대발열 속도는 각각 20.58, 10.08, 9.66 J/min으로 단량체 질량의 증가에 따라 감소하였다. 이것은 M/W가 2로 일정한 상태에서 단량체 질량을 증가시키면 물의 양 증가로 열전달 면적의 증가에 의한 유입 열량이 증가되기 때문이다.
- 2와 같이 M/W가 증가할수록 발열 개시 시간과 최대 발열시간은 감소하였고, 최대 발열 온도는 증가하였다. 또한 산출된 최대 발열속도는 M/W가 1, 2, 3에서 각각 6.3, 9.66, 10.5 J/min으로 물의 질량비가 감소할수록 높게 나타났다. 이것은 M7W가 1, 2, 3으로 변화함에 따라 현탁물의 부피감소로 열전달 면적이 감소하여 반응기에 유입되는 시간당 총열량은 감소하나 일정한 단량체 질량에 대하여 반응기 내의 열적 안정성을 갖는 물의 양이 감소되었기 때문이다.
- 이상과 같이 폭주반응의 발생, 즉 발열 개시 시간은 약 70%의 전화율을 갖는 시간이므로 조업 조건에 따라 에너지수지식으로부터 폭주반응의 발생 조건을 결정할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- ()1 초로 하였음에도 각 물질의 농도변화가 온도에 민감하기 때문에 산출된 온도증분이 반응 초기에는 실험값 보다 크고 폭주반응에서는 오히려 적기 때문에 온도가 급상승하지 못하는 것으로 판단된다. 그러나 폭주반응이 일어나는 반응조건 또는 제어조건의 결정에 중요한 발열개시시간은 거의 일치하여 제시된 에너지수지식을 사용하여 조업 조건에 따른 폭주반응의 발생여부 및 정도 등의 예측이 가능할 것으로 판단되었다. 이때 모사로부터 산출된 개시제의 효율(/ )은 약 0.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.