[논문]Hydroxy Propyl Methyl Cellulose 분진의 습도와 온도에 대한 영향성 연구

임우섭; 목연수; 최재욱

[국내논문] Hydroxy Propyl Methyl Cellulose 분진의 습도와 온도에 대한 영향성 연구
A Study on The Effect of Humidity and Temperature of Hydroxy Propyl Methyl Cellulose Dust 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.19 no.3 = no.67, 2004년, pp.65 - 69

임우섭 (부경대학교 안전공학과 대학원) , 목연수 (부경대학교 안전공학과) , 최재욱 (부경대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was performed with Hartmann type dust explosion apparatus and Godbert-Greenwald furnace apparatus in order to research the effect of temperature and humidity affecting LEL, minimum ignition temperature of Hydroxy Propyl Methyl Cellulose. The experimental determinations in the range between $20^{\circ}C\;and\;60^{\circ}C$ of temperature was not affected $LEL(180g/m^3)$ but LEL showed $200g/m^3\;and\;250g/m^3\;at\;80^{|circ}C\;and\;100^{\circ}C$. As the change of humidity LEL was $180g/m^3\;for\;50\%,\;200g/m^3\;for\;60\%\;and\;250g/m^3\;for\;70\%$ but dust explosion didn't occur over $80\%$. The ignition temperature of HPMC dust clouds was increased as increasing of humidity. So, the minimum ignition temperatures at $50\%,\;60\%,\;70\%\;80\%$ of humidity was $363^{\circ}C,\;375^{\circ}C,\;397^{\circ}C,\;405^{\circ}C$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 S기업이 자체 개발하여 도료, 식용품, 의약품, 제지, 화장품, 세라믹 소재 등에 사용되고 있으며 수요가 날로 증가하고 있는 hydro-xypropyl methyl cellulose(이하 HPMC 라 한다)를 시료를 개량된 Hartmann식 폭발 실험 장치를 이용하여 온도와 습도에 대한 영향성을 실험하였다.
따라서 본 연구에서는 습도를 변화시킬 때 분진 입자표면의 활성정도가 얼마만큼 감소되는지를 실험하여, 분체 표면의 활성화가 분진폭발 하한농도에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다.
또한 분진운의 습윤도에 대한 영향도 Godbert-Greenwald furnace 실험 장치를 이용하여 실험하였으며, 여기서 제시한 자료들은 분진을 취급하는 공정에서 재해를 예방하는데 기초자료로 제공하고자 한다.

제안 방법

그러나 파열되지 않거나 불꽃이 발생하지 않으면 비(非)폭발로 판정하였고 10회의 실험에서 1회도 폭발되지 않았을 때의 경계농도를 구하였다.
그리고 시료의 분사시 폭발통내의 공기가 온도 저하의 원인으로 작용하는 것을 방지하기 위해서 폭발통 외부를 히팅코일(직경 1mm, 길이 5m)로 감싸고, 전압조절 장치를 부착하여 폭발통 내부에 설치된 열전대 온도계에 의해 자동적으로 온도를 조절할 수 있도록 하였다.
또한 Fig. 6은 Fig. 5에서 나타난 발화온도 중에서 가장 낮은 온도를 나타내는 최저발화온도를 비교한 것으로서 상대습도 50%에서는 시료량 0.8g에서 363℃, 상대습도 60%와 70%에서는 시료량 0.5g에서 최저발화온도 375℃, 397℃로 각각 구하였으며, 상대습도 80%에서는 시료량 0.4g에서 최저발화온도 405℃를 구하였다.
또한 온도변화에 따른 분진폭발의 특성을 조사하기 위해 Hartmann식 폭발장치에 먼저 분체의 분산을 위해서 공급되는 압축공기의 온도를 조절하기 위해서 압축공기 저장탱크에 자켓식 히터(주문제작)를 설치하여 온도를 1차적으로 제어할 수 있도록 하였으며, 압축공기가 수송되는 관내에서 온도의 하강을 막기 위해 2차적으로 직경 5mm, 길이 90cm의 동관 내부에 히팅 코일을 삽입하고 여기에 온도센스를 부착하고 보온 재료를 사용하여 2중으로 단열시켰다. 그리고 시료의 분사시 폭발통내의 공기가 온도 저하의 원인으로 작용하는 것을 방지하기 위해서 폭발통 외부를 히팅코일(직경 1mm, 길이 5m)로 감싸고, 전압조절 장치를 부착하여 폭발통 내부에 설치된 열전대 온도계에 의해 자동적으로 온도를 조절할 수 있도록 하였다.
발화부는 외경 42cm×30cm로 제작된 KT Type의 4kw 발열체로 최고 1000℃까지 올릴 수 있으며, 전기로 내부에 φ4cm×H26cm의 석영관을 전기로 중심부에 넣고, 석영관의 후면 중심부에 φ1.6mm의 열전대 온도계를 삽입하여 관내부의 온도를 측정하였다. 온도조절은 PID조절기에 의하여 설정온도를 조절하였다.
분진폭발 현상이 온도와 수분의 영향을 받으므로 실험의 재현성을 좋게 하기 위해 HPMC, 325 mesh 이하의 시료를 사용하였으며, 온도의 영향성에 대해서는 실험실 내부의 온도를 20±2℃, 상대습도 50± 5%의 항온항습 조건하에서 실험장치의 내부 온도만 20℃, 40℃, 60℃, 80℃, 100℃로 변화시켜 가면서 실험을 행하였으며, 습도에 대한 영향성을 평가할 때에는 항습조건을 50%, 60%, 70%, 80%로 단계적으로 상승 시켜 시료를 비롯한 모든 장비들을 위의 조건에 24시간이상 방치하여, 그 조건이 안정화되었을 때 아래의 절차에 따라 시험을 실시하였다.
실험은 온도제어장치에 의해 발화부 내부를 일정 온도로 유지하고, 시료를 습도 50%, 60%, 70%, 80%에서 24시간 방치한 325mesh이하의 HPMC 시료를 충전한 후 조정된 압력으로 발화통 내부로 이송한다. 이 때 발화통 하부에 시료가 연소하여 화염이 분출하게 되면 발화로 판정하고, 화염이 분출하지 않을 경우에는 비발화로 판정하여 시험관 내부의 잔류분진을 제거한 후 1회의 실험을 종료하였다.
6mm의 열전대 온도계를 삽입하여 관내부의 온도를 측정하였다. 온도조절은 PID조절기에 의하여 설정온도를 조절하였다.
이 때 발화통 하부에 시료가 연소하여 화염이 분출하게 되면 발화로 판정하고, 화염이 분출하지 않을 경우에는 비발화로 판정하여 시험관 내부의 잔류분진을 제거한 후 1회의 실험을 종료하였다.
폭발통에는 시료컵 상부 12cm 지점에 착화용 방전전극 2개를 수평으로 마주보는 형태로 장착하였으며, 방전전극은 직경 3mm의 텅스텐 합금을 사용하였으며, 전극의 간격은 마이크로미터로 조절할 수 있게 되어 있으며, 상부는 종이를 사용하여 뚜껑을 덮을 수 있도록 되어 있다.

대상 데이터

운상연구에 사용한 실험장치는 Godbest-Greenwald furnace⁹⁾를 개량한 것으로 그 구성은 Fig. 2와 같으며, 발화부, 압축공기 공급부, 온도제어장치로 구성되어 있다.
폭발실험에 사용한 장치는 ASTM (E1515- 98)⁸⁾에 의거한 Hartmann식 폭발장치를 개량한 취입식 분진폭발 장치이며, 그 구성은 Fig. 1과 같다.
등으로 구성되어 있다. 폭발에너지 측정 및 저장부는 오실로스코프(TDS 3014), 고전압 프로브 (Tektronix P60 15A) 및 컴퓨터로 구성되어 있다.

성능/효과

(2) 폭발통을 고정식 연결부에 견고히 체결시킨 후 온도의 영향성을 평가하기 위한 경우는 폭발통 내부가 설정온도에 도달할 때까지 기다린다.
1) 분진폭발의 온도의 영향성은 20℃~60℃까지는 동일한 폭발하한농도인 180g/m³을 얻었으나, 80 ℃에서는 170g/m³, 100℃에서는 VOg/n?을 구하였으며, 온도가 높아짐에 따라 폭발한계농도가 감소하는 경향을 나타내었다.
2) 분진폭발의 습도에 대한 영향성은 상대습도 50%, 60%, 70%일 때 폭발하한농도는 180g/m³, 200 g/m³, 250g/m3을 구하였다.
3) 운상발화온도에 대한 습윤의 영향성은 습윤도 50%, 60%, 70% 및 80%에 대해서 최저발화온도 363℃, 375℃, 397℃ 및 405℃를 구하였다.
, 100℃에서는 VOg/n?을 구하였으며, 온도가 높아짐에 따라 폭발한계농도가 감소하는 경향을 나타내었다.
사료된다. 특히 선행 연구mm에서 밝혀진 바와 같이 HPMC의 경우 최소착화에너지(MIE)는 9.8mJ이며, 적층 상태에서의 자연발화 온도는 두께 7cm에서 180.5℃로 비교적 열적으로 불안정한 물질임을 알 수 있었다. 또한 100℃이상에서는 HPMC 분체의 물성에 변화를 주게 될 수도 있으므로 고온의 온도에서는 실험을 하지 않았다.

참고문헌 (11)

內藤道夫, 松田東榮,粉塵爆發の危險性とその對策, 産業安全硏究技術料資(RIIS-TN-69-1), pp. 1-2, 1981
W. Bartknecht, Dust Explosions, Springer Verlag Berlin Heidelberg, pp. 51-92, 1989
M .Faraday and C. Lyell, Philosophical Magagine,pp. 26-16, 1845
오규형, 문정기, 김한석, 'Terephtalic acid 의 폭발특성에 관한 실험적 연구', 산업안전학회지, 제5권, 제1호, pp. 41-48, 1990
최재욱, 최일곤, 조일건, 복연수, 이동훈, 하동명,' 소나무분진의 최소착화에너지와 폭발한계측저에 관한 연구', 한국가스학회지, 제2권, 제2호, pp. 55-60, 1998
K. Kiyama and H. Sudo, 'The Effect of the Moisture Content on Dust Explosion', ANZENKOGAKU, Vol. 12 No.3, pp. 169-173, 1973
M. Mittal, B. K. Guha, 'Study of Ignition Temperature of a Polyethylene Dust Cloud', Fire and Materials, Vol. 20, pp. 97-105, 1996

상세보기
American Society for Testing and Materials, Standard Test Method for Minimum Explosible Combustible Dust, ASTME 1515-98, 1998
N. Jaeger, R Siwek, Prevent Explosion of Combustible Dust, Chem. Eng. Prog., pp. 25-37, 1999
임우섭, 목연수,"Hydroxypropyl Methyl Cellulose 의 분진 폭발특성에 관한 연구', 산업안전학회지, 제15권, 제4호, pp.95-99, 2000
임우섭, 목연수,'"Hydroxypropyl Methyl Cellulose 분진의 운상자연발화에 관한 연구', 산업안전학회지, 제19권, 제1호, pp. 137-140, 2004

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