[논문]가연성 혼합액체의 증발 및 분포 속도에 관한 연구

안형환

doi:10.7842/kigas.2014.18.6.1

가연성 혼합액체의 증발 및 분포 속도에 관한 연구
A Study on the Evaporation and Distribution Velocity a Volatile Mixtures 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.18 no.6, 2014년, pp.1 - 6

안형환 (한국교통대학교 안전공학과)

초록
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이 연구는 가연성 액체물질인 methanol, tetrahydrofuran, xylene의 온도와 풍속에 따른 증발속도에 대하여 실험을 통해 조사하였다. 측정하고자하는 물질의 양은 약 24 g을 기준으로 하였고 혼합물질의 경우 24 g을 기준으로 하여 각각 같은 비율로 혼합하여 사용하였다. 또한 풍속에 대한 영향을 살펴보기 위하여 소형선풍기를 용기 입구 높이 약 10 cm, 측방향 30 cm의 위치에 설치하고 풍속계를 이용하여 풍속을 측정하였다. 대기속도에 대한 영향을 알아보기 위하여 풍속을 0 m/s, 1.63 m/s, 2.03 m/s로 변화시켜 실험하였고 온도의 미치는 영향은 $21^{\circ}C$, $32^{\circ}C$, $52^{\circ}C$로 변화시켜가며 항온조에서 조절하여 실험하였다. 그 결과 Xylene의 경우 1.4 mg/min, Tetrahydrofuran 19.8 mg/min, Methanol 10.2 mg/min의 속도로 차이 큰 것을 알 수 있었으며 또한 온도와 풍속에 대한 영향이 아주 민감한 것으로 나타났다. 또한 혼합물의 경우도 각 단일 물질의 평균 증발속도와의 차이가 큰 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is based on a investigation regarding the evaporation rate of a volatile liquid(methanol, tetrahydrofuran, xylene) according to changes of the temperature and wind. The weight of a volatile liquid was standardized to 24 g and the mixture was formed with the same weight ratio. In order to discover about the effect of the wind velocity, small fan was installed at 10 cm above the entrance and 30 cm away in the direction of the cylinder. The effect of the wind velocity was tested at 0 m/s, 1.63 m/s, 2.03 m/s respectively and the effect of the temperature on the volatile liquid was experimented at the temperature of $21^{\circ}C$, $32^{\circ}C$, $52^{\circ}C$ in the constant temperature water base. As a result, in case of Xylene, the evaporation rate of the tetrahydrofuran and methanol showed 1.4 mg/min, 19.8 mg/min and 10.2 mg/min respectively. Also, the effect of the evaporation rate on the temperature of the volatile liquid and on the velocity of wind was shown to be very sensitive. At the same time, the evaporation rate of the mixture showed large difference compared to that of the single volatile liquid.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 이 연구는 가연성물질이 각종 사고나 작업 중 실수에 의해 대기 중 누출에 대한 위험성을 예측하기 위하여 단일물질과 혼합물질(Xylene과 Tetrahydrofuran, Methanol)에서 다양한 온도 변화와 풍속 변화에 따른 증발속도의 영향을 알아보았다.

제안 방법

가연성물질인 Methanol, Xylene, Tetrahydro furan의 증발속도를 알아보기 위하여 단일물질과 혼합한 혼합물질로 나누어 온도와 풍속의 영향을 실험적으로 조사한 결과 다음과 같았다.
또한 풍속에 대한 영향을 살펴보기 위하여 소형선풍기를 용기 입구 높이 약 10 cm, 측방향 30 cm의 위치에 설치하고 풍속계(kestrel4000, NV, NK)를 이용하여 풍속을 측정하였다. 또한 대류의 영향을 알아보기 위하여 풍속을 0 m/s, 1.63 m/s, 2.03 m/s로 변화시켜 실험하였고 온도의 미치는 영향은 21 ℃, 32 ℃, 52 ℃로 변화시켜가며 항온조에서 조절하여 실험하였다.
이 때 측정하고자하는 물질의 양은 단일물질의 경우 약24 g을 기준으로 하였고 혼합물질의 경우 24 g을 기준으로 하여 각각 같은 비율로 혼합하여 사용하였다. 또한 풍속에 대한 영향을 살펴보기 위하여 소형선풍기를 용기 입구 높이 약 10 cm, 측방향 30 cm의 위치에 설치하고 풍속계(kestrel4000, NV, NK)를 이용하여 풍속을 측정하였다. 또한 대류의 영향을 알아보기 위하여 풍속을 0 m/s, 1.
증발속도 측정을 위해 10^-6 g의 성능을 전자저울 (DE/BJ 120S, SARTORIUS)을 사용하여 10^-4 g범위로 21℃에서 30분 간격으로 질량의 변화를 측정하였고 증발용기는 부피10 ml, 길이 10 cm, 직경 10 mm인메스실린더를 이용하였다. 이 때 측정하고자하는 물질의 양은 단일물질의 경우 약24 g을 기준으로 하였고 혼합물질의 경우 24 g을 기준으로 하여 각각 같은 비율로 혼합하여 사용하였다.
증발속도가 바람에 미치는 영향을 알아보기 위하여 소형선풍기를 사용하여 증발 실린더 입구 높이 10 cm 측면 30 cm에서 바람의 세기를 조절하여 측정하였다. Fig.

대상 데이터

이 실험에 사용한 Methanol의 경우 특급시약으로 순도가 99.85 %(hayma Limited)을 사용하였고 Xylene의 경우 95 %(Katayama Chemical), Tetrahydro-furan(95, 95 %, Duksan Pharmceutical)을 사용하였다.

성능/효과

(1) Xylene, Tetrahydrofuran, Methanol 각각의 경우 비중차이는 0.876, 0.8892, 0.7915로 크지 않았지만 증발속도가 Xylene의 경우 1.4 mg/min, Tetrahydrofuran 19.8 mg/min, Methanol 10.2 mg/min의 속도로 차이 큰 것을 알 수 있었다.
(2) 혼합물의 증발속도 실험 결과 Methanol과 Xylene의 경우 각각 단일물질의 평균이 5.8 mg/min데 비해 11.6 mg/min의 증발속도를 보여 빠른 증발속도를 갖은 물질과의 혼합에서 빠른 증발물질의 물질간 인력에 의한 영향을 받아 동반 증발 현상이 일어 나는 것으로 추론할 수 있었다.
(3) 증발속도의 온도 변화에 대한 증발실험에서 Methanol을 21℃, 32℃, 52℃로 변화시켜 실험한 결과 증발속도가 10.2 mg/min에서 17.8 mg/min, 40.2 mg/min으로 급상승하였고 온도에 아주 민감한 것을 알 수 있다.
(4) Methanol의 경우 풍속이 0 m/s, 1.63 m/s, 2.03 m/s로 변화되었을 때의 증발속도는 각각 10.2 mg/s, 12.8 mg/s, 14.7 mg/s로 상승되는 것을 알 수 있었다.
Xylene과 Tetrahydrofuran 그리고 Methanol의증발속도 측정은 온도 21 ℃를 유지하며 측정을 실시하였다. 그 결과 Fig. 1, 2, 3에서 보는 바와 같이 Xylene의 경우 1.4 mg/min의 속도로 증발되는 것을 알 수 있었으며 Tetrahydrofuran의 경우는 19.8 mg/min, Methanol은 10.2 mg/min의 속도로 증발 하였다. 따라서 Tetrahydrofuran의 경우 Xylene의 약 14배 정도의 속도차가 나는 것을 알 수 있었으며, 단일물질의 누출에서의 누출원점에서의 빠른 확산에 따른 폭발범위 도달하는 시간과 폭발가능 면적의 차이가 확연하게 다를 수 있다.
2 mg/min의 속도로 증발 하였다. 따라서 Tetrahydrofuran의 경우 Xylene의 약 14배 정도의 속도차가 나는 것을 알 수 있었으며, 단일물질의 누출에서의 누출원점에서의 빠른 확산에 따른 폭발범위 도달하는 시간과 폭발가능 면적의 차이가 확연하게 다를 수 있다.
일반적으로 증발속도는 butyacetate를 기준으로 증발속도의 빠르기를 가늠하고 있으나 혼합물질의 다양한 물리적 특성 및 대류나 환경 조건에 따라 달라질 수 있다. 따라서 혼합물질에 대한 증발속도가 물질에 따라 어떠한 영향을 미치는 지를 알아보기 위하여 Teatrahydrofuran과 Xylene그리고 Methanol을 각각 동량으로 희석하여 증발속도를 측정한 결과 Fig. 4, 5, 6에서 보는바와 같이 Methanol과 Xylene의 경우 각각 단일물질의 평균이 5.8 mg/min과완전히 다른 경향을 보여 11.6 mg/min의 증발속도를 보였다. 이러한 현상은 빠른 증발속도를 갖은 물질과의 혼합에서 빠른 증발물질의 물질 간 인력에 의한 영향을 받아 동반 증발 현상이 일어나는 것으로 추론할 수 있다.
Douglas Bohl과 Gregory Jackson은[7]넓고 짧은 터널형사각형에 수직으로 설치된 큰 방해물에 서의 acetone의 유출 현상에 대한 이미지 연구를 통해 일정한 온도에서의 최대 유출크기는 유출 부피에 따라 증가하고, 일정한 유출 부피에서는 표면온도의 증가에 따라 감소하는 것으로 보고하였다. 또한 3.0m/s 이하의 바람에 대한 영향은 최대 유출 크기에 영향을 주지 않는다고 발표하였다. 또한 Katsuhiro Okamoto 등[8]은 높은 octane가를 갖은 gasoline과 보통의 gasoline을 이용하여 증기압과 증발속도를 측정하고 예측모델을 제시하였다.
온도 상승에 대한 증발속도가 어느 정도 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 Fig. 7에서와 같이 Methanol을 21 ℃, 32 ℃, 52 ℃로 변화시켜 실험한 결과 증발속도가 10.2 mg/min에서 17.8 mg/min, 40.2mg/min으로 급상승하는 것을 알 수 있었다. 따라서 산업현장에서의 가연성물질의 누출에 있어 주변의 온도에 아주 민감한 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산업안전보건법에 따르면 인화성액체란?	인화성액체 및 혼합물을 사용 및 취급 또는 저장 하는 설비에서 인화성액체가 누출되고 이로 인하여 발생하는 화재?폭발사고 뿐만 아니라 독성사고가 자주 발생하고 있으며 그에 따른 재산 피해 및 인명 피해가 크게 이슈화되고 있다. 산업안전보건법상에서 인화성액체(Flammable Liquids)란 표준압력 하에서 인화점(Flash Point)이 60℃이하이거나 고온·고압의 공정운전 조건으로 인하여 화재·폭발이 있는 상태에서 취급되는 액체를 말한다[1]. 이러한 인화성액체는 누출시 주변에 넓은 면적에 걸쳐 분포하게 되고 각종 점화원의 존재로 인하여 화재·폭발을 일으키기도 할 뿐만 아니라 때로는 성분의 독성정도에 따라 매우 심각한 인명피해를 가져오기도 한다.
	증발속도 측정에 있어 풍속에 대한 영향을 살펴보기 위해 설치한 것은?	이 때 측정하고자하는 물질의 양은 단일물질의 경우 약24 g을 기준으로 하였고 혼합물질의 경우 24 g을 기준으로 하여 각각 같은 비율로 혼합하여 사용하였다. 또한 풍속에 대한 영향을 살펴보기 위하여 소형선풍기를 용기 입구 높이 약 10 cm, 측방향 30 cm의 위치에 설치하고 풍속계 (kestrel4000, NV, NK)를 이용하여 풍속을 측정하였다. 또한 대류의 영향을 알아보기 위하여 풍속을 0 m/s, 1.
	인화성액체의 누출은 어떤 피해를 줄 수 있는가?	산업안전보건법상에서 인화성액체(Flammable Liquids)란 표준압력 하에서 인화점(Flash Point)이 60℃이하이거나 고온·고압의 공정운전 조건으로 인하여 화재·폭발이 있는 상태에서 취급되는 액체를 말한다[1]. 이러한 인화성액체는 누출시 주변에 넓은 면적에 걸쳐 분포하게 되고 각종 점화원의 존재로 인하여 화재·폭발을 일으키기도 할 뿐만 아니라 때로는 성분의 독성정도에 따라 매우 심각한 인명피해를 가져오기도 한다. 한편 고용노동부의 발생형태별 사망사고를 살펴보면 2012년 폭발파열 32건(3.

참고문헌 (9)

산업안전보건법, 화학물질의 분류.표시 및 물질안전보건자료에 관한 기준, 화학물질 등의 분류, 노동부고시 제2009-68호
고용노동부, 발생형태별사망사고(2012)
http://hikostat.kr/2010, 통계로 소통하는 통하는 세상, 통계청, 1(2013)
Katsuhiro Okamoto, Muneyuki Hiramatsu, Hiroki Miyamoto, Tomonori Hino, Masakatsu Honma, Norimichi Watanabe, Yasuaki Hagimoto, Koji Miwa, Hideo Ohtani, "Evaporation and diffusion behavior of fuel mixtures of gasoline and kerosene", Fire Safety Journal, Volume 49, 47-61(2012)

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Ling Zhu, Jiaqing Chen, Yan Liu, Rongmei Geng, Junjie Yu, "Experimental analysis of the evaporation process for gasoline", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Volume 25, Issue 6, 916-922(2012)

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Katsuhiro Okamoto, Norimichi Watanabe, Yasuaki Hagimoto, Koji Miwa, Hideo Ohtani, "Evaporation characteristics of multi-component liquid", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Volume 23, Issue 1, 89-97(2010)

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Douglas Bohl, Gregory Jackson, "Experimental study of the spill and vaporization of a volatile liquid", Journal of Hazardous Materials, 140, 117-128(2007)

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Katsuhiro Okamoto, Norimichi Watanabe, Yasuaki Hagimoto, Koji Miwa, Hideo Ohtani, "Changes in evaporation rate and vapor pressure of gasoline with progress of evaporation", Fire Safety Journal, Volume 44, Issue 5, 756-763, (2009)

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Alan Parker, Richard Babas, "Thermogravimetric measurement of evaporation: Data analysis based on the Stefan tube", Thermochimica Acta, 595, 67-73(2014)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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