[논문]Propionic acid와 3-Hexanone 계의 최소자연발화온도의 측정

하동명

doi:10.7731/kifse.2014.28.4.044

[국내논문] Propionic acid와 3-Hexanone 계의 최소자연발화온도의 측정
Measurement of Autoignition Temperature of Propionic Acid and 3-Hexanone System 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.28 no.4, 2014년, pp.44 - 49

초록
AI-Helper

혼합물의 최소자연발화온도는 가연성액체의 안전한 취급을 위해서 중요한 지표가 된다. 본 연구에서는 ASTM E659 장치를 이용하여 가연성 혼합물인 Propionic acid와 3-Hexanone 계의 최소자연발화온도와 발화지연시간을 측정하였다. 2성분계를 구성하는 순수물질인 Propionic acid와 3-Hexanone 계의 최소자연발화온도는 각 각 $511^{\circ}C$와 $425^{\circ}C$로 측정되었다. 그리고 측정된 Propionic acid와 3-Hexanone 혼합물의 최소자연발화온도 실험값은 제시된 식에 의한 예측값과 적은 평균절대오차에서 일치하였다. 그리고 Propionic acid와 3-Hexanone 계는 일부 혼합 조성에서 두 개의 순수물질 가운데 작은 AIT 보다 낮게 측정된 AIT를 보이는 최소자연발화온도거동(Minimum Autoignition Temperature Behavior, MAITB)을 보이고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The autoignition temperaturs (AIT) of solvent mixture is important index for the safe handling of flammable liquids which constitute the solvent mixtures. This study measured the AIT and ignition delay time for Propionic acid and 3-Hexanone system by using ASTM E659 apparatus. The AITs of Propionic acid and 3-Hexanone which constituted binary system were $511^{\circ}C$ and $425^{\circ}C$, respectively. The experimental AIT of Propionic acid and 3-Hexanone system were a good agreement with the calculated AIT by the proposed equations with a few average absolute deviation (A.A.D.). And Propionic acid and 3-Hexanone system was shown the minimum autoignition temperature behavior (MAITB).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

본 실험에서는 ASTM E659 (Koehler사)⁽⁵⁾, 장치를 사용하여 Propionic acid와 3-Hexanone 계에 대해 AIT를 측정하였다. 그리고 이성분계를 구성하는 순수성분인 Propionic acid와 3-Hexanone의 자연발화온도와 발화 지연시간 관계를 측정하였다. 측정된 순수물질의 AIT는 문헌값들과 비교 고찰하였다.
측정된 순수물질의 AIT는 문헌값들과 비교 고찰하였다. 또한 Propionic acid과 3-Hexanone계에 대해 AIT와 발화지연시간을 측정하였고, 혼합 조성 변화에 따른 AIT를 예측할 수 있는 모델을 제시하였다. 제시된 실험자료 및 예측 모델은 이들 물질을 취급하는 공정에서 화재 및 폭발의 방호 자료로 제공하는데 목적이 있다.
본 실험에서 얻은 최소자연발화온도를 고찰하기 위해서 여러 문헌에 제시된 Propionic acid의 자연발화온도를 조사하였다. Sigma⁽⁹⁾는 513℃, NFPA⁽¹⁰⁾는 465℃, Hilado⁽¹¹⁾는 475℃그리고 Yagyu⁽¹²⁾는 435℃(0.

대상 데이터

본 연구에서는 화학산업에서 널리 사용되고 있는 Propionic acid과 3-Hexanone⁽⁴⁾의 혼합물을 선정하였다. 혼합물을 구성하는 Propionic acid는 식품첨가물(방부제), 농약, 의약, 향료, 폴리머, 사료용 등으로 다양하게 사용되고 있으며, 3-Hexanone은 케톤류로서, 상온에서 액체 상태이며 무색이고, 용제와 화학제품의 중간제품으로서 접착제 원료, 페인트, 왁스 용제 등에도 사용되고 있는 산업에서 중요한 물질이다.
본 실험에서는 액체 화학물질의 자연발화점 측정 장치로서 ASTM E659 (Koehler 사)를 사용하여 자연발화온도를 측정하였으며, 장치는 크게 Furnace, Temperature Controller, Thermocouple, Test Flask, Hypodermic Syringe, Mirror, Air Gun으로 구성되어 있다.
본 실험에 사용된 시약은 Propionic acid는 Junsei (Japan), 3-Hexanone는 Acros (US) 사로서 순도는 각각 99%의 시약을 사용하였으며, 혼합물의 발화온도 측정은 순수물질을 각 각 다른 몰비(Mole Fraction)로 혼합하여 실험하였다.

데이터처리

본 연구에서는 순수물질인 경우는 발화온도에 따른 발화지연시간의 관계를 분석하고, 혼합물에서는 조성변화에 의한 AIT의 관계를 설명하기 위해 다중회귀분석(Multiple Regression Analysis)을 사용하였다. 다중회귀분석은 변수와 응답의 관계를 보다 정량적으로 표시하기 위해서 사용된 방법으로 수학과 통계학적인 방식에 의거해서 종속변수와 독립변수의 관계식을 구하는 방법이다.
측정값과 예측값의 차이의 정도를 알기 위해서 평균절대오차(A.A.D.)을 사용하였고, 또한 측정값과 예측값의 통계 분석을 위해 표본 결정계수를 사용하였다⁽³⁾.

이론/모형

혼합물을 구성하는 Propionic acid는 식품첨가물(방부제), 농약, 의약, 향료, 폴리머, 사료용 등으로 다양하게 사용되고 있으며, 3-Hexanone은 케톤류로서, 상온에서 액체 상태이며 무색이고, 용제와 화학제품의 중간제품으로서 접착제 원료, 페인트, 왁스 용제 등에도 사용되고 있는 산업에서 중요한 물질이다. 본 실험에서는 ASTM E659 (Koehler사)⁽⁵⁾, 장치를 사용하여 Propionic acid와 3-Hexanone 계에 대해 AIT를 측정하였다. 그리고 이성분계를 구성하는 순수성분인 Propionic acid와 3-Hexanone의 자연발화온도와 발화 지연시간 관계를 측정하였다.
본 연구에서는 Frank-Kamenetskii 이론^(3,6)을 도입하여 발화온도와 발화지연시간의 간략히 설명하고자 한다. 계의 크기 변화와 발화임계 주위 온도 관계로 Frank-Kamenetskii의 매개변수(δ)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
발화지연은 열생성(발열화학반응)과 열손실(액체연료의 증발)사이의 경쟁 때문에 절연물질 안에 가연성의 증발유체에 대한 특성을 갖는다. 따라서 Frank-Kamenetskii 방법과 비슷하게 발화지연시간과 초기온도 역수를 이용한다.
따라서 식(2)에서 발화지연시간과 초기발화온도의 관계에서 선형최소자승법(Least Square Method)을 사용하여 매개변수 a와 b를 결정할 수 있다. 실험에서 얻어진 발화온도와 발화지연시간을 이용하면, 활성화에너지(E)는 식(1)으로부터 얻는 대수온도곡선 대 1/T₀의 관계를 이용하여 결정할 수 있다.
여기서 각 매개변수 a, b, c, d, e, ···을 추산하기 위해 최소화 방법을 이용하였다. 이 방법은 S.
본 연구는 자연발화온도측정장치(ASTM E659)를 사용하여 Propionic acid와 3-Hexanone 계의 AIT를 측정하였다. 이성분계를 구성하는 Propionic acid와 3-Hexanone의 AIT를 측정하여 문헌값들과 비교 고찰하였고, 이들의 활성화에너지를 계산하였다.

성능/효과

본 연구에서 얻은 측정값을 분석한 결과 조성 변화에 따른 최소자연발화온도가 증가하는 경향을 보이고 있다. 따라서 조성 변화에 의한 최소자연발화온도 예측 모델을 제시할 수 있다고 판단되어, 식(8)과 식(9)를 회귀분석한 결과 다음과 같은 최적화된 식을 얻었다.
1) 이성분계를 구성하는 Propionic acid와 3-Hexanone의 AIT는 각 각 511℃와 425℃로 측정되었으며, 활성화에너지는 228 kJ/mol과 110 kJ/mol로 계산되었다.
4) Propionic acid와 3-Hexanone 계의 경우, 일부 혼합 조성에서 두 개의 순수물질 가운데 작은 AIT인 3-Hexanone 의 425℃보다 낮게 측정된 AIT를 보이는 최소자연발화온도거동을 지니고 있다.
2) Propionic acid와 3-Hexanone 계에 대해 조성 변화에 의한 AIT를 측정한 결과, Porpionic acid (0.1) + 3-Hexanone (0.9)계에서는 420℃, Propionic acid (0.3) + 3-Hexanone (0.7)계에서는 450℃, Propionic acid (0.5) + 3-Hexanone (0.5)계에서는 477℃ 그리고 Propionic acid (0.7) + 3-Hexanone (0.3)계에서는 490℃로 측정되었다.

후속연구

따라서 순수물질의 정확한 AIT 연구는 혼합물질의 AIT 연구에 중요한 기반이 된다. 따라서 혼합물질의 AIT를 연구하기 위해서는 그 계를 구성하는 순수물질의 AIT 연구가 선행되어야 한다.
일반적으로 화학공정에서 혼합물을 취급할 때 공정 안전을 목적으로 자료를 활용하는 경우 혼합물 가운데 낮은 순수물질의 연소특성치를 활용하고 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서 제시한 자료는 Propionic acid와 3-Hexanone 계를 취급하는 공정에서 매우 중요한 자료로 활용될 수 있다.

참고문헌 (12)

D. A. Crowl and J. F. Louvar, "Chemical Process Safety Fundamentals with Application", 2nd ed., Pearson Education Inc. (2002).
C. F. Cullis and C. D. Foster, "Studies of the Spontaneous Ignition in the Air of Binary Hydrocarbon Mixtures", Combustion and Flame, Vol. 23, pp. 347-356 (1974).

상세보기
D. M. Ha, "Prediction of Autoignition Temperature of n- Propanol and n-Octane Mixture", Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 17, No. 2, pp. 21-27 (2013).

원문보기 상세보기
J. Gmehing, U. Onken and W. Arlt, "Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection", DECHEMA (1980).
D. M. Ha, "The Measurement of Fire and Explosion Properties of n-Pentadecane", J. of the Korean Society of Safety, Vol. 28, No. 4, pp. 53-57 (2013).

원문보기 상세보기
V. Babrauskas, "Ignition Handbook", Fire Science Publishers, SFPE (2003).
G. E. P. Box and N. R. Draper, "Empirical Model-Building and Response Surface", John-Wiley & Sons, Inc. (1987).
N. N. Semenov, "Some Problems in Chemical Kinetics and Reactivity, Vol. 2", Princeton University Press, Princeton, N.J. (1959).
R. E. Lenga and K. L. Votoupal, "The Sigma Aldrich Library of Regulatory and Safety Data, Volume I-III", Sigma Chemical Company and Aldrich Chemical Company Inc. (1993).
NFPA, "Fire Hazard Properties of Flammable Liquid, Gases, and Volatile Solids", NFPA 325M, NFPA (1991).
C. J. Hilado and S. W. Clark, "Autoignition Temperature of Organic Chemicals", Chemical Engineering, Vol. 4, pp. 75-80 (1972).
S. Yagyu, "Systematization of Spontaneous Ignition Temperatures of Organic Compounds (1st Report)", Research Report of the Research, Institute of Industrial Safety, RR- 26-5, Japan (1978).

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증