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밀폐식 장치를 사용한 Water+1-Propanol 과 Water+2-Propanol의 인화점 측정과 계산
The Calculation and Measurement of Flash Point for Water+1-Propanol and Water+2-Propanol Using Closed Cup Aparatus 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.25 no.4, 2016년, pp.190 - 197  

하동명 (세명대학교 보건안전공학과) ,  이성진 (세명대학교 임상병리학과)

초록
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인화점은 가연성 액체 용액을 안전하게 취급하기 위한 중요한 성질 중 하나이다. 본 논문에서는 Seta flash 밀폐식 장치를 이용하여 이성분계 용액인 water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 측정하였다. 회귀 분석법을 이용하여 인화점을 계산하였다. 또한 라울의 법칙을 이용하여 인화점을 계산하였고, van Laar 식의 이성분계 파라미터를 최적화시키는 방법을 통해 인화점을 예측하였다. 각 인화점 계산 결과와 측정 결과를 비교하였다. 그 결과, 회귀 분석법에 의한 인화점 계산치가 가장 측정치를 잘 모사하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Flash point is the one of the important properties for the safe handling of inflammable liquid solution. In this paper, flash points of binary liquid solutions, water+1-propanol and water+2-propanol, were been measured by using Seta flash closed cup aparatus. Flash point was estimated using regressi...

주제어

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제안 방법

  • Seta flash 밀페식 장치를 이용하여 water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 측정하였다. 또한 라울의 법칙에 의한 방법, van Laar 식의 이성분계 파라미터를 최적화시키는 방법, 회귀 분석법에 의한 방법 등을 통해 인화점을 계산하여, 측정값과 비교하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 각각 6개 조성에서 측정하였다. Table 2와 Table 3에서 제시한 조성에서 벗어난 혼합물인 경우, 본 연구에서 제시한 van Laar 식의 이성분계 파라미터를 최적화시킨 계산 방법과 회귀 분석법에 의한 계산 방법을 이용하여 인화점을 계산하기를 제안한다.
  • Water+1-propanol과 water+2-propanol 계의 인화점을 Seta flash 밀폐식 장치에 의해 측정하였다. 그 결과를 Table 2와 3에 그리고 Fig.
  • Water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 Seta flash 밀폐식 장치를 이용하여 측정하였다. 1-Propanol(99.
  • 따라서 본 연구에서는 water+1-propanol과 water+2-propanol계를 선정하였고, Seta flash 밀폐식 장치를 이용하여 인화점을 측정하였다. 또한 라울의 법칙을 이용한 계산 방법, van Laar 식(7)의 이성분계 파라미터를 최적화시킨 계산 방법, 이성분계 혼합물의 액상 조성을 인화점 측정값과 상관시킨 실험식(empirical equation)을 이용한 계산 방법 등을 통해 인화점을 계산하였다.
  • 또한 라울의 법칙을 이용한 계산 방법, van Laar 식(7)의 이성분계 파라미터를 최적화시킨 계산 방법, 이성분계 혼합물의 액상 조성을 인화점 측정값과 상관시킨 실험식(empirical equation)을 이용한 계산 방법 등을 통해 인화점을 계산하였다. 또한 그 계산 결과들과 측정 결과를 비교하였다.
  • Seta flash 밀페식 장치를 이용하여 water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 측정하였다. 또한 라울의 법칙에 의한 방법, van Laar 식의 이성분계 파라미터를 최적화시키는 방법, 회귀 분석법에 의한 방법 등을 통해 인화점을 계산하여, 측정값과 비교하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 각각 6개 조성에서 측정하였다. Table 2와 Table 3에서 제시한 조성에서 벗어난 혼합물인 경우, 본 연구에서 제시한 van Laar 식의 이성분계 파라미터를 최적화시킨 계산 방법과 회귀 분석법에 의한 계산 방법을 이용하여 인화점을 계산하기를 제안한다.
  • 은 가연성 액체 혼합물의 인화점을 계산하기 위해 다중 회귀분석법을 이용한 계산 방법을 개발하였다. 이들은 혼합물의 증기압, 표준 증발 엔탈피와 평균 탄소수를 독립 변수로, 가연성 액체 혼합물의 인화점 측정값을 종속 변수로 선정하여, 독립 변수와 종속 변수의 상관성을 통계적으로 연관시켜 가연성 혼합물의 인화점을 예측하였다. 또한 Kim 등(2)은 MLR(multiple linear regresstion)법을 이용하여 가연성 이성분계 혼합물의 인화점을 경험식을 통해 예측하였다.

대상 데이터

  • Water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 Seta flash 밀폐식 장치를 이용하여 측정하였다. 1-Propanol(99.0%)는 한국의 Samchun 사, 2-propanol(99.0%)는 J.T. Baker 사, water(HPLC grade)는 J.T. Baker 사에서 각각 구입하여, 별도의 정제 과정을 거치지 않고 그대로 사용하였다.
  • 미국의 Koehler 사에서 제작된 인화점 측정 장치를 사용하였다. 이 장치는 온도계, 온도조절기, 항온조, 점화원 장치, 시료컵, 배수로, 레벨 게이지 등으로 구성되었다.

데이터처리

  • 인화점 측정값과 식 (12)에 의해 계산된 인화점 간 차이를 최소화시키는 매개변수 a, b, c, d를 회귀 분석법을 이용해 구했으며, 그 때의 식 (12)의 t값을 회귀 분석법에 의한 인화점으로 결정하였다.

이론/모형

  • A12와 A21의 초기값을 임의로 결정하고, SIMPLEX 방법(16)에 의해 초기값에 일정한 값을 더하거나 감해식 (10)을 만족하는 t를 계산하였다. 계산한 인화점과 측정한 인화점을 비교하기 위하여 다음과 같은 목적 함수(F)를 설정하였다.
  • Water+1-propanol과 water+2-propanol계의 인화점을 라울의 법칙, van Laar 식의 이성분계 파라미터 최적화 방법, 회귀 분석법에 의한 실험식 등에 의해 계산하였다. 그 계산 결과를 Table 2와 3에, 그리고 Fig.
  • 따라서 본 연구에서는 water+1-propanol과 water+2-propanol계를 선정하였고, Seta flash 밀폐식 장치를 이용하여 인화점을 측정하였다. 또한 라울의 법칙을 이용한 계산 방법, van Laar 식(7)의 이성분계 파라미터를 최적화시킨 계산 방법, 이성분계 혼합물의 액상 조성을 인화점 측정값과 상관시킨 실험식(empirical equation)을 이용한 계산 방법 등을 통해 인화점을 계산하였다. 또한 그 계산 결과들과 측정 결과를 비교하였다.
  • 반면 식 (10)은 가연성 성분 2의 활동도계수를 반영하기 위하여 van Laar 식을 이용하였다. 이와 같은 식 (10)과, 식 (11)을 연동시켜 계산한 인화점의 절대평균오차는 water+1-propanol과 water+2-propanol계에서 각각 0.
  • 기본 구조도는 앞서 발표한 논문(12)에 제시되어 있다. 시약들을 다양한 몰분율로 혼합하여 ASTM D1310-86(13) 규정에 따라 인화점을 측정하였다.
  • 4는 water+1-propanol과 water+2-propanol계의 액상 몰분율과 활동도계수 간의 관계를 나타낸 그림이다. 활동도계수는 van Laar 식에 의해 계산하였다. 또한 이성분계 파라미터는 Table 4의 자료를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인화점이란? 인화점은 가연성 액체에서 발생하는 증기가 공기와 섞여서 혼합기체를 형성하고, 여기에 점화원을 가까이접근시켰을 때 섬광을 내면서 인화하는 최저 온도로 정의된다(1). 또한 혼합물의 인화점은 액체의 증기압과 하부폭발한계의 농도가 같을 때의 온도이다.
가연성 액체의 취급자에게 정확한 인화점 정보를 제공하는 것이 중요한 이유는? 가연성 액체의 안전한 취급을 위해 인화점은 가장 중요한 정보 중 하나이다. 가연성 액체를 저장, 이송, 화학 공정에서 사용할 때, 취급자의 부주의는 화재와 폭발 사고로 연결되어 크나큰 인명/재난 피해를 발생시킬 수 있다. 따라서 가연성 액체의 취급자에게 정확한 인화점 정보를 제공하는 것은 매우 중요한 것이다.
혼합물의 인화점이란? 인화점은 가연성 액체에서 발생하는 증기가 공기와 섞여서 혼합기체를 형성하고, 여기에 점화원을 가까이접근시켰을 때 섬광을 내면서 인화하는 최저 온도로 정의된다(1). 또한 혼합물의 인화점은 액체의 증기압과 하부폭발한계의 농도가 같을 때의 온도이다. 따라서 혼합물의 인화점은 혼합물의 액상 조성, 증기압, 하부폭발한계 등과 밀접한 관련성이 있다(2).
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참고문헌 (17)

  1. Phoon, L.. et al., 2014, A Review of Flash Point Prediction Models for Flammable Liquid Mixtures, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 53, pp. 12523-12565 

  2. Kim, S. Y.. et al., 2006, Prediction of Flash Point of Binary Systems by Using Multivariate Statistical Analysis (in Korean), KIGAS, Vol. 10, No. 4, pp. 29-33 

  3. Lance, R. C.. et al., 1979, Measurement of Flash Points : Apparatus, Methodology, Applications, J. of Hazardous Materials, Vol. 3, pp. 107-119 

  4. Affens, W. A. and Mclaren, G. W., 1972, Flammability Properties of Hydrocarbon Solutions in Air, J. of Chem. Ind. Eng. Chem., Vol. 17, No. 4, pp. 482-488 

  5. White, D.. et al., 1997, Flame Spread on Aviation Fuels, Fire Safety Journal, Vol. 28, pp. 1-31 

  6. Hanley, B., 1998, A Model for the Calculation and the Verification of Closed Cup Flash Points for Multicomponent Mixtures, Process Saf. Prog., Vol. 17, No. 2, pp. 86-97 

  7. Poling, B. E.. et al., 2001, The Properties of Gases and Liquids, 5th Ed., McGraw-Hill, New York 

  8. Liaw, H.. et al., 2002, A Mathematical Model for Predicting the Flash Point of Binary Solutions, J. of Loss Prevention in the Process Industries, Vol. 15, pp. 429-438 

  9. Ha, D. M. and Lee, S. J., 2006, The Estimation of Lower Flash Point for n-Pentanol+n-Propionic Acid and n-Pentanol+n-Butyric Acid Systems Using Optimization Method (in Korean), KIGAS, Vol. 11, No. 4, pp. 73-78 

  10. Caoire, L.. et al., 2006, Estimation of Closed Cup Flash Points of Combustible Solvent Blends, J. Phy. Chem. Ref. Data, Vol. 35, No. 1, pp. 9-14 

  11. Taha, M., 2016, Designing New Mass-Separating Agents Based on Piperazine-Containing Good's Buffers for Separation of Propanols and Water Azeotropic Mixtures Using COSMO-RS method, Fluid Phase Equilibria, Vol. 425, pp. 40-46 

  12. Ha, D. M. and Lee, S. J., 2013, The Measurement of the Lower Flash Points for Binary Mixtures (in Korean), J. of the Korean Society of Safety, Vol. 28, No. 1, pp. 35-39 

  13. In 2011 Annual Book of ASTM Standards ; ASTM International, 2011, Standard Test Methods for Flash Point of Liquids by Small Scale Closed-Cup Apparatus(ASTM D3278), West Conshohocken, PA 

  14. Chatelier, H. L., 1891, Estimation of Firedamp by Flammability Limits, Ann. Minmes, Vol. 19, No. 8, pp. 388-395 

  15. Gmehing, J.. et al., 1980, Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, Vol. 1, Part1-Part7, DECHEMA 

  16. Kuester, J. L. and Mixe, J .H., 1973, Optimization Techniques with Fortran, McGraw-Hill, New York, 

  17. Lim, J.. et al., 2013, Solubility of Triclocarban in Pure Alkanols at Different Temperatures, Korean J. Chem. Eng., Vol. 30, No. 1, pp. 181-186 

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