공정안전을 위해서는 산업현장에서 취급하는 가연성물질의 화재 및 폭발 특성치가 있어야 한다. 사업장에서 사고를 예방하기 위한 연소특성치로 인화점, 연소점, 전폭발한계, 최소자연발화온도 등을 들 수 있다. 그러나 물질보건안전자료(MSDS)에서 제시하고 있는 특성치는 문헌들에 따라 달리 제시되고 있는데, 가연성물질을 안전하게 처리, 수송, 취급하기 위해서는 정확한 연소특성치가 필요하다. 화학산업에서 중간제품, 고무약품 등의 원료로 다양하게 사용되고 있는 노말에틸아닐린을 선정하였다. 그리고 노말에틸아닐린 안전한 취급을 위해서 인화점, 연소점 그리고 최소자연발화온도를 측정하였다. 노말에틸아닐린의 폭발하한계는 실험에서 얻어진 하부인화점을 이용하여 계산하였다. 노말에틸아닐린의 Setaflash 밀폐식은 $77^{\circ}C$, Pensky-Martens 밀폐식에서는 $82^{\circ}C$ 그리고 Tag 개방식에서는 $85^{\circ}C$, Cleveland 개방식에서는 $92^{\circ}C$로 측정되었다. ASTM E659 장치에 의한 측정된 노말에틸아닐린의 최소자연발화온도는 $396^{\circ}C$로 측정되었다. Setaflash 밀폐식에 의해 측정된 노말에틸아닐린의 하부인화점 $77^{\circ}C$에 의한 폭발하한계는 1.02 vol%로 계산되었다. 본 연구에서는 밀폐식에 의해 측정된 노말에틸아닐린의 하부인화점을 이용하여 폭발하한계의 예측이 가능하였다. 본 연구에서 제시된 노말에틸아닐린의 발화온도와 발화지연시간의 관계식은 노말에틸아닐린의 다른 발화온도에서도 발화지연시간의 예측이 가능해졌다.
공정안전을 위해서는 산업현장에서 취급하는 가연성물질의 화재 및 폭발 특성치가 있어야 한다. 사업장에서 사고를 예방하기 위한 연소특성치로 인화점, 연소점, 전폭발한계, 최소자연발화온도 등을 들 수 있다. 그러나 물질보건안전자료(MSDS)에서 제시하고 있는 특성치는 문헌들에 따라 달리 제시되고 있는데, 가연성물질을 안전하게 처리, 수송, 취급하기 위해서는 정확한 연소특성치가 필요하다. 화학산업에서 중간제품, 고무약품 등의 원료로 다양하게 사용되고 있는 노말에틸아닐린을 선정하였다. 그리고 노말에틸아닐린 안전한 취급을 위해서 인화점, 연소점 그리고 최소자연발화온도를 측정하였다. 노말에틸아닐린의 폭발하한계는 실험에서 얻어진 하부인화점을 이용하여 계산하였다. 노말에틸아닐린의 Setaflash 밀폐식은 $77^{\circ}C$, Pensky-Martens 밀폐식에서는 $82^{\circ}C$ 그리고 Tag 개방식에서는 $85^{\circ}C$, Cleveland 개방식에서는 $92^{\circ}C$로 측정되었다. ASTM E659 장치에 의한 측정된 노말에틸아닐린의 최소자연발화온도는 $396^{\circ}C$로 측정되었다. Setaflash 밀폐식에 의해 측정된 노말에틸아닐린의 하부인화점 $77^{\circ}C$에 의한 폭발하한계는 1.02 vol%로 계산되었다. 본 연구에서는 밀폐식에 의해 측정된 노말에틸아닐린의 하부인화점을 이용하여 폭발하한계의 예측이 가능하였다. 본 연구에서 제시된 노말에틸아닐린의 발화온도와 발화지연시간의 관계식은 노말에틸아닐린의 다른 발화온도에서도 발화지연시간의 예측이 가능해졌다.
For process safety, fire and explosion characteristics of combustible materials handled at industrial fields must be available. The combustion properties for the prevention of the accidents in the work place are flash point, fire point, explosion limit, and autoignition temperature (AIT) etc.. Howev...
For process safety, fire and explosion characteristics of combustible materials handled at industrial fields must be available. The combustion properties for the prevention of the accidents in the work place are flash point, fire point, explosion limit, and autoignition temperature (AIT) etc.. However, the combustion properties suggested in the Material Safety Data Sheet (MSDS) are presented differently according to the literatures. The accurate combustion properties are necessary to safely treatment, transportation and handling of flammable substances. In the chemical industries, n-ethylaniline which is widely used as a raw material of intermediate products and rubber chemicals was selected. For safe handling of n-ethyl aniline, the flash point, the fire point and the AIT were measured. The lower explosion limit (LEL)of n-ethylaniline was calculated using the lower flash point obtained in the experiment. The flash points of n- ethylaniline by using the Setaflash and Pensky-Martens closed-cup testers measured $77^{\circ}C$ and $82^{\circ}C$, respectively. The flash points of n-ethylaniline using the Tag and Cleveland open cup testers are measured $85^{\circ}C$ and $92^{\circ}C$, respectively. The AIT of the measured n-ethyl aniline by the ASTM E659 apparatus was measured at $396^{\circ}C$. The LEL of n-ethylaniline measured by Setaflash closed-cup tester at $77^{\circ}C$ was calculated to be 1.02 vol%. In this study, it was possible to predict the LEL by using the lower flash point of n-ethylaniline measured by closed-cup tester. The relationship between the ignition temperature and the ignition delay time of the n-ethylaniline proposed in this study makes it possible to predict the ignition delay time at different ignition temperatures.
For process safety, fire and explosion characteristics of combustible materials handled at industrial fields must be available. The combustion properties for the prevention of the accidents in the work place are flash point, fire point, explosion limit, and autoignition temperature (AIT) etc.. However, the combustion properties suggested in the Material Safety Data Sheet (MSDS) are presented differently according to the literatures. The accurate combustion properties are necessary to safely treatment, transportation and handling of flammable substances. In the chemical industries, n-ethylaniline which is widely used as a raw material of intermediate products and rubber chemicals was selected. For safe handling of n-ethyl aniline, the flash point, the fire point and the AIT were measured. The lower explosion limit (LEL)of n-ethylaniline was calculated using the lower flash point obtained in the experiment. The flash points of n- ethylaniline by using the Setaflash and Pensky-Martens closed-cup testers measured $77^{\circ}C$ and $82^{\circ}C$, respectively. The flash points of n-ethylaniline using the Tag and Cleveland open cup testers are measured $85^{\circ}C$ and $92^{\circ}C$, respectively. The AIT of the measured n-ethyl aniline by the ASTM E659 apparatus was measured at $396^{\circ}C$. The LEL of n-ethylaniline measured by Setaflash closed-cup tester at $77^{\circ}C$ was calculated to be 1.02 vol%. In this study, it was possible to predict the LEL by using the lower flash point of n-ethylaniline measured by closed-cup tester. The relationship between the ignition temperature and the ignition delay time of the n-ethylaniline proposed in this study makes it possible to predict the ignition delay time at different ignition temperatures.
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제안 방법
각 장치에 의한 인화점과 연소점의 측정은 3회 혹은 5회를 실시하였다. 3회 동안 동일한 값으로 측정되면 그대로 채택하였고, 만일 3회 측정에서 동일한 측정값이 되지 않은 경우는 5회까지 측정하여 3회 이상 동일하게 측정된 값을 채택하였다[16].
노말에틸아닐린의 발화온도와 발화지연시간 그리고 AIT의측정은 ASTM E659를 사용하였으며, 발화지연시간에 1 sec대 까지 측정하였다.
밀폐식(CC)인 Setaflash과 Pensky-Martens을 사용하여 인화점을 측정하였고, 개방식(OC)인 Tag와 Cleveland을 이용하여 인화점과 연소점을 측정하였다.
본 연구에서는 노말에틸아닐린의 하부인화점과 AIT를 측정하여 기존의 자료들과 비교하였으며, 연소점은 새로운 자료로 제시하였다.
본 연구에서는 아조염료 및 트리페닐메탄계 염료, 트리페닐메탄계, 아조계 염료의 중간체 그리고 고무약품 등의 원료로 사용되고 있는 노말에틸아닐린의 하부인화점, 연소점 그리고 최소자연발화 온도(AIT)를 측정하여 기존 제시된 자료들과 비교하였으며, 측정된 하부인화점 그리고 연소점을 이용하여 폭발하한계를 계산하였다.
본연구에서 측정된 하부인화점을 이용하여 계산한 폭발하한계를 기존에 제시된 값들과 비교 고찰하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 노말에틸아닐린(TCI, 99%, Japan)은 별도의 정제 과정없이 사용하였다.
본 연구에서는에틸알코올에아닐린을원료로 여러단계의 반응을 거쳐서 만드는 노말에틸아닐린(n-Ethylaniline)을 선정하였고, 동의어로 ethylphenylamine 혹은 n-ethylaminobenzene 이라고 한다.
데이터처리
발화지연시간 측정값과 계산값의 차이는 평균절대오차(AAE, Average Absolute Error)와 결정계수(r2)를 사용하였다[2,18].
이론/모형
노말에틸아닐린의 인화점은 밀폐식인 Setaflash (ASTM D3278)와 Pensky-Martens (ASTM D93), 개방식인 Tag (ASTM D1310)와 Cleveland (ASTM D92)를 사용하였다.
연소점은 Tag와 Cleveland 개방식을 이용하였으며, 이들 장치의 사진 및 구조 등은 그동안 여러 문헌들에서 제시하였다[16].
장치는 크게 로, 온도 조절기, 열전대, 플라스크, 주사기, 거울, 에어건 등으로 구성되었으며, 실험은 ASTM 규정에 따라 측정하였다[16].
측정된 인화점과 연소점에 의한 폭발한계를 계산하기 위해 Antoine 식을 사용하였다[14].
활성화에너지(E)를 계산하기 위해서 화재 및 폭발 분야에서 많이 적용하는 Semenov가 제시한 식을 사용하였다[19].
성능/효과
(2) Tag에 의한 연소점은 인화점과 동일하였으나, Cleveland 개방식에 의한 연소점은 101 ℃로 측정되었다.
(3) Setaflash에 의한 하부인화점 77 ℃를 이용하여 계산된 폭발하한계는 1.02 vol%로서, 기존의 문헌값인 1.6 vol%보다 낮게 계산되었다.
(5) 노말에틸아닐린의 최소자연발화온도는 397 ℃로서 기존에 제시된 460 ℃보다 약 60 ℃ 낮게 측정되었다.
(6) Semenov식을 이용한 노말에틸아닐린의 활성화에너지(E)는 139.90 kJ/mol로 계산되었다.
(7) 본 연구에서 측정된 발화온도와 발화지연시간의 관계식을 이용하여 실험에서 얻지 못한 다른 발화온도에서의 발화지연시간의 예측이 가능해졌다.
본 연구에서 Setaflash로 측정된 하부인화점 77 oC는 Table 2에 제시된 개방식 인화점보다 8 ℃ 낮게 측정되었으며, Tag 개방식에서 측정된 85 ℃는 기존의 문헌값과 일치하였다.
후속연구
노말에틸아닐린의 경우 다른 가연성물질에 비해 연소특성치의 자료가 적게 제시되었을 뿐만 아니라 하나의 문헌에서 인용하여 사용된 것으로 보이기 때문에 노말에틸아닐린을 사용하는 공정에서 안전한 관리를 위해서는 실험적 연구가 필요하다고 본다.
또한 본 연구에서 제시한 노말에틸아닐린의 연소점은 저장 탱크의 누출사고의 방호목적으로 화재 방호에 활용할 수 있다.
본 연구에서 제시한 인화점 자료와 측정된 하부인화점에 의한 폭발하한계의 계산 방법 그리고 다른 가연성물질의 폭발하한계의 온도의존성에 대한 연구에 도움을 줄 것으로 본다. 또한 본 연구에서 제시한 노말에틸아닐린의 연소점은 저장 탱크의 누출사고의 방호목적으로 화재 방호에 활용할 수 있다.
본 연구에서 측정된 노말에틸아닐린의 AIT 396 ℃는 KOSHA의 MSDS 460 ℃ 보다 무려 64 ℃ 낮게 측정되었으므로 이를 취급하는 공정에서는 본 연구 자료를 근거로 새로운 방호 시스템을 구축해야 할 것으로 본다.
제시된 노말에틸아닐린의 실험 자료와 폭발하한계 예측값은 이를 사용하는 공정에서 안전을 확보하는데 활용되기를 기대하며, 다른 가연성물질의 위험성 평가와 현재 사용되고 있는 MSDS (Material Safety Data Sheet)의 개선에 도움을 주고자 한다.
Britton[7]은 메탄에서 노말부탄까지 폭발한계의 기존 자료들을 분석한 결과 문헌들 마다 차이가 있음을 파악하고, 공정 안전을 위해서 제시한 자료의 충분한 고찰이 필요하다고 하였다. 특히 공정에서 사용되고 있는 혼합물의 연소특성치 연구를 위해서는 순수물질의 정확한 특성치 연구가 반드시 이루어져야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하부인화점의 정의는?
인화점은 하부 및 상부인화점으로 구분되며, 특히 하부인화점은 소방법, 산업안전보건법, GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) 등에서 취급물질의 위험특성을 구분하는데 지표로 사용되고 있다. 하부인화점은 가연물을 가열할 때 나온 가연성 증기가 연소(폭발)범위 하한에 달하는 최저온도로 정의하고 있으며, 연소점(fire point)은 인화 이후 화염이 5초 이상 지속시킬 수 있는 온도로서 위험물에 따라 인화점과 차이가 있다. 폭발한계는 가연성가스(혹은 증기)가 발생되는 공정에서 재해를 예방하기 위한 특성치로서, 가연성가스 혹은 증기가 공기와 혼합되었을 경우 어느 일정온도 범위에서 폭발하고 그 이하나 그 이상에서는 폭발하지 않는데 이 범위를 폭발한계라고 한다.
노말에틸아닐린을 가열 사용시 위험한 이유는?
주로 고온 공정에서 사용됨으로 주의가 반드시 필요하다. 연소하면서 질소산화물, 아닐린 등의 유독성가스를 발생시킨다. 그리고 공기 또는 햇빛에 의해 분해될 수 있고 산화제 등 여러물질과 반응을 한다. 따라서 고온, 강산화제 등과 접촉을 피하고 공기에 노출되지 않도록 해야 한다.
하부인화점은 어디에 사용되는가?
인화점은 하부 및 상부인화점으로 구분되며, 특히 하부인화점은 소방법, 산업안전보건법, GHS (Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals) 등에서 취급물질의 위험특성을 구분하는데 지표로 사용되고 있다. 하부인화점은 가연물을 가열할 때 나온 가연성 증기가 연소(폭발)범위 하한에 달하는 최저온도로 정의하고 있으며, 연소점(fire point)은 인화 이후 화염이 5초 이상 지속시킬 수 있는 온도로서 위험물에 따라 인화점과 차이가 있다.
참고문헌 (19)
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