[논문]디노말부틸아민의 연소특성치 측정 및 예측

하동명

doi:10.5855/energy.2019.28.4.042

[국내논문] 디노말부틸아민의 연소특성치 측정 및 예측
Measurement and Prediction of Combustuion Properties of di-n-Buthylamine 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.28 no.4, 2019년, pp.42 - 47

초록
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본 연구에는 유화제, 살충제, 첨가제, 고무 가황 촉진제, 부식 억제제제 및 염료 생산의 원재료 등으로 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민(di-n-buthylamine)을 선정하여 연소특성치를 측정하였다. 디노말부틸아민의 인화점은 밀폐식 Setaflash와 Pensky-Martens 그리고 개방식 Tag, Cleveland 장치로 측정하였고, 연소점은 개방식 장치를 이용하였다. 최소자연발화온도(AIT)는 ASTM 659E를 사용하였다. 그리고 디노말부틸아민의 폭발한계는 측정된 인화점을 이용하여 예측하였다. Setaflash와 Pensky-Martens에 의한 인화점은 38 ℃와 43 ℃로 측정되었고, Tag와 Cleveland는 각각 48로 동일하게 측정되었다. 디노말부틸아민의 AIT는 247 ℃로 측정되었다. Setaflash에서 측정된 인화점에 의한 폭발하한계는 0.69 vol%, 상한계는 7.7 vol%로 계산되었다. 본 연구에서 제시한 인화점 측정과 폭발한계의 예측 방법은 다른 가연성액체의 화재 및 폭발특성 연구에 활용이 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, combustion characteristics were measured by selecting di-n-buthylamine, which is widely used as an emulsifier, insecticide, additive, rubber vulcanization accelerator, corrosion inhibitor, and raw material for dye production. The flash point of the di-n-buthylamine was measured by Setaflash, Pensky-Martens, Tag, and Cleveland testers. And the AIT of the di-n-buthylamine was measured by ASTM 659E. The explosion limits of the di-n-buthylamine was calculated using the measured flash points by Setaflash tester. The flash point of the di-n-buthylamine by using Setaflash and Pensky-Martens closed-cup testers were experimented at 38 ℃ and 43 ℃, respectively. The flash points of the di-n-buthylamine by Tag and Cleveland open cup testers were experimented at 48 ℃. The AIT of the di-n-buthylamine was experimented at 247 ℃. The LEL and UEL calculated by using lower and upper flash points of Setaflash tester were calculated at 0.69 vol% and 7.7 vol%, respectively. The measurement of the flash point measurement and the calculation method of the explosion limit prediction presented in this study can be used to study the fire and explosion characteristics of the other combustible liquids.

주제어

표/그림 (5)

표 Table 1. Comparison of flash points, AITs and explosion limits of di-n-buthylamine by several references
표 Table 2. Comparison of estimated explosion limits by experimental flash points and fire points of di-n-buthylamine
표 Table 3. Comparison of experimental and predicted ignition delay time by the AIT for di-n-buthylamine
그림 Fig. 1. Comparison between the experimental and calculated ignition delay times of di-n-buthylamine.
그림 Fig. 2. Ignition temperature inside the test flask during an ignition experiment of di-n-buthylamine.

AI 본문요약
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제안 방법

디노말부틸아민의 활성화에너지(E, activation energy)를 계산하기 위해 7개의 자연발화온도와 발화지연시간을 회귀분석하여 다음과 같은 식을 얻었다.
본 연구에서는 디노말부틸아민의 인화점과 연소점 그리고 AIT를 측정하여 문헌값들과 비교하였고, 폭발한계 역시 측정된 인화점을 이용하여 계산된 결과를 기존 값들과 비교하여 공정의 적용 여부를 도출하였다. 제시된 노말디부틸아민의 실험 방법과 연소특성치 예측 방법론은 다른 인화성물질의 연소특성치 연구와 MSDS(Material Safety Data Sheet)의 개선에 활용되기를 기대한다.
유화제, 살충제, 첨가제, 고무 가황 촉진제, 부식 억제제제 및 염료 생산의 원재료 등으로 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민(di-n-buthylamine)을 선정하여 연소특성치인 하부/상부인화점, 연소점 그리고 최소자연발화온도를 측정하였고, 측정된 하부/상부인화점, 연소점에 의한 폭발 한계를 계산하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

Table 1에서 제시된 디노말부틸아민의 AIT는 다른 문헌에 비해서 실험 자료의 보고가 적다. KOSHA MSDS에서 제시된 가장 낮은 AIT인 260 ℃를 근거로 디노말부틸아민의 AIT를 측정하였다. 230 ℃에서 실험한 결과 비발화되어 30 ℃를 상승시켜 260 ℃에서 측정한 결과 14.
본 연구에서는 유화제, 살충제, 첨가제, 고무 가황 촉진제, 부식 억제제제 및 염료 생산의 원재료 등으로 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민 (di-n-buthylamine)을 선정하였다. 디노말부틸아민은 n-buthyl-1-butanamine, di-n-buthylamine 등의 동의어를 갖고 있으며, 반응 온도 200 ℃에서 구리-니켈 산 점토의 촉매를 이용하여 n-부탄올, 암모니아 그리고 수소와 반응시켜 부틸아민 2 % ∼ 4.
사용된 디노말부틸아민(Daejung, 99 %, Korea)은 별도의 정제 과정없이 사용하였다. 인화점은 밀폐식인 Setaflash(ASTM D3278)의 Manual(수동)과 Auto(자동) 그리고 Pensky-Martens(ASTM D93)을 사용하였고, 개방식은 Tag(ASTM D1310)와 Cleveland(ASTM D92)를 사용하여 인화점과 연소점을 측정하였다.

이론/모형

디노말부틸아민의 활성화에너지(E)를 계산하기 위해서 Semenov식을 이용하였다^,(15).
사용된 디노말부틸아민(Daejung, 99 %, Korea)은 별도의 정제 과정없이 사용하였다. 인화점은 밀폐식인 Setaflash(ASTM D3278)의 Manual(수동)과 Auto(자동) 그리고 Pensky-Martens(ASTM D93)을 사용하였고, 개방식은 Tag(ASTM D1310)와 Cleveland(ASTM D92)를 사용하여 인화점과 연소점을 측정하였다. 최소자연발화온도을 측정하기 위해 자연발화온도와 발화지연시간은 ASTM E659를 사용하여 규정에 따라 실험하였다^,(2,13).
인화점은 밀폐식인 Setaflash(ASTM D3278)의 Manual(수동)과 Auto(자동) 그리고 Pensky-Martens(ASTM D93)을 사용하였고, 개방식은 Tag(ASTM D1310)와 Cleveland(ASTM D92)를 사용하여 인화점과 연소점을 측정하였다. 최소자연발화온도을 측정하기 위해 자연발화온도와 발화지연시간은 ASTM E659를 사용하여 규정에 따라 실험하였다^,(2,13).
측정된 하부/상부인화점과 연소점을 이용한 폭발 하한계/상한계의 계산은 Antoine 식을 사용하였다^,(14).

성능/효과

1) Setaflash 장치에 의한 하부/상부인화점은 각각 38 ℃와 85 ℃, Pensky-Martens의 인화점은 43 ℃, Tag와 Cleveland 장치는 동일하게 48 ℃로 측정되었다. 또한 Tag와 Cleveland에 의한 연소점은 인화점과 동일하였다.
2) Setaflash 장치에 측정된 하부/상부인화점에 의한 폭발하한계/상한계는 0.69 vol%와 7.7 vol% 로 예측되었다.
3) 측정된 디노말부틸아민의 AIT 247 ℃는 KOSHA MSDS의 260 ℃ 보다 13 ℃낮게 측정되었다.
4) 디노말부틸아민의 활성화에너지(E)는 129.9 kJ/mol로 계산되었다.

후속연구

5) 본 연구에서 제시한 인화점 측정과 폭발한계의 예측 방법은 가연성액체의 화재 및 폭발특성 연구에 활용이 가능하다.
따라서 산업현장에서 안전을 위해 어떤 자료를 선택 여부에 따라 방화 및 방폭 설비 기준이 달라지기 때문에 취급하는 물질의 정확한 연소특성치 연구가 필요하다. 다른 물질보다 산업 전 분야에서 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민의 안전한 취급, 수송 및 저장을 위해서는 보다 많은 실험적 연구가 필요하다고 본다.
Setaflash의 측정된 하부인화점 38 ℃는 Table 2에 제시된 기존 자료와 비교했을 때 가장 낮은 Dean 보다는 5 ℃ 높게 측정되었으며, KOSHA MSDS 보다는 무려 9 ℃ 정도 낮게 측정되었다. 따라서 공정 안전을 위해서는 본 연구에서 제시한 인화점의 적용에 대한 검토가 필요하다고 본다.
AIT는 문헌에 따라 약 50 K의 차이를 보이고 있으며, 폭발하한계는 대부분의 문헌들에서 약 1 vol%, 상한계는 문헌에 따라 약 4 vol%의 차이가 있다. 따라서 디노말부틸아민의 사업장의 안전을 위해서는 보다 구체적인 실험적 연구가 필요하다고 본다.
은 문헌에 따라 밀폐식 인화점은 약 7 K, 개방식는 7 K의 차이를 보고하였다. 따라서 산업현장에서 안전을 위해 어떤 자료를 선택 여부에 따라 방화 및 방폭 설비 기준이 달라지기 때문에 취급하는 물질의 정확한 연소특성치 연구가 필요하다. 다른 물질보다 산업 전 분야에서 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민의 안전한 취급, 수송 및 저장을 위해서는 보다 많은 실험적 연구가 필요하다고 본다.
본 연구에서 제시한 인화점과 폭발한계의 예측 방법은 다른 인화성액체의 연소특성 연구에 활용되고, 측정된 연소점은 저장 탱크의 누출사고 시 화재 및 폭발의 방호 자료로 이용할 수 있다.
본 연구에서는 디노말부틸아민의 인화점과 연소점 그리고 AIT를 측정하여 문헌값들과 비교하였고, 폭발한계 역시 측정된 인화점을 이용하여 계산된 결과를 기존 값들과 비교하여 공정의 적용 여부를 도출하였다. 제시된 노말디부틸아민의 실험 방법과 연소특성치 예측 방법론은 다른 인화성물질의 연소특성치 연구와 MSDS(Material Safety Data Sheet)의 개선에 활용되기를 기대한다.
최근 우리나라의 화학 사고를 보면 폐기물 안전관리 미숙으로 종종 발생하고 있는데, 폐기물은 혼합물질로서 이에 대한 연구가 선행되기 전에 폐기물을 구성하는 순수물질의 정확한 화재 및 폭발 특성치 연구가 필수적이다. 사업장에서 취급, 저장, 처리 그리고 수송하는 물질들의 화재 및 폭발의 위험성에 관련된 특성치로는 인화점, 폭발 한계, 연소점(fire point), 최소자연발화온도(autoignition temperature, AIT) 등이 있다^(1,2).
측정된 디노말부틸아민의 AIT 247 ℃는 KOSHA MSDS 보다 13 ℃ 낮게, Sigma 보다는 65 ℃ 낮게 측정되어 이를 사용하는 공정의 안전을 확보하기 위해서 본 연구에서 얻은 자료를 활용하여 화재 예방 가이드(Guide)를 마련해야 한다고 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	사용물질의 연소특성치 연구가 중요한 이유는 무엇인가?	디노말부틸아민의 연소특성 연구 가운데 Mitchell 등(3)은 인화점의 실험적 연구에서 문헌값과 약 10 K의 차이가 있음을 확인하였고, Stephenson(4)은 문헌에 따라 밀폐식 인화점은 약 7 K, 개방식는 7 K의 차이를 보고하였다. 따라서 산업현장에서 안전을 위해 어떤 자료를 선택 여부에 따라 방화 및 방폭 설비 기준이 달라지기 때문에 취급하는 물질의 정확한 연소특성치 연구가 필요하다. 다른 물질보다 산업 전 분야에서 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민의 안전한 취급, 수송 및 저장을 위해서는 보다 많은 실험적 연구가 필요하다고 본다.
	사업장에서 사용되는 물질의 화재 및 폭발 특성치에는 무엇이 있는가?	최근 우리나라의 화학 사고를 보면 폐기물 안전관리 미숙으로 종종 발생하고 있는데, 폐기물은 혼합물질로서 이에 대한 연구가 선행되기 전에 폐기물을 구성하는 순수물질의 정확한 화재 및 폭발 특성치 연구가 필수적이다. 사업장에서 취급, 저장, 처리 그리고 수송하는 물질들의 화재 및 폭발의 위험성에 관련된 특성치로는 인화점, 폭발 한계, 연소점(fire point), 최소자연발화온도(autoignition temperature, AIT) 등이 있다(1,2).
	디노말부틸아민은 어디에 사용되는가?	본 연구에는 유화제, 살충제, 첨가제, 고무 가황 촉진제, 부식 억제제제 및 염료 생산의 원재료 등으로 다양하게 사용되고 있는 디노말부틸아민(di-n-buthylamine)을 선정하여 연소특성치를 측정하였다. 디노말부틸아민의 인화점은 밀폐식 Setaflash와 Pensky-Martens 그리고 개방식 Tag, Cleveland 장치로 측정하였고, 연소점은 개방식 장치를 이용하였다.

참고문헌 (15)

Ha, D. M., 2018, A Study the Evaluation of Combustion Properties of Tetralin, J. of the Korean Society of Safety, Vol. 33, No. 4, pp. 8-14
Ha, D. M., 2018, Measurement and Prediction of Combustion Properties of Phenol, Korean J. of Hazardous Materials, Vol. 6, No. 20, pp. 23-29

상세보기
Mitchell, J.W. et al., 1999, Experimental Flash Points of Industrial Amines, J. of Chem. Eng. Data, Vol. 44, pp. 209-211

상세보기
Stephenson, S. M., 1987, Flash Points of Organic and Organometallic Compounds,\Elsevier, 1987.
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Lenga. R. E. and Votoupal, K. L., 1993, The Sigma Aldrich Library of Regulatory and Safety Data, Volume I-III, Sigma Chemical Company and Aldrich Chemical Company Inc
Lewis, R. J.,2004, SAX's Dangerous Properties of Industrial Materials, 11th ed., John Wiley & Son, Inc., New Jersey
Lide, D. R., 1996, Handbook Chemistry and Physics, 76th ed., CRC Press
Dean, J. A., 1992, Lange's Handbook of Chemistry, 14th ed. McGraw-Hill
Catoire, L., Paulmier, S., and Naudet, V., 2006, Experimental Determination and Estimation of Closed Cup Flash Points of Mixtures of Flammable Solvents, Process Saf. Prog., Vol. 25, No. 1, pp. 33-39

상세보기
Hilado, C. J. and Clark, S. W., 1972, Autoignition Temperature of Organic Chemicals, Chemical Engineering, Vol. 4, pp. 75-80
Ha, D. M., 2017, Measurement and Prediction of Fire and Explosion Characteristics of n-Butylacetate, J. of the Korean Society of Safety, Vol 32, No. 5, pp. 25-31
Reid, R. C., Prausnitz, J. M. and Sherwood T. K., 1977, The Properties of Gases and Liquids, 4nd ed. McGraw-Hill
Semenov, N. N., 1959, Some Problems in Chemical Kinetics and Reactivity, Vol. 2", Princeton University Press, Princeton, N.J.

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].

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