[논문]Ethanol, 1-propanol, 2-propanol 그리고 2,2,4-trimethylpentane 이성분 혼합계에 대한 인화점 측정

황인찬; 인세진

doi:10.7464/ksct.2019.25.2.138

Ethanol, 1-propanol, 2-propanol 그리고 2,2,4-trimethylpentane 이성분 혼합계에 대한 인화점 측정
Measurement of flash point for binary mixtures of Ethanol, 1-propanol, 2-propanol and 2,2,4-trimethylpentane 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.25 no.2, 2019년, pp.140 - 146

초록
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산업현장에서 액체의 화재 및 폭발 위험을 결정하는데 사용되는 가장 중요한 변수 중 하나인 인화점은 가연 물질에 대한 화재 위험성을 나타내는 지표이며 위험물의 안전성 평가를 위한 중요한 정보로 활용된다. 본 연구의 목적은 석유 화학 공정에서 아주 중요한 용매로 사용되는 알킬 알코올과 함께 파라핀계 탄화수소의 대표적인 화합물인 2,2,4-trimethylpentane을 포함하는 이성분 혼합물인 {ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}, {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 그리고 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 계에 대한 인화점을 Stanhope-Seta 밀폐식 인화점 측정기를 이용하여 측정하였다. 각 이성분계 혼합물에 대한 인화점을 예측하기 위해 Raoult's의 법칙, Wilson, NRTL 그리고 UNIQUAC 파라미터를 이용하였고 실험 결과와 비교해 보았다. 비교 결과 Raoult's의 법칙을 제외하고 모든 실험값과 예측값과 실험값은 최대 편차가 1.28 K이내의 결과로 유사함을 보였다. 또한 측정된 모든 계에서 최소인화점은 발견되지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

Flammable substances, such as organic solvents, are commonly used in laboratories and industrial processes. The flash point of flammable liquid mixtures is a very important parameter for characterizing the ignition and explosion hazards, and the flash points of mixtures of $C_2{\sim}C_3$ alcohols and 2,2,4-trimethylpentane were measured in the present study. The 2,2,4-trimethylpentane is an important component of gasoline and is frequently used in the petroleum industry as a solvent. Lower flash point data were measured for the binary systems {ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}, {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}, and {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}. The flash point measurements were carried out according to the standard test method (ASTM D3278) using a Stanhope-Seta closed cup flash point tester. The measured flash points were compared with the predicted values calculated using Raoult's law and also following $G^E$ models: Wilson, Non-Random Two Liquid (NRTL) and UNIversal QUAsiChemical (UNIQUAC). These models were able to predict the experimental flash points for different compositions of {$C_2{\sim}C_3$ alcohols + 2,2,4-trimethylpentane} mixtures with minimal deviations. The average absolute deviation between the predicted and measured lower flash point was less than 1.28 K. A minimum flash point behaviour was observed in all of the systems as in the many observed cases for the hydrocarbon and alcohol mixtures.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. The Densities, Purities, Flash Point and UNIQUAC Parameters of Chemicals Used in This Work
표 Table 2. The Antoine Coefficients of the Components
그림 Figure 1. The comparison of the flash point prediction curves with the experimental data for the binary system {ethanol (1) + 2,2,4-trimethylpentane (2)}.
그림 Figure 2. The comparison of the flash point prediction curves with the experimental data for the binary system {1-propanol (1) + 2,2,4-trimethylpentane (2)}.
표 Table 3. The Optimized Binary Parameters of the Wilson, NRTL and UNIQUAC Equations for Each Binary System
표 Table 4. The Experimental and Predicted Flash Points for Each Binary System
그림 Figure 3. The comparison of the flash point prediction curves with the experimental data for the binary system {2-propanol (1) + 2,2,4-trimethylpentane (2)}.

AI 본문요약
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제안 방법

SETA 밀폐식 인화점 측정기를 사용하여 산업현장에서 자주 사용되는 혼합물인 {ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}, {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 그리고 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 이성분계에 대한 인화점을 측정하여 이상성인 Raoult’s의 법칙과 비이상 용액 혼합물의 활동도 계수 모델식인Wilson, NRTL 및 UNIQUAC을 활용하여 인화점을 예측하여 비교하였다. 측정된 결과 값은 활동도 계수에 의해 얻은 예측 값과 비교적 잘 일치하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 ethanol (C₂H₆O, M = 46.07 g·mol^-1, CAS-RN 64-17-5), 1-propanol (C₃H₈O, M = 60.10 g·mol^-1, CAS-RN 71-23-8), 2-propanol (C₃H₈O, M = 60.10 g·mol^-1, CAS-RN 67-63-0), 그리고 2,2,4-trimethylpentane (C₈H₁₈, M = 114.23 g·mol^-1, CAS-RN 540-84-1)은 모두 JT Baker사의 시판 시약으로서, 가스크로마토 그래피(gas chromatography, GC) 분석결과 모든 시약에서 99.9 wt% 이상의 순도를 나타내었다. 모든 시료는 직경이 0.

데이터처리

SETA 밀폐식 인화점 측정기을 사용하여 얻어진 이성분 혼합물 {ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}, {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 그리고 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}계의 인화점 측정 결과와 더불어 Raoult’s의 법칙, Wilson, NRTL 그리고 UNIQUAC 모델의 활동도 계수를 사용하여 예측된 값을 Table 4에 각각 나타내었다. 각 모델 방정식의 이성분 매개변수는 실험 조건과 동일한 조성의 활동도 계수를 계산하는데 사용되었고, 계산에 사용된 초기 값은 각 혼합물의 산술 평균값을 계산한 후에 Le Chatelier’s 법칙을 만족시킨 값으로 계산하였다. 여기서 사용된 목적 함수(objective function, OF) Eqaution은 다음과 같다.

이론/모형

본 연구는 산업현장 및 제조공정에서 사용되는 혼합 이성분계인 {ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}, {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 그리고 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}에 대한 인화점을 SETA 밀폐식 인화점 측정기를 이용하여 측정하였다. 각 이성분계 혼합물에 대한 인화점을 예측하기 위하여 Raoult’s의 법칙, Wilson [10], NRTL [11] 및 UNIQUAC [12] 파라미터를 이용하였고 실험 결과와 비교하였다.

성능/효과

{Ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}계에서는 NRTL 모델에서 가장 좋은 결과를 보였고 {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}과 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}계에서는 Wilson식에서 가장 좋은 결과를 보였다. 측정한 모든 이성분계에서 혼합물의 인화점이 순수 성분의 인화점보다 낮은 최소인화점이 발견되어 취급 및 공정에서 안전에 유의해야 하고 A.
SETA 밀폐식 인화점 측정기를 사용하여 산업현장에서 자주 사용되는 혼합물인 {ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}, {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 그리고 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane} 이성분계에 대한 인화점을 측정하여 이상성인 Raoult’s의 법칙과 비이상 용액 혼합물의 활동도 계수 모델식인Wilson, NRTL 및 UNIQUAC을 활용하여 인화점을 예측하여 비교하였다. 측정된 결과 값은 활동도 계수에 의해 얻은 예측 값과 비교적 잘 일치하였다.
{Ethanol + 2,2,4-trimethylpentane}계에서는 NRTL 모델에서 가장 좋은 결과를 보였고 {1-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}과 {2-propanol + 2,2,4-trimethylpentane}계에서는 Wilson식에서 가장 좋은 결과를 보였다. 측정한 모든 이성분계에서 혼합물의 인화점이 순수 성분의 인화점보다 낮은 최소인화점이 발견되어 취급 및 공정에서 안전에 유의해야 하고 A.A.D 분석 결과, Raoult’s의 법칙보다는 활동도계수의 모델식인 Wilson, NRTL 및 UNIQUAC에서 1.28 K 이하의 좋은 결과를 나타내었다.

후속연구

09 K의 결과를 각각 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과와 방법이 인화성 혼합용매를 취급하는 제조공정 및 산업현장에서 화재와 폭발의 위험성을 나타내는 중요한 정보로 활용되고 더욱 안전성을 높인 공정설계를 위한 기초 자료로 사용되길 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화학 산업현장과 분리 정제 공정에서 사용되는 가연성 물질의 인화점이란?	화학 산업현장과 분리 정제 공정에서 사용되는 가연성 물질의 인화점은 화재 위험성을 나타내는 지표이고 위험물 관리의 안전성 확보를 위한 중요한 정보로 활용된다. 또한 인화점과 관련된 연소하한계(lower flammable limit, LFL)는 가연물의 연소에 대한 화학 및 물리적 성질을 이해하는데 중요한 정보를 알려준다[1].
	SETA 밀폐식 인화점 측정기의 구성은?	SETA 밀폐식 인화점 측정기는 ASTM D 3278 규정에 따른 표준 시험 방법에 진행하였다[15]. 장치의 구성은 크게 세 가지로 구분되는데 화염 제어기, 온도 제어기 그리고 시간 제어기이다. 장치에 주입되는 혼합물의 부피는 2 mL이고, 가능한 온도 측정 범위는 253.
	혼합물의 인화점의 특징은?	그러므로 사용되는 인화성 혼합물의 안전성 평가에 중요한 특성 중 하나인 인화점(flash point)에 대한 연구가 반드시 필요하다[2]. 특히, 혼합물의 인화점의 경우 순수 성분의 인화점보다 낮으면 최소 인화점(minimum flash point behaviour, MFPB)이 발견되는데 가연성 물질을 사용하는 산업현장 및 제조공정에서 위험성이 매우 증가하므로 직접 실험을 통하여 확인하는 것이 중요하다. 실험을 통해 얻어진 혼합물의 인화점 데이터는 산업현장에서 인화성 물질의 반응 합성 공정, 보관 그리고 취급하는데 중요하게 사용되기 때문에 휘발성 유기 용제 및 탄화수소에 대한 인화점 관련 연구가 활발히 이루어지고 있다[3-5].

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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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