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[국내논문] 디옥틸테레프탈산 제조공정에서 분진폭발 특성에 관한 연구
Characteristics of Dust Explosion in Dioctyl Terephthalic Acid Manufacturing Process 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.57 no.6, 2019년, pp.790 - 803  

이창진 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원) ,  김래현 (서울과학기술대학교 화공생명공학과)

초록
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디옥틸테레프탈산(DOTP) 제조공정은 분말형태의 테레프탈산(PTA) 주원료와 옥탄올(Octanol)의 에스테르화 반응을 통해 플라스틱 가소제를 생산하는 공정이다. 본 연구에서는 이 공정의 반응기 내에 가연성 용제나 유증기가 존재하고 있는 상태에서 분말형태로 맨홀에 직접 투입하는 테레프탈산의 분진폭발 특성에 관하여 고찰하였다. 분진의 입경과 입도분포 분진특성 실험을 하였고, 화재 폭발특성과 발화온도를 추정하기 위한 분진의 열분해 특성을 조사하였다. 또한 폭발민감도를 평가하기 위한 최소점화에너지 실험을 실시하였다. 실험결과 테레프탈산의 분체 특성은 평균입경이 $143.433{\mu}m$으로 나타났다. 이러한 입경과 입도분포 조건에서 실시한 열분석으로부터 분진의 발화온도는 약 $253^{\circ}C$로 나타났다. 테레프탈산의 폭발민감도를 알기 위해 조사한 폭발하한 농도(LEL)$50g/m^3$으로 측정되었다. 폭발민감도를 나타내는 최소점화에너지(MIE)는 (10 < MIE < 300) mJ로 나타났으며, 점화 확률에 기반하여 추산한 최소점화에너지 추정값(Es)은 210 mJ로서 충분한 점화원이 있는 경우 폭발할 수 있음을 알 수 있었다. 또한 폭발피해 예측에 필요한 폭발강도 특성을 조사한 결과, 테레프탈산 분진의 최대폭발압력($P_{max}$), 최대폭발압력상승속도[$({\frac{dP}{dt}})_{max}$]는 각각 7.1 bar, 511 bar/s로 나타났다. 분진폭발지수(Kst)는 139 mbar/s로 분진폭발등급 St 1에 해당되는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The dioctyl terephthalic acid (DOTP) process produces plastic plasticizers by esterification of terephthalic acid with powder in the form of octanol. In this study, the dust explosion characteristics of terephthalic acid directly injected into the manhole in the form of powder in the presence of fla...

주제어

표/그림 (32)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 우선적으로 테레프탈산의 물리화학적 특성 및 폭발특성을 실험 및 조사를 통하여 향후 정전위측정 실험 및 CFD폭발시뮬레이션을 통해 테레프탈산을 이용한 가소제 제조공정에서의 분진폭발 예방과 보호기술의 기초자료로 활용하는데 그 목적이 있다.
  • 테레프탈산 분진이 얼마나 쉽게 착화하고 만일 착화가 되어 화재·폭발로 이어졌을 경우에는 어느 정도의 위험성을 가지고 있는지를 화재·폭발 특성에 대해 사전에 상세히 조사하는 것이 필요하다. 따라서 우선적으로 본 논문에서는 분진폭발 예방을 위해 실험 및 조사를 통하여 테레프탈산 공정의 안전설계의 기초자료를 만드는데 목적이 있다.
  • 마지막으로 부유분체(Dust clouds)의 화재· 폭발 위험성 데이터를 측정하기 위한 본 실험이다.
  • 본 연구는 테레프탈산 분진폭발 사고 조사 중 시료를 채취하여 한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원에 의뢰 및 조사한 실험 결과를 바탕으로 작성하였습니다.
  • 본 연구에서는 테레프탈산 분진의 점화 및 화재·폭발 위험성을 실험 및 조사를 통해 위험성평가 자료를 제공함을 목적으로 수행하였다.

가설 설정

  • 진공으로 분진형태의 시료를 부유시켜 측정하는 건식 방식으로 시료를 투입하여 측정하였다. 실험결과는 입자를 구형으로 가정하여 평균 입경을 산출하였다. 총 3회 측정하여 재현성 최대허용편차에 들어오는 결과값에 대하여 통계적 처리 절차를 거쳐 최종 입도 값으로 결정하였다.
  • 첫째로 입자표면에 열에너지가 주어져서 표면온도가 상승한다. 둘째로 입자표면의 분자가 열분해 또는 건류작용을 일으켜서 기체로 되어 입자의 주위에 방출된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
분진 화재 및 폭발의 위험성을 측정하기 위해 최소점화에너지에 대한 실험이 필수적인 이유는? 분진의 화재·폭발 위험성을 측정하기위해서는 최소점화에너지에 대한 실험이 절대적으로 필요하다. 이는 최소점화에너지로 인해 분진폭발 예방 대책의 범위와 비용을 결정할 수 있기 때문이다. 최소점화에너지(MIE)는 상온·상압에서 분진/공기 혼합물을 점화시킬 수 있는 가장 낮은 캐퍼시터(Capacitor) 방전 에너지로 설명된다.
디옥틸테레프탈산(DOTP) 제조공정이란 무엇인가? 디옥틸테레프탈산(DOTP) 제조공정은 분말형태의 테레프탈산(PTA) 주원료와 옥탄올(Octanol)의 에스테르화 반응을 통해 플라스틱 가소제를 생산하는 공정이다. 본 연구에서는 이 공정의 반응기 내에 가연성 용제나 유증기가 존재하고 있는 상태에서 분말형태로 맨홀에 직접 투입하는 테레프탈산의 분진폭발 특성에 관하여 고찰하였다.
분진폭발이 발생하기 위한 조건은? 플라스틱은 유기물이기 때문에 화재가 일어나기 쉬우며 플라스틱 분진이 공기 중에 분산되어 일정 농도의 분진운이 형성되면 점화원으로 인해 분진폭발 위험성이 있다. 분진폭발이 발생하기 위해서는 연소의 3가지 요소인 가연성 분진, 착화원, 공기(산소) 이외에도 분진 입자가 폭발 조건에 맞는 분산 상태를 유지해야 하며 분진운이 일정 공간의 밀폐 상태에 있어야 한다. 그 밖에도 분진 농도, 입자 크기, 형태, 습도 등도 분진폭발의 발생에 영향을 주는 주요 요인이다.
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참고문헌 (14)

  1. Chen, C. C., Wang, T. C., Chen, L. Y., Dai, J. H. and Shu, C. M., "Loss Prevention in the Petrochemical and Chemical-process High-tech Industries in Taiwan," J. Loss Prev. Process Ind., 23, 531-538(2010). 

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  13. Eckhoff, R. K., Dust explosions in the process industries-3rd ed., Gulf professional publishing(2003). 

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