자료마당
- 홈
- 자료마당
- 통합자료실
- 연구보고서
- 연구원
연구 보고서
중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.
반응성물질을 취급하는 반회분식공정(Semi-batch process)에서 위험성평가
- 연구책임자
- 한인수,이근원,이정석,최이락
- 수 행 연 도
- 2011년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- , 1.연구 필요성 및 목적 화학반응공정(chemicalreactionprocess)은 크게 회분식(batch),반회분식(semi-batch),연속식(continuous)공정으로 구분되어진다.특히 정밀화학공업(finechemicalindustry)에서는 주로 회분식 공정과 반회분식 공정에서 반응이 수행되어진다.회분식 및 반회분식 공정은 동일한 설비(반응기 등)에서 다품종의 화학제품을 수요에 따라 제조하는 공정으로 생산계획,제품의 변경,취급물질,작업내용 등의 변경이 수시로 발생한다.이러한 공정에서 일어나는 대표적이고 가장 위험한 화학사고는 반응에 의해 생성되는 열인 반응열(heatofreaction)을 제어하지 못하여 발생하는 냉각 실패에 의한 폭주반응(runaway reaction)이라 할 수 있다.폭주반응에 의한 화학사고는 열량계 등을 이용한 적절한 방법으로 반응공정의 열적 위험성을 분석하여 얻은 데이터를 공정조건 등에 반영하면 사고를 예방할 수 있다. 반회분식 공정은 회분식 공정과 비교하여 반응 중에 반응물이 공급되어 지고 공급되어지는 반응물에 의하여 반응이 진행되므로 그 만큼 운전조건의 영향을 많이 받아 사고의 개연성이 높다고 할 수 있다.이들 사고의 원인은 대부분 원료물질의 투입량 부적절,반응물의 공급속도 부적절,반응온도 또는 교반 등의 운전조건 제어 실패,열매유 차단 실패 등으로 인한 냉각 실패에 따른 폭주반응이다.반면에 반회분식 공정에서 투입되는 반응물의 공급속도는 회분식 공정에 비하여 반응진행을 제어할 수 있는 추가적인 방법을 제공하여 줌으로써,이는 폭주반응 등의 화학사고 예방을 위한 안전변수로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 생성물의 수율 및 품질향상을 도모할 수 있기 때문에 정밀화학공업 및 일반적인 화학반응공정에서 광범위하게 사용되어지고 있다. 본 연구에서는 국내에서 연구가 미흡한 반회분식 공정에서 수행되는 반응을 선정하여 반응인자에 따른 열적 특성을 고찰한 후 열적 위험성평가를 실시하였으며,이를 통하여 당해 공정의 열적 위험 특성을 반영한 안전운전조건 및 안전대책을 제시함으로써 발열반응과 연계된 폭주반응 등의 화학사고 예방에 기여하고자 하였다.또한 연구대상공정에 대한 사례연구를 통하여 반회분식 화학반응공정에서의 열적 위험성평가에 대한 실험적 방법을 제시하고자 하였다. 2.연구내용 및 방법 가.화학반응공정의 열적 위험성평가 관련 문헌 조사 및 고찰 나.연구대상 반회분식 반응공정 선정 ○ 공정 :Methylthioisocyanate(MTI)합성 반응공정 ○ 주요 공정물질 -반응물(reactant):Sodium thiocyanate(STC), Methylchloroformate(MCF) -용매(solvent):Water,Toluene -촉매(catalyst):N,N-Dimethylaniline(DMA) Tetrabutylammonium bromide(TBAB) 다.반응인자에 따른 열적 특성 실험 ○ 실험장비 :Multimaxreactorsystem ○ Feedtime(feedrate)에 따른 열적 특성 ○ 촉매(TBAB,DMA)및 용매의 농도에 따른 열적 특성 ○ 교반속도 및 반응온도에 따른 열적 특성 등 라.요구되는 반응(desiredreaction)내에서의 열적 위험성평가 실험 ○ 실험장비 :반응열량계(reactioncalorimeter) ○ 정상운전조건 및 교반실패조건에서의 열적 위험성평가 마.2차 분해반응의 열적 위험성평가 ○ 실험장비 :가속속도열량계(AcceleratingRateCalorimeter), ○ 요구되는 반응 내에서의 열적 위험성 평가 실험에서 제조된 반응 생성물에 대한 분해반응 위험성평가 실험 바.Methylthioisocyanate(MTI)합성 반응공정의 안전성 확보방안 제시 3.연구결과 1)정상운전조건에서는 반응기의 냉각용량 부족으로 냉각실패는 발생하지 않지만 설비결함 등으로 인하여 냉각실패가 발생하였을 때 65 ℃,28 ℃로 나타났으며,특히 의 경우 반응기 내의 온도가 2차 분해반응으로 이어질 가능성이 높은 온도인 43℃(？？ ？？이 되는 온도)이상이 되기 때문에 이는 2차 분해반응을 동반한 폭주반응의 위험성이 높다는 것을 의미한다. 2)교반실패 상태에서는 반응기의 냉각용량 부족으로 냉각실패가 발생할 수 있으며,이때 각각 76.3℃,56.2℃ 42.3℃로 나타났다.모든 경우에서 반응기 내의 온도가 2차 분해반응으로 이어질 가능성이 높은 온도인 43 ℃ 이상 또는 부근이 되기 때문에 이는 2차 분해반응을 동반한 폭주반응의 위험성이 상당히 높다고 할 수 있다. 3)반응 생성물의 발열개시 온도는 67.8℃,단열온도상승은 67.5℃로 측정되었다.실제 MTI반응공정에서 반응기의 냉각실패가 일어나 43℃ 이상으로 상승하게 되면 2차 분해반응을 동반한 폭주반응이 일어날 수 있으며.2차 분해반응으로 인한 폭주반응이 발생하면 반응기 내의 온도는 171.5℃까지,압력은 20bar까지 상승할 수 있어 반응기의 폭발이 일어날 가능성이 높다. 4)정상운전조건에서 폭주반응에 대한 severity는 중간(medium)이었으며, probability는 반응기의 냉각실패 시 반응물의 공급이 차단 여부에 따른 낮음(Low)에서 높음(High)으로 변하며,criticality또한 반응물의 차단 여부에 따라 의 급격한 증가로 인하여 2에서 5로 높아진다. 5) 교반실패 상태에서 폭주반응에 대한 severity는 중간(medium)이었으며,probability는 경우(case)에 따라서 중간(medium)과 높음(high)으로, criticality는 모든 경우(case)에서 5로 나타났다. 4.활용 및 기대효과 가.Methylthioisocyanate(MTI)합성 반응공정의 열적 위험성평가 자료와 안전운전조건 및 안전성 확보방안 제공 나.실험적 방법을 통한 반회분식 공정의 열적 위험성평가 도구 제공 다.안전학회,화공학회 등에 연구결과의 발표와 논문게재로 관련분야 전문가의 기술 및 연구 자료로 활용 5.중 심 어 methylthioisocyanate합성 반응공정,반응인자,열적 위험성평가,2차분해반응,MTSR,TMRad,최대열방출속도,열 축적율,반응열량계,가속속도열량계,Multimaxreactorsystem
 이전글 |
산업안전보건법상 화학물질 규제 수준별 기준마련 및 선정타당성 등에 관한 연구 |
|---|---|
 다음글 |
금속 퇴적분체의 화재폭발 특성 연구 |
문의처
- 연구기획부
- 제유리
- 052-703-0814
