TAC-500 단열반응 가속열량계 – Adiabatic Reaction Calorimeter

Adiabatic Reaction Calorimeter for Process Safety

  • 모델 TAC-500 단열반응 가속열량계 – 공정안전(Process Safety) 분야에서 폭주 반응(runaway) 가능성을 “정량적”으로 평가하기 위해 설계된 고정밀 단열(adiabatic) 열량계 입니다.


  • Heat-Wait-Search(HWS) 모드를 포함한 다양한 운전 모드를 제공하며, 실제 공정 탱크에서 발생할 수 있는 최악 조건을 실험실 환경에서 안전하게 재현할 수 있습니다.


  • 대표적 위험물(유기 과산화물, 폭발성 화학물질, 반응성 모노머 등)의 분해 온도, 온도 상승률, 압력 상승률, 폭주시 최대온도 상승량(Adiabatic Temperature Rise(ΔTad)) 등을 측정하여, 공정 설계–Vent Sizing–SADT–TMRad 예측 등에 필수적인 데이터를 제공합니다.

용어 설명 :


Vent Sizing : 폭발 압력 해소 배출구 (Vent) 설계 / 배기가압 해소구 사이징

  • 반응 폭주 시 발생하는 압력 상승을 안전하게 방출하기 위해 필요한 배출구의 크기·용량을 계산하는 작업


SADT (Self-Accelerating Decomposition Temperature) : 자가가속 분해온도 / 자체촉진 분해온도

  • 화학물질이 외부 가열 없이 스스로 분해 폭주를 시작하는 임계온도


TMRad (Time to Maximum Rate under adiabatic conditions) : 단열 조건에서 최대반응속도 도달 시간

  • 단열 상태에서 반응 폭주가 시작된 후 최대 발열 속도에 도달하기까지 걸리는 시간 (얼마나 빨리 위험해지는가 ?)


TAC-500 AS 주요 특징

1. 실험실 규모에서 재현하는 ‘진짜’ 단열 조건

  • 반응기에서 열이 빠져나가지 않는 상황을 가정하여 폭주 시 온도 상승을 그대로 반영
  • 대형 플랜트에서 흔히 발생하는 ‘열 축적(thermal inertia)’을 모사

2. Heat-Wait-Search(HWS) 실험 모드

  • 폭주 반응 탐지에 널리 사용되는 산업 표준 방식 입니다.
  • 시료를 일정 온도로 단계적으로 가열한 뒤 대기(Wait)하며 *자기발열이 발생하는지(Search)*를 감지하는 단열 폭주 평가 방법 입니다.
  • 이를 통해 열폭주 개시 온도와 폭주 진행 특성을 실제 공정 조건에 가깝게 확인할 수 있습니다.


  • 소량 가열 → 일정 시간 대기 → 발열 여부 검색(Search)
  • 최소 발열률(0.005–0.02 °C/min)까지 감지 가능
  • 저온에서 시작하는 느린 분해(autocatalytic)도 정확하게 검출

3. 고정밀 온도 압력 측정

  • 온도 정밀도 ±0.05 °C
  • 압력 범위 0–200 bar (정밀도 0.001 bar)
  • 위험물 분해 시 발생하는 압력 상승 속도(dP/dt) 분석 가능

4. 실용적인 벤치탑 디자인

  • 실험실 공간을 덜 차지하는 컴팩트 구조
  • 유지·관리 간편
  • 고압(최대 200 bar) Ti 셀 사용


TAC-500 – 측정가능 주요 데이터

TAC-500 AS는 단순 온도 측정을 넘어 공정안전 엔지니어링에 필요한 핵심 데이터를 제공합니다.

1. 폭주 시작 온도 (Tonset)

화학물질이 자기 가열(Self-heating)을 시작하는 임계 온도

2. 폭주시 최대온도 상승량 (Adiabatic Temperature Rise (ΔTad))

단열 조건에서 폭주 반응 중 발생하는 반응열로 인해 시료 온도가 초기 온도 대비 최대 얼마까지 상승하는지를 나타내는 핵심 안전 지표 입니다.

  • 폭주 시 최대 온도 상승량 (얼마나 뜨거워지는가 ?)
  • 원데이터(raw) 및 phi-factor 보정값 모두 제공

3. dT/dt, dP/dt

  • 최대 온도 상승률
  • 최대 압력 상승률
  • 반응성 차이(농도 차이 등)에 따른 위험도 비교 가능

4. 최종 압력 증가량

압력 증가 경향을 통해 폭발 파열 위험도를 평가


TAC-500 – 사양

  1. 온도 범위: 실온 ~ 500 °C
  2. 발열 감지 임계값: 0.005–0.02 °C/min
  3. 온도 반복 정밀도: ±0.05 °C
  4. 압력 범위: 0–200 bar
  5. 압력 정밀도: 0.001 bar
  6. 측정 모드: Heat-Wait-Search(HWS) / 등온(Isothermal) / 온도 스캔(Temperature Scanning)
  7. 샘플 셀: 8 mL 고압 Titanium cell


TAC-500 – 대표 응용 분야

  1. 유기 과산화물(Peroxides)의 분해 위험 평가
  2. 폭발성 화학물질(Explosives), 반응성 모노머(Polymerization) 안전성 연구
  3. 저장·운송 중 정상/비정상 조건에서의 열안정성 평가
  4. 공정 Scale-Up 중 Vent Sizing에 필요한 데이터 획득
  5. HAZOP, LOPA, MOC 분석용 기초 데이터 확보
  6. SADT TMRad 예측을 위한 실험 기반 입력값 제공


TAC-500 을 사용해야 하는 이유

  1. 공정폭주 사고 예방에 필수 : 안전설계, 벤트 사이징, 저장 온도 설정에 필요한 정량적 위험성 지표 제공
  2. 플랜트 규모를 실험실에서 정확히 모사 : Low-phi 조건 실험을 통해 실제 탱크 조건에 근접한 재현 가능
  3. 유지비 절감 & 쉬운 운영 : 컴팩트 디자인 + 간편한 유지 보수


TAC-500 과 함께 하면 좋은 솔루션

  1. CALVET 열량계: 분해·반응 열 특성 파악 (초기 단계 screening)
  2. RSC-400 AS: 빠른 스크리닝, 빠르게 선별 시험 평가, 중간 단계 위험물 평가
  3. AKTS Thermal Safety Software: 모델 TAC-500 데이터를 기반으로 SADT, TMR, Runaway 예측 모델링 (TAC-500 실험값을 최종 검증용 데이터로 사용 가능)


모델 TAC-500 단열반응 가속열량계

Adiabatic Reaction Calorimeter – 동영상

KEP 그룹, 세타람 브랜드 공급

  • KEP 그룹 : 세타람브랜드 공급
  • 한국 대리점 : 한미사업


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모델 TAC-500 단열반응 가속열량계

Adiabatic Reaction Calorimeter – 외형 이미지

TA-500-ARC-단열반응가속열량계-이미지


RSC-400 vs TAC-500 — 폭발·폭주 평가 관점에서의 본질적 차이

구분 RSC-400 (스크리닝용) TAC-500 (정밀 안전평가용)
장비의 본질적 역할 폭발 가능성 ‘있다/없다’를 빠르게 가려내는 장비 폭발이 언제, 얼마나, 얼마나 빠르게 발생하는지 규명
위치하는 단계 개발·취급 전 1차 선별(Screening) Scale-up·공정 설계 전 최종 안전 검증
열 조건 개념 외부에서 온도를 주도적으로 제어 단열 상태에서 시료가 스스로 가열
폭주 재현성 ❌ 재현 불가
→ 외부 온도 제어로 반응열이 즉시 제거되어 열 축적이 발생하지 않음 		✅ 직접 재현 가능
→ 단열 조건에서 반응열이 축적되어 실제 폭주(runaway) 거동 발생
가스 발생 평가 압력 상승으로 가스 발생 여부 확인 압력·온도 상승률로 폭주 강도 정량화
측정 데이터 성격 개시점 중심 (Onset 위주) 시간 기반 동역학 (dT/dt, dP/dt)
안전 설계 활용성 참고 수준 Vent sizing, TMRad, SADT 계산에 직접 사용

※ 폭주 반응은 ‘가열’이 아니라 ‘반응열의 축적’으로 발생하며, 이 단열 조건의 유무가 두 장비의 결정적 차이입니다.

모델 RSC-400 AS 가속열량계 – Rapid Screening Calorimeter


모델 TAC-500 단열반응 가속열량계로 실험

DTBP(디터부틸퍼옥사이드) – 분해 실험 사례

  • 디터부틸퍼옥사이드(DTBP)를 포함한 과산화물류는 본질적으로 매우 불안정한 화학물질이기 때문에,
  • 산업 공정에 사용하기 전에 철저한 안전성 평가가 반드시 필요한 물질입니다.

DTBP(디터부틸퍼옥사이드) – 실험 방법

8 mL 티타늄 셀에 시료를 넣고 Heat-Wait-Search 모드에서 가열하였습니다:

  • 톨루엔에 용해된 동일한 15 wt% DTBP 용액 5 g 시료 3개
  • 톨루엔에 용해된 40 wt% DTBP 용액 5 g 시료 1개


Heat-Wait-Search 설정값은 다음과 같습니다:

  • 실험 시작 온도: 97 °C
  • 온도 증가 단계: 5 °C 단계적 증가
  • Soak Time(유지 시간): 30분, → 온도를 올린후 30분 그대로 유지하며시료 내부 반응을 안정적으로 확인
  • Wait Time(대기 시간): 30분, → 유지시간이 끝나면 또 30분을 기다리며 시료가 스스로 발열 하는지 관찰
  • Search Time(검색 시간): 15분, →이 15분 동안, 아주 작은 발열이라도 발생하는지 살펴 봅니다.
  • 발열 감지 기준: 0.02 °C/min, → 1분에 0.02°C만 올라가도 발열 반응 시작으로 판단합니다. (아주 미세한 발열도 잡아내는 고감도 설정)
  • 최종 온도: 250 °C (단, 40 wt% DTBP 시료는 400 °C까지 가열) → 이 조건에서 더 이상 위험 반응이 없으면 최대 250°C까지 실험을 진행합니다.(단, 40 wt% DTBP 시료는 400°C까지 가열하여 더 높은 위험성을 확인함)

DTBP(디터부틸퍼옥사이드) – 결과와 결론

실험 데이터를 분석하면 다음과 같은 핵심 정보를 얻을 수 있습니다.


  1. 분해 시작 온도(onset temperature)
  2. 단열 온도 상승량(adiabatic temperature rise) :(원시 데이터와 phi-factor 보정값 모두 포함)
  3. 최대 온도 상승률이 나타나는 지점의 온도
  4. 최대 압력 상승률이 나타나는 지점의 온도
  5. 단열 조건에서의 최종 압력 증가량


이 일련의 시험 결과는 DTBP 농도가 온도 상승 및 압력 상승에 미치는 영향을 명확하게 보여줍니다. 특히, 농도가 높아지면 열적 위험도와 압력 관련 위험도가 급격하게 증가한다는 사실을 확인할 수 있습니다.


Accelerating Rate Calorimetry(ARC) 실험은 이러한 위험성을 정량적으로 평가하는 데 필요한 모든 데이터를 제공하며, TAC-500 AS 장비는 우수한 반복성(precision, repeatability)을 통해 높은 신뢰도의 측정 결과를 제공함이 입증되었습니다.

X 축시간 vs Y축 샘플 온도

X 축 시간 vs Y축 압력

TAC-500-AS-ARC-가속열량계-Accelerating Rate Calorimeters-Graph-시간 vs 샘플온도
TAC-500-AS-ARC-가속열량계-Accelerating Rate Calorimeters-Graph-시간 vs 압력변화

DTBP(디터부틸퍼옥사이드) – 측정 데이터

TAC-500-AS-ARC-가속열량계-Accelerating Rate Calorimeters-Graph-DTBP 실험 데이터

측정 항목

  • Tonset (°C) → 발열 시작 온도
  • ΔTad raw (°C) → 단열 온도 상승량(원시값)
  • ΔTad corrected (°C) → 단열 온도 상승량(보정값)
  • △T at max T rate (°C) → 최대 온도 상승률에서의 온도
  • △T at max P rate (°C) → 최대 압력 상승률에서의 온도
  • △Tad (MPa) →단열 조건에서의 압력 상승량



연관된 분석 장비 (Setaram 열분석기 라인업)

  1. DSC (시차주사열량계) – Setline DSC / DSC+
  2. MICRO DSC (모델 Calvet PRO) – 초고감도 3D 센서 기반, 최대 1,000BAR 압력
  3. TGA (열중량 분석기) – Setline TGA 1,100°C
  4. 고온·모듈형 TGA (모델 THEMYS 시리즈) – 1150/1600/2400℃ 옵션
  5. STA (동시 열분석기) – Setline STA/STA+, TG+DSC
  6. 가스 흡착탈착 양 분석기 – Gas Pro


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마찰마모윤활

열_분석기

베어링 시험기

스크래치,물성

3차원 표면형상

한미산업

1999년 개업 이후, 지난 30여년간

  • Tribology(마찰/마모/윤활/CMP 연마), 스크래치, 고온 경도계, 베어링 시험기 : 미유럽 일본의 유명 제조공급사인 BRUKER, PHOENIX Tribology, TABER, SHINTO Heidon, INNOWEP, AMTEC, TRICO사.
  • 열분석기(DSC,TGA,STA,TMA), 고온진공로 : 스위스 KEP 그룹의 SETARAM SETSAFE, 미국 MRF사, 일본 ENEOS MATERIALS사의 수지 열경화 시험기 등

최첨단 장비들을 국내에 소개 및 판매 기술 지원하여 왔으며, 또한 이기술을 바탕으로 일부 품목 제조를 통하여 국산화에도 노력하여 왔습니다. 앞으로도 더욱 노력하여 국내 기술 발전에 이바지 하도록 하겠습니다.

상호: 한미산업

대표: 최동하

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