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 정량적으로 평가하기 위해 설계된 고정밀 단열(adiabatic) 열량계입니다.
- 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, 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 / TMR(단열)
- 단열 상태에서 반응 폭주가 시작된 후 최대 발열 속도에 도달하기까지 걸리는 시간
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) 모드
폭주 반응 탐지에 널리 사용되는 산업 표준 방식
- 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. Adiabatic Temperature Rise (ΔTad)
- 폭주 시 최대 온도 상승량
- 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
- 온도 범위: 실온 ~ 500 °C
- 발열 감지 임계값: 0.005–0.02 °C/min
- 온도 반복 정밀도: ±0.05 °C
- 압력 범위: 0–200 bar
- 압력 정밀도: 0.001 bar
- 측정 모드: Heat-Wait-Search(HWS) / 등온(Isothermal) / 온도 스캔(Temperature Scanning)
- 샘플 셀: 8 mL 고압 Titanium cell
TAC-500 – 대표 응용 분야
- 유기 과산화물(Peroxides)의 분해 위험 평가
- 폭발성 화학물질(Explosives), 반응성 모노머(Polymerization) 안전성 연구
- 저장·운송 중 정상/비정상 조건에서의 열안정성 평가
- 공정 Scale-Up 중 Vent Sizing에 필요한 데이터 획득
- HAZOP, LOPA, MOC 분석용 기초 데이터 확보
- SADT TMRad 예측을 위한 실험 기반 입력값 제공
TAC-500 을 사용해야 하는 이유
- 공정폭주 사고 예방에 필수 : 안전설계, 벤트 사이징, 저장 온도 설정에 필요한 정량적 위험성 지표 제공
- 플랜트 규모를 실험실에서 정확히 모사 : Low-phi 조건 실험을 통해 실제 탱크 조건에 근접한 재현 가능
- 유지비 절감 & 쉬운 운영 : 컴팩트 디자인 + 간편한 유지 보수
TAC-500 과 함께 하면 좋은 솔루션
- CALVET 열량계: 분해·반응 열 특성 파악 (초기 단계 screening)
- RSC-400 AS: 빠른 스크리닝, 빠르게 선별 시험 평가, 중간 단계 위험물 평가
- 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
모델 TAC-500 단열반응 가속열량계
Adiabatic Reaction Calorimeter – 외형 이미지
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.
- 분해 시작 온도(onset temperature)
- 단열 온도 상승량(adiabatic temperature rise) :(원시 데이터와 phi-factor 보정값 모두 포함)
- 최대 온도 상승률이 나타나는 지점의 온도
- 최대 압력 상승률이 나타나는 지점의 온도
- 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
DTBP(디터부틸퍼옥사이드) – 측정 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)
- DSC (시차주사열량계) – Setline DSC / DSC+
- MICRO DSC (모델 Calvet PRO) – 초고감도 3D 센서 기반, 최대 1,000BAR 압력
- TGA (열중량 분석기) – Setline TGA 1,100°C
- 고온·모듈형 TGA (모델 THEMYS 시리즈) – 1150/1600/2400℃ 옵션
- STA (동시 열분석기) – Setline STA/STA+, TG+DSC
- 가스 흡착탈착 양 분석기 – Gas Pro
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- 세타람 전체 열분석기 라인업, 한미산업 사이트 보기
- DSC 일반버전 모델 세트라인 DSC, 한미산업 사이트 보기
- DSC 상위 버전 모델 칼벳 시리즈, 한미산업 사이트 보기
- DSC 상위 버전 모델 CALVET PRO, 세트람 사이트 보기
- TGA 일반 버전 모델 세트라인 (SETLINE TGA), 한미산업 사이트 보기
- TGA의 상위 버전, 모델 템이스 (=THEMYS), 한미산업 사이트 보기
한미산업
1999년 개업 이후, 지난 30여년간
- 미.일.유럽 소재, Tribology(마찰/마모/윤활/CMP 연마), 스크래치, 고온 경도계, 베어링 시험기, 관련 유명 제조공급사인 BRUKER, PHOENIX Tribology, TABER, SHINTO Heidon, INNOWEP, AMTEC, TRICO사.
- 열분석기 관련 스위스 KEP 그룹의 SETARAM SETSAFE SETSMARMT, 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
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