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

  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

제조 및 공급 정보

  • 개발: SETARAM, Switzerland
  • 제조: SETARAM, Lyon (France)
  • 최종 출하: SETARAM France
  • 한국 공식 대리점: 한미산업

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모델 TAC-500 단열반응 가속열량계

Adiabatic Reaction Calorimeter – 외형 이미지

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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

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

X 축 시간 vs Y축 압력

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



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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