연 소 현 상 열 빛 C O2 CO2 97kcal H2 ½ O2 57.6kcal H2O 피 산화물 산화제 (산소/공기) (연료) 산화제 (산소/공기) C O2 CO2 97kcal H2 ½ O2 57.6kcal H2O

화염연소와 표면연소 화염발생 연소의 연쇄반응 발화층 형성 확 산 고체 액체 기체 산소 열분해 증발 화염연소 표면연소 확 산 고체 액체 기체 산소 열분해 증발 화염연소 표면연소 고체표면에서 접촉 복사열에 의한 Feed back

연소의 요건 연소3요건 열/점화원 산소/공기 (Temperature/ (Oxygen/Air) Ignition Source) 가연물 (Fuel) 연소3요건

연소의 요건 순조로운 연쇄반응 열 산소 가연물 불꽃연소(주로 액체, 기체)의 4요건

인화와 발화 인화와 발화 최소 발화 에너지 가연물질의 인화점,발화점,연소한계 연소 생성물

인화와 발화 가 연 물

연소한계, 인화점, 발화점, 연소점 가연성 증기의 농도, 연소한계, 인화점 및 발화점의 상호연관관계 가연성증기의 농도 온 도 온 도 인화점 (Flash Point) 자연발화온도 (Autoignition Temperature) 연소하한계(LFL) (Lower Flammability Limit) 자연발화(AIT) 포화증기압선도 연소상한계(UFL) (Upper Flammability Limit) 가연성혼합기 양론계수선 가연성 증기의 농도, 연소한계, 인화점 및 발화점의 상호연관관계

연소한계의 추정 1. G.W.Jones의 연소한계 추정 LFL = 0.55 Cst UFL = 3.50 Cst Jones 는 많은 탄화수소 증기의 LFL과 UFL은 연료의 양론농도(Cst)의 함수임을 발견함 LFL = 0.55 Cst UFL = 3.50 Cst 대부분의 유기물에 대한 양론농도는 일반적인 연소반응을 이용하여 결정함 CnHxOy + zO2 → nCO2 + x/2H2O z=n+x/4 – y/2 여기서 z는 (O2몰수/연료몰수)의 단위 Z의 함수로써 Cst를 정정하기 위하여는 부가적인 양론계수와 단위 변환이 요구됨.

연소한계의 추정

연소한계의 추정 ◎ 예제 Jones의 법칙을 이용하여 Hexane에 대한 LFL과 UFL을 추산하고 계산으로 결정된 값과 실험에 의하여 결정된 Data 값 상호간에 어떤 차이가 있는지 비교해 봅시다.

연소한계의 추정 ※ 양론식은 C6H14 + zO2 → nCO2 + x/2H2O z, n, y는 계산하면 각각 n=6, x=14, y=0 이므로 이를 각각 대입하면 LFL = 0.55(100)/[4.76(6)+1.19(14)+1] LFL = 1.19 volume % versus 1.1 volume % actual UFL = 3.5(100)/[4.76(6)+1.19(14)+1] UFL = 1.19 volume % versus 1.1 volume % actual

2. Le Chatelier의 혼합물에 대한 연소한계 추정 연소한계의 추정 2. Le Chatelier의 혼합물에 대한 연소한계 추정 여기서, LFLi는 연료와 공기의 혼합기 중 부피 %로 표시된 성분 i의 연소하한계 yi는 가연성 물질을 기준으로 성분 i의 몰분율 n은 가연성 물질종의 수

연소한계의 추정 이와 비슷한 방법으로 하여, 여기서, UFLi는 연료와 공기의 혼합기 중 부피 %로 표시된 성분 i의 연소상한값

연소한계의 추정 ◎ 예제 부피로 0.8% 헥산, 2.0% 메탄과 0.5% 에틸렌으로 구성된 혼합가스의 LFL과 UFL을 계산하시오.

연소한계의 추정 ◎ 풀이 Hexane Methane Ethylene Total combustibles Air 0.8 2.0 연료만을 기준으로 한 몰분율은 다음과 같이 계산된다. LFL과 UFL데이터는 아래 Table 참조. 부피(%) 연소기준 mol 분율 LFL(vol.%) UFL(vol.%) Hexane Methane Ethylene Total combustibles Air 0.8 2.0 0.5 3.3 96.7 0.24 0.61 0.15 1.1 5.0 2.7 7.5 15 36.0

연소한계의 추정 ◎ 풀이

◎ 최소산소요구량 (MOC : Minimum Oxygen Concentration) MOC=산소몰수 X 연소하한계 ◎ 예제 C3H8, C4H10의 MOC를 계산하시오.

폭연과 폭굉 (Deflagration & Detonation) 반응가스 화염전파방향 미반응가스 반응지역 ○ 에너지방출 ○ mol 수변화 <파이프를 통하여 전파되는 반응과 압력면>

폭연과 폭굉 (Deflagration & Detonation) ○ 폭연 : 폭발충격파가 미반응 매질속에서 음속 이하의 속도 로 이동하는 폭발 ○ 폭굉 : 폭발충격파가 미반응 매질속에서 음속보타 큰 속도 *폭발압력 Pdet>Pdef (약 100~1000배 크다)

자석교반기(Magnetic Stirrer) 폭연지수 Kg 및 Kst 증기폭발시험장치로부터 증기를 폭발시켰을 때 발생되는 순간압력 상승속도를 Kg라 함. <증기폭발시험장치> 자석교반기(Magnetic Stirrer) PI TI 바(bar) 기체다기관(Gas Manifold) 점화기 시료

<폭발시험장치로부터 얻은 시간 대 압력데이터> 폭연지수 Kg 및 Kst 10 8 6 4 2 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 dp/dt=40bar/s Pmax 시간(milliseconds X 100) 압력(bar-abs) <폭발시험장치로부터 얻은 시간 대 압력데이터>

<분진폭발 데이터 획득을 위한 측정장치> 폭연지수 Kg 및 Kst 분진폭발실험장치로부터 분진이 폭발할 때 발생되는 순간 압력상승속도를 Kst라 함. 입출력장비 PT 접지 컴퓨터 점화기 진공 분배링 분진사료 공기 <분진폭발 데이터 획득을 위한 측정장치>

폭연지수 Kg 및 Kst 여기서 Kg와 Kst를 각각 가스와 분진에 대한 폭연지수라 함.

폭연지수 Kg 및 Kst 가스 Kg(bar m/s) 메탄 프로판 수소 55 75 550 주 : 이 측정값은 대기중 10J의 발화원으로 측정한 것임

폭연지수 Kg 및 Kst 분진 Pmax(bar) Kst(bar m/s) PVC 분유 폴리에틸렌 설탕 레진분진 갈탄 목진 셀룰로오즈 안료 알루미늄 6.7~8.5 8.1~9.7 7.4~8.8 8.2~9.4 7.8~8.9 8.1~10.0 7.7~10.5 8.0~9.8 6.5~10.7 5.4~12.9 27~98 58~130 54~131 59~165 108~174 93~176 83~211 56~229 28~344 16~750

폭연지수 Kg 및 Kst 폭연지수 Kst 등급 1~200 200~300 >300 St-0 St-1 St-2 St-3 1~200 200~300 >300 St-0 St-1 St-2 St-3 빌딩이나 용기와 같은 밀폐된 공간에서 폭발이 일어날 때 아래와 같이 그 결과의 영향을 평가하는데 사용된다 .

최소 발화 에너지 MJ Cal(10-6) 수 소 0.017 4.06 아세틸렌 에 틸 렌 0.07 1.67 프 로 판 0.027 수 소 0.017 4.06 아세틸렌 에 틸 렌 0.07 1.67 프 로 판 0.027 6.45 톨 루 엔 25.0 6.00

가연물질의 인화점,발화점,연소한계 물질명 화학식 실온에서의 상태 인화점 (o℃) 발화점 (0℃) 연소한계(Vol.%) 비중 (물=1) 증기밀도 (공기=1) 상한 하한 아세틸렌 HC=CH 기체 - 305 2.5 100 0.6 0.9 아세톤 CH3COCH3 액체 -20 465 2.1 13 0.8 2.0 에타놀 C2H5OH 363 3.3 19 1.6 가솔린 C5H12~C9H2 -43 257.2 1.4 7.6 3~4 초산 CH3COOH 39 46.3 4.0 19.0 1.0 JP4 (제트연료) -23.3 ~-1.1 240 1.3 8.0 수소 H2 500 75 1 등유 40~70 210 0.7 5 <1 4.5

가연물질의 인화점,발화점,연소한계 물질명 화학식 실온에서의 상태 인화점 (o℃) 발화점 (0℃) 연소한계(Vol.%) 비중 (물=1) 증기밀도 (공기=1) 상한 하한 프로로벤제 C6H5CI 액체 29 593 1.3 9.6 1.1 3.9 메틸에틸케톤 C2H5COCH3 -9 405 1.4 11.4 0.8 2.5 피리딘 CH<(CHCH)2>N 20 482 1.8 12.4 1.0 2.7 프로판 C3H3 기체 - 450 2.1 9.5 1.6 이황화탄소 CS2 <-30 90 50 2.6 나프탈렌 C10H8 고체 79 526 0.9 5.9 4.4 메탄 CH4 537 5.0 15.0 0.4 0.6 에탄 C2H6 472 3.0 12.5 0.5

CO2 연소 가스 (Fire Gas) CO 화 염 ( Flame ) H2S 열 ( Heat ) NH3 연 기 ( Smoke ) 연소 생성물 연소 가스 (Fire Gas) 화 염 ( Flame ) 열 ( Heat ) 연 기 ( Smoke ) CO2 CO H2S NH3 HCN NO,NO2 HCl COCl2