휘발 물질의 인화점(引火點)은 공기에 가연성 물질을 만들어내어 인화할 수 있게 하는 가장 낮은 온도를 가리킨다.
농도에 따른 인화점 변화
용어와 정의
- 인화점(Flash Point): 시료를 가열하여 작은 불꽃을 유면에 가까이 대었을 때, 기름의 증기와 공기의 혼합 기체가 섬광을 발하며 순간적으로 연소하는 최저의 시료 온도를 말한다.
※ 인화점의 측정 방식에는 밀폐 상태에서 가열하는 방식 및 개방 생태에서 가열하는 방식의 2가지가 있으며, 전자의 측정방식으로 구한 인화점을 밀폐식 인화점, 후자의 측정방식으로 구한 인화점을 개방식 인화점이라 한다. 또한 같은 시료에서는 통상 개방식 인화점이 밀폐식 인화점보다 높은 값을 나타낸다.
- 연소점 : 시료를 가열하여 작은 불꽃을 유면에 가까이 대었을 때, 기름의 증기와 공기의 혼합 기체가 연속하여 5초 이상 연소하는 최저 시료 온도를 말한다.
- 발화점 : 시료를 공기 중에서 가열했을 때 불꿏이나 화염의 접촉 없이도 자연 연소를 개시하는(발화하는) 최저 온도를 말한다.
혼합물 인화점 계산
한 성분이 가연성이고, 가연 물질의 인화점을 알고 있다면, 다성분계 혼합물에 대한 인화점을 계산할 수 있다.
이 경우 인화점은 혼합물 중 가연 성분의 증기압이 그 인화점에서 순수한 물질의 증기압과 같아지는 온도를 결정하여 구한다.
- 순물질의 인화점 : F [℃]
- 인화점에서의 증기압 : p [kPa]
- 순물질의 부피비 또는 몰분율 : x
- Raoult의 법칙을 이용하여 혼합물의 인화에 요구되는 순물질의 포화증기압 : Psat [kPa]
Psat = p/x
- 순물질의 증기압표(또는 식)에서 Psat에 해당하는 온도를 구하면 이 온도가 혼합물의 예상 인화점이 된다.
혼합물 인화점 계산 사례
1. 50 volume % 에탄올 수용액의 인화점을 구하라.
● 에탄올의 물성
- 인화점 : 12.8 ℃
- 증기압(12.8 ℃) : 28.33 mmHg(3.78 kPa)
- 부피비 : 50 %
● 50 volume % 에탄올 수용액의 인화점
- Raoult의 법칙을 이용하여 인화에 요구되는 순수 에탄올의 포화증기압(Psat)을 구하면,
Psat = p/x = 28.33 mmHg/0.5 = 56.66 mmHg
p : 순수 에탄올의 인화점(12.8 ℃)에서의 증기압
x : 에탄올의 몰분율 또는 부피비
- Psat(56.66 mmHg)에 해당하는 온도를 구하기 위해 증기압식을 이용하여 반복계산하면 50 % 에탄올 수용액의 인화점은 24.2 ℃이다.
● 농도별 예상 인화점
농도별 예상 인화점은 반복계산을 통해 얻을 수 있다.
<표 1> 에탄올 농도별 예상 인화점
농도 변화에 따른 인화점
다음 물질은 실생활에서 많이 사용하는 휘발유, 등유, 경유의 인화점에 따른 화재의 위험성을 추정하는 내용이다.
<표 2>휘발유, 등유, 경유의 인화점 특성
| 성분 | 인화점 | 폭발한계 | 자연발화점 | 끓는점 | ||
| 인화점 | 측정방식 | 폭발하한 | 폭발상한 | |||
| 고급휘발유 | -43 ℃ | C.C | 1.2% | 7.6% | 280 ~ 456 ℃ | 38 ~ 208 ℃ |
| 보통휘발유 | -43 ℃ | C.C | 1.2% | 7.6% | 280 ~ 456 ℃ | 38 ~ 204 ℃ |
| 실내등유 | 38 ~ 94 ℃ | C.C | 0.7% | 5.0% | 210℃ | 177 ~ 274 ℃ |
| 자동차경유 | 38 ℃ | - | 1.3% | 6.0% | 177 ℃ | 150 ~ 370 ℃ |
※ 출처 : GS칼텍스 홈페이지(www.gscaltex.co.kr) 제공 MSDS
C.C : Closed Cup (밀폐식 측정방법)
1. 농도에 따라 인화점이 다른건지?
대기상태 즉, 일반적인 공기조성 하에서는 인화점 이상이면 불이 붙는다.
- 각 물질은 물질 고유의 특성 상 온도에 따라 Vapor로 되려하는 힘(증기압)이 있다. 일반적인 액상의 물질은 온도를 올리면 점점 증발하려는 힘이 강해져서 액체 표면을 뚫고 기화하려는 경향이 있다. 인화점이 40 ℃라면 40 ℃에서 물질의 증기압이 폭발한계 범위 내에 들어올 정도로 높아져서 불이 붙는다
- 또 한가지, 산소의 농도에 따라 불이 붙을 수도 있고, 안 붙을 수도 있다. 물질에 따라 최소산소농도라는 특성이 있는데, 이 물질이 폭발(불이 붙는)하는데 필요한 최소한의 산소농도가 필요하다. 최소산소농도 이하의 상태에서는 불이 붙지 않는다.
농도에 따라 인화점이 다르다고 볼 수도 있는데, 이는 인화점, 폭발한계, 최소산소농도와의 관계를 고려하여 판단해야 한다. 일반적인 대기상태에서 등유, 경유는 인화점 이상에서 불이 붙는다고 볼 수 있다.
2. 등경유 Vapor가 인화하려면 농도에 관계없이 40 ℃가 되면 인화하는지?
여기서 농도라 함은 Vapor의 농도이고, 이 농도는 폭발한계(폭발하한 ~ 폭발상한) 범위 내의 농도를 말하며, 40 ℃가 되면 인화가 되고, 연소점은 이보다 높은 값을 갖는다.
다만, 주위압력에 영향을 받아, 대기압(101.3 kPa) 보다 실제압력(P)가 높으면 인화점(Fc)이 측정값(F)보다 0.25(101.3-P) 만큼 낮게 되고, 실제압력이 낮으면 그 반대가 된다. [ Fc = F + 0.25(101.3-P) ]
Reference : KOSHA 답변 자료
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