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Semenove 이론, 열 방출률과 열 손실률

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1. Semenove이론의 개요

 : 열발화 이론은 물질이 반응을 하며 방출하는 열 방출률과 대기 공기 중으로 열을 빼앗기는 열 손실률 간의 관계에서 발열반응을 설명하는 이론이다.

 

 

2. 열 방출률과 열 손실률

 : 열방출률은 물질 반응을 하며 방출하는 열량으로 다음 수식으로 표현할 수 있다.

 

여기서, hc : 방열량, W : 질량소모량, Ci : 반응물질의 농도(n : 반응차수)

         a : 반응상수, E : 활성화 에너지

 

 : 열 손시률은 반응 중 대기 중으로 손실되는열량으로 온도와 표면적당 열손실 계수로 표현할 수 있으며, 수식으로 표현하면 다음과 같다.

 

여기서, X : 열 손실률, L : 표면적과 온도 차이에 따른 열손실률, S : 표면적, t : 온도차

 

 

3. 열발화 이론의 설명

 : 열발화 이론은 발열반응에 의한 발화이론으로 반응폭주 이론과는 차이가 있으나, 반응폭주의 한계를 열발화 이론으로 설명하면 다음과 같다.

 1) 발화의 관점

  : 화학반응을 연소의 관점에서 생각해보면 초기의 반응에 의해 열이 생성되고 그 화학반응을 지속할 수 있어야 발화가 유지될 수 있따. 따라서 열발화 이론의 관점에서 생각하면 반응폭주 초기이ㅔ 여라 방출률이 열 손실률보다 높아야 발화가 지속된다.

 

 2) 반응폭주의 한계와 열발화 이론

  : 반응폭주는 반응속도가 급격히 증가하느 ㄴ현상으로 열발화 이론의 그래프프를 통하여 반응 폭주의 한계를 설명하면 다음과 같다.

  (1) 발화의 제어

   : 발화의 한계는 반응기의 설계에 이용되는 것으로서 첫째는 냉각설비의 설치이다. 이는 열 손실률을 높임으로 인하여 발화가 지속되지 않도록 제어하는 것으로서 반응폭주를 막을 수 있따. 둘째는 발화되는 물질의 부촉매 물질의 투입이나 미반응물질의 희석을 생각할 수 있다. 부촉매 효과 및 물질으 ㅣ희석으로 인하여 열 방출률을 감소시킬 수 있으며 이로써 반응폭주를 막을 수 있다. 셋째는 산화반응의 경우 질소 등의 불활성 물질의 주입을 통하여 산화반응을 감소시킴으로써 열 방출률을 낮추어 반으ㅏㅇ폭주를 막을 수 있다.

  (2) 발화의 지속성 제어

   : 반응기의 물질이 많을 경우 반응폭주가 일어나면 큰 손실을 끼칠 수 있으므로 반응물질을 외부로 이동시키는 방법을 통해 반응폭주 영향력의 크기를 줄일 수 있따.

 

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