게시판 > 질답게시판 > 질소 가스 사용량을 알기 위한 식을 알고 싶습니다..

Stefano

09-08-22 17:36

(1) 위의 질문은 Compressible Fluid의 Nozzle 통과 유량 계산 문제인데

질소의 고압(1차)측 압력이 4.8 barg로 유지되고 있고 노즐을 통하여 질소를 불어넣고 고온의 PET Resin을 부풀려 PET 병을 만들경우, PET를 부풀리기 위한 압력은 시간에 따라 달라질 것으로 보입니다. 따라서 정확한 유량 계산이 필요한 경우라면 Bottle blowing 도중 압력의 변화를 정확히 알아야 합니다.

(2) 만일 단순히 소요되는 질소의 양만을 구하려고 한다면...
다음의 이상기체방정식을 사용한 방법을 사용하세요.

PET를 부풀리고 난 후 PET 병의 용량...... v liter/bottle
병이 완전히 부풀려 졌을 때의 압력..........p bar g, 절대압력환산하면 P= (p+1.013) bar a
병을 완전히 부풀리고 난 후의 질소온도... t ℃, 절대온도 환산하면 T = (t +273.15) K
시간당 bottle 생산량.............................N bottles/h

몰단위 Bottle당 소요 질소량, m g-mole/bottle = (v * p)/(R*T)........(1a) R = (1.013*22.4)/(273.15) bar*L/K/g-mole
표준상태 부피단위 Bottle당 소요 질소량, q = m * 22.4 Nℓ/bottle....(1b)
질량단위 Bottle당 소요 질소량, w g/bottle = m * (28.01) g/bottle ..(1c)

몰단위 시간당 질소소요량, M g-mole/h = m * N.............................(2a)
표준상태 부피단위 시간당 질소소요량, Q = q * N...........................(2b)
질량단위 시간당 질소소요량, W = w * N ......................................(2c)

(3) Nozzle 통과 평균유량

몰단위 평균 질소유량, g-mole/s = m/20 ........................................(3a) "20"은 Blowing Time, s
표준상태부피단위 평균 질소유량, ℓ/s = q /20 ................................(3b)
질량단위 평균 질소유량, g/s = w /20 ............................................(3c)

(1) 위의 질문은 Compressible Fluid의 Nozzle 통과 유량 계산 문제인데

질소의 고압(1차)측 압력이 4.8 barg로 유지되고 있고 노즐을 통하여 질소를 불어넣고 고온의 PET Resin을 부풀려 PET 병을 만들경우,  PET를 부풀리기 위한 압력은 시간에 따라 달라질 것으로 보입니다.  따라서 정확한 유량 계산이 필요한 경우라면 Bottle blowing 도중 압력의 변화를 정확히 알아야 합니다.

(2) 만일 단순히 소요되는 질소의 양만을 구하려고 한다면... 
다음의 이상기체방정식을 사용한 방법을 사용하세요.

PET를 부풀리고 난 후 PET 병의 용량...... v  liter/bottle 
병이 완전히 부풀려 졌을 때의 압력..........p  bar g,  절대압력환산하면  P= (p+1.013) bar a 
병을 완전히 부풀리고 난 후의 질소온도... t  ℃,  절대온도 환산하면 T = (t +273.15) K 
시간당 bottle 생산량.............................N  bottles/h

몰단위 Bottle당 소요 질소량, m g-mole/bottle = (v * p)/(R*T)........(1a)  R = (1.013*22.4)/(273.15)  bar*L/K/g-mole 
표준상태 부피단위 Bottle당 소요 질소량,  q = m * 22.4 Nℓ/bottle....(1b)  
질량단위 Bottle당 소요 질소량, w g/bottle = m * (28.01) g/bottle ..(1c)

몰단위 시간당 질소소요량, M g-mole/h = m * N.............................(2a) 
표준상태 부피단위 시간당 질소소요량, Q = q * N...........................(2b) 
질량단위 시간당 질소소요량, W = w * N ......................................(2c)

(3) Nozzle 통과 평균유량

몰단위 평균 질소유량, g-mole/s = m/20 ........................................(3a)  "20"은 Blowing Time, s 
표준상태부피단위 평균 질소유량, ℓ/s  = q /20 ................................(3b) 
질량단위 평균 질소유량, g/s = w /20  ............................................(3c)

대서기 netsoce

09-08-24 16:13

우선, stefano님의 좋은 가르침 감사합니다.

님의 말씀대로 사실은 압력의 변화가 있습니다..

그렇다면 정확한 값을 알기 위해서 압력의 변화를 알게 된다면

소요 질소량을 구하는 식이 달라지는 건가요..??
시간을 통한 적분의 식이 적용될 거 같은데 어떻게 식이 변화가 되는지 알고 싶습니다..
자꾸 뭔가를 요구하는 것 같아 상당히 죄송스럽게 생각합니다..

그렇다면, 제가 처음에 언급한 식은 사용할 수 없는 식인가요..??

Q = 0.009 x D²x √h/d <== 이식

그렇다면, 이 식은 언제 사용하면 옳은건지 좋은 가르침을 주시면 감사하겠습니다.

님의 가르침에 뭔가 조금씩 개안이 되는 것 같습니다.. 감사 또 감사드립니다..

그럼 이만...

Stefano

09-08-25 23:54

(0) 일반적으로 압축성유체(Compressible Fluid)의 Nozzle 통과시의 유량은 단열팽창에 의한 온도의 강하와 압력감소에 의해 음속에 도달하는 효과로 인해 계산이 좀 복잡해 집니다.

(1) 인용한 수식은 액상의 유체가 직경(D)의 노즐을 통과할 때의 pressure head(h)와 density(d) 유량을 계산하는 수식인 것으로 보이나 출처도 모르고, 단위도 나타나 있지 않아서 무슨 계산을 하고 있는지 알 수가 없을 뿐더러 비압축성 유체의 흐름계산으로는 오차가 커져서 쓸모가 없습니다. 과감히 버리세요.

(2) Compressible Fluid에서의 Orifice Calculation 수식은 Crane (현 Ingersol Rand)사의 "Flow of Fluids thru Valves, Fittings, and Pipe"라는 책자 Chapter 3에 잘 나와 있는데 Expansion Factor Y를 사용하는 수식을 이용해서 계산할 수 있습니다.
(Process Engineer라면 모두 한권씩 가지고 있는 책입니다. Y는 기체별로 입출구 압력비에 따라 도표로부터 구할 수 있음)

(3) 만일 시간에 따라 압력이 변하는 경우라고 하면 압력이 변하는 구간으로 나누어 각 시간구간에서의 입출구의 압력비로부터 Expansion Factor를 구하고 수식을 이용해서 유량을 구한다음 전체 시간에 대해 적분하면 소요 질소의 양이 얻어집니다.

대서기 netsoce

09-08-30 23:38

Stefano의 가르침 진짜 너무너무 감사드립니다..

이렇게 세세하게 알려주시다니.. 너무나 감사할 따름이옵니다..

현업에 도움이 될만한 큰 지식을 얻어 너무 기쁩니다..

행복하시고.. 자주 들려 활동하도록 하겠습니다..

그럼 이만..~~

Stefano

09-09-01 15:05

답글 주셔서 감사합니다. 답글을 받으면 더욱 신이 나거든요.
자주 들러서 질문이 아니더라도 좋은 글, 그림, 음악 올려주세요.