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스테파노 Stefano

10-11-05 10:46

(1) 저장탱크의 압력에 따른 증발잠열의 값은 질소의 물성자료에서 구할 수 있습니다.
3 bar g. 5 bar g.
Temp.℃ -181.71 -176.65
kcal/kg-mole 1221.75 1153.70
kcal/kg 43.61 41.18

(2) 동일한 용기를 사용하여 저장할 경우 냉열손실은 5 bar g. 경우가 저장온도가 더 높아서 작습니다. 그러나 -5도 정도의 온도차이 만으로는 큰 차이가 없을 것입니다.

굳이 저장시 배출되어야 하는 량을 몇가지 조건을 가정해서 비교해보면
*용기 표면 열전달계수 U=10 kcal/h-m2-℃
*전열면적 A=10 m2
*표면온도 -10℃(큰차이 없이 모두 같다고 가정), 공기온도 20℃

Q=UAΔt = 3000 kcal/h
3 bar일 경우 m1=(3000 kcal/h)/(43.61 kcal/kg) =68.79 kg/h(=2.4446 kg-mole/h)
5 bar일 경우 m2=72.85 kg/h(=2.5888 kg-mole/h)

증발잠열의 차로인한 증발량의 비는 m2/m1=72.85/68.79 = 1.059 mole/mole,.................(a)
즉 조건2의 경우가 증발량이 5.9% 정도 더 많습니다

(3) 그러나 위의 (2)에서는 증발 잠열만을 비교한 배출량이지만 실제의 상황은 용기로부터 배출시켜줘야 하는 량을 계산하면 조건은 달라집니다.

저장용기의 Vapor Space의 부피, V= 10 m3 에 저장되는 기상의 질소의 양
3 barg, -181.7℃에서의 기상의 저장 질소: n1 = (P1*V)/(R*T1)=(4.013*10)/(R*91.45)=5.279 kg-mole; R=0.083124
5 barg, -176.7℃에서의 기상의 저장 질소: n2 = (P1*V)/(R*T1)=(6.013*10)/(R*96.5)=7.4958 kg-mole

이번에도 n2/n1의 비를 구해보면 저장용기의 기상 가정부피10m3에 저장되는 질소의 양의 비는
n2/n1= 1.420 mole/mole..........................................................................................(b)
즉, 저장량으로 보면 5 bar g의 경우가 42% 더 많습니다.

(4) 결론적으로
증발잠열은 온도가 낮을수록 커져서 같은 열량 손실에 증발량은 작아집니다. ..즉 m1<m2
실제의 상황은 용기의 기상에 저장되는 질소의 양에서 고압으로 저장되는 경우가 양이 훨씬 많습니다..즉 n2>n1

따라서 같은 열손실로 인해 증발되는 잠열만 고려하면 압력이(저장온도가) 낮을수록 증발량이 작아져서 유리한 것처럼 생각되지만 실제로 기상으로 저장해 두었다가 저장압력보다 상승하는 경우 Vent시켜주어야 할 량은 압력이 낮을 수록 더 많아집니다. 그 이유는 m1<m2 이지만 n1<<n2이기 때문입니다.

두가지 요소를 비교해 보면 1.42-1.059=0.361 위의 여러 가정된 조건에서는 고압저장의 경우가 36% 포인트 정도 손실량이 적어집니다. 이 수치는 여러 가정수치를 달리했을 때 수치가 달라질 수 있지만 고압측이 항상 유리하다는 것만은 변함없습니다 .

결론적으로..열손실에 의해 주기적으로 상승하는 압력을 배출해야 하기 때문에 고압의 경우가 기상에 저장되는 량이 많아서 증발잠열이 작다고 해도 고압으로 저장하는 경우가 유리합니다.

굳이 저장시 배출되어야 하는 량을 몇가지 조건을 가정해서 비교해보면 
*용기 표면 열전달계수 U=10 kcal/h-m2-℃
*전열면적 A=10 m2
*표면온도 -10℃(큰차이 없이 모두 같다고 가정), 공기온도 20℃

Q=UAΔt = 3000 kcal/h
3 bar일 경우 m1=(3000 kcal/h)/(43.61 kcal/kg) =68.79 kg/h(=2.4446 kg-mole/h)
5 bar일 경우 m2=72.85 kg/h(=2.5888 kg-mole/h)

증발잠열의 차로인한 증발량의 비는 m2/m1=72.85/68.79 = 1.059  mole/mole,.................(a)  
즉 조건2의 경우가 증발량이 5.9% 정도 더 많습니다

(3) 그러나 위의 (2)에서는 증발 잠열만을 비교한 배출량이지만 실제의 상황은 용기로부터 배출시켜줘야 하는 량을 계산하면 조건은 달라집니다.

저장용기의  Vapor Space의 부피, V= 10 m3 에 저장되는 기상의 질소의 양
3 barg, -181.7℃에서의 기상의 저장 질소:   n1 = (P1*V)/(R*T1)=(4.013*10)/(R*91.45)=5.279 kg-mole; R=0.083124
5 barg, -176.7℃에서의 기상의 저장 질소:   n2 = (P1*V)/(R*T1)=(6.013*10)/(R*96.5)=7.4958 kg-mole

이번에도 n2/n1의 비를 구해보면 저장용기의 기상 가정부피10m3에 저장되는 질소의 양의 비는 
n2/n1= 1.420  mole/mole..........................................................................................(b)
즉, 저장량으로 보면 5 bar g의 경우가 42% 더 많습니다.

(4) 결론적으로 
증발잠열은 온도가 낮을수록 커져서 같은 열량 손실에 증발량은 작아집니다. ..즉  m1<m2
실제의 상황은 용기의 기상에 저장되는 질소의 양에서 고압으로 저장되는 경우가 양이 훨씬 많습니다..즉 n2>n1
      
따라서 같은 열손실로 인해 증발되는 잠열만 고려하면 압력이(저장온도가) 낮을수록 증발량이 작아져서 유리한 것처럼 생각되지만 실제로 기상으로 저장해 두었다가 저장압력보다 상승하는 경우 Vent시켜주어야 할 량은 압력이 낮을 수록 더 많아집니다.    그 이유는  m1<m2 이지만   n1<<n2이기 때문입니다.

두가지 요소를 비교해 보면  1.42-1.059=0.361  위의 여러 가정된 조건에서는 고압저장의 경우가 36% 포인트 정도 손실량이 적어집니다. 이 수치는 여러 가정수치를 달리했을 때 수치가 달라질 수 있지만 고압측이 항상 유리하다는 것만은 변함없습니다 .

결론적으로..열손실에 의해 주기적으로 상승하는 압력을 배출해야 하기 때문에 고압의 경우가 기상에 저장되는 량이 많아서 증발잠열이 작다고 해도 고압으로 저장하는 경우가 유리합니다.