자동로그인
컨텐츠 | contents
일반게시판
Q&A게시판
공학 S/W
스터디 | study
단위환산
농도계산
일반화학
화공일반
화공실무

   
  대기온도 변화시 Tank내 액체와 기체 온도 계산 질문
  글쓴이 : r34sky   고유ID : r34sky     날짜 : 19-11-18 11:55     조회 : 95    
   TANK 공정도.png (635.5K), Down : 7, 2019-11-18 11:55:33
안녕하십니까. 표제의 건으로 질문 드립니다.
Cone Roof Tank(3,650m3) 내에 Acrylonitrile(AN) 액체가 123m3만큼 차있고, 질소가 일정 압력 유지를 위해 공급되며, Vapor 일부는 Breather Valve를 통해 Scrubber로 빠져나가는 System이 있습니다.

<공정 조건 및 계산하고자하는 값 요약> -- 상세 첨부 공정도 참조
(1) 초기 상태에서 날씨가 흐림일 때 대기온도는 30℃, 액체온도는 대기온도와 동일하게 30℃라고 가정, Vapor 온도는 계산 필요
(2) 1시간 뒤 날씨가 맑음일 때 대기온도는 38℃, 액체 및 Vapor 온도는 계산 필요
(3) Tank 압력은 75mmH2O(g)로 변함없다고 가정
(4) Tank로의 제품 유입 및 출하 없음(Level 일정)
(5) 상기 (1),(2) 조건에서 질소+AN Vapor중 AN 조성은 각각 17.4vol%, 24.3vol%임.

목적은 질소+AN Vapor의 온도 변화를 계산하여 부피가 얼마나 변하는지(Scrubber로 얼마나 빠져나가는지) 확인하고자함입니다.
액체 비열에 비해 기체 비열이 작다보니 Vapor 온도는 액체보다 더 높을 것으로 생각되지만 구체적인 수치 계산이 필요합니다.
대기온도와 액체온도가 동일한 초기상태에서 1시간동안 대기온도가 급격히 오르더라도 액체온도가 38℃까지 올라가진 않을 것이라 생각은 되나 계산방법을 어떻게 접근해야할지 감이 안잡히네요...

자세한 전/후 조건은 첨부의 공정도를 참고하셔서 조언해주시면 감사하겠습니다.

Stefano    19-11-18 19:54
(1) Storage Tank에서 배출되는 Vapor 량에 관해서는 API가 미국 전역에서 실제적인 데이터를 수집하여 집대성해서 만들어서 모델수식으로 만들어둔 API 2000이 있습니다.  잘되었는지 못되었는지는 분간할 수 없지만 실제적인 데이터로부터 만들어진 것이라서 실용주의를 표방하는 미국인들이 먼저 사용하고 이를 다른 나라에서 차용해서 사용하기 때문에 우리도 참조하면 될 것입니다. 

(2) 질문에서의 조건에서 배출량을 계산하는 것을 여러 가정을 통하여 산출할 수는 있겠지만 그 배출조건이 그 조건에 맞을 확률이 얼마인지는 알 수 없습니다.  비열에 차이에 의해 액체온도보다 증기온도가 높을 것이라고 추정하는 것은 액의 온도와 증기온도가 같다고 가정한 것과 모순되는 가정입니다.  탱크가 보온되어 있는 상태라고 해도 순식간에 온도가 전달되지는 않겠지만 태약의 복사열과 주-야간 대기온도에 의해서도 온도차가 많이 발행할 수 있습니다. 
 
(3) 탱크내 증기압및 증기중 AS농도 계산
i) 탱크내 절대압력: 10332 mmH2O + 75 mmH2O = 10,407 mmH2O abs (765.469 torr)
ii) AN의 증기압:  @30℃  327  mmHg,      @38℃  380  mmHg
iii) AN농도(v%) : @30℃  42.7%(=327/765.469),  @38℃  49.6%(=380/765.469) 

**Ref. (NIST) Antoine Equation & Parameters
log10(P) = A − (B / (T + C))    P = vapor pressure (bar)      T = temperature (K)
Temp Range    A       B         C
288.3 - 362.3 4.27873 1355.374 -37.853

(4) 시간당 배출량 계산
  탱크내 증기부피:    (3650 - 123)  m3 = 3527 m3 
  Δv=(1시간동안의) 탱크내 온도변화에 75 mmH2O에서의 부피증가(배출증기량)=3527 m3* (273.15+38)/(273.15+30))/h 
    = 93.076 m3 (약 2.6% 부피증가)/h
  배출압력: 75 mmH2O Gauge = 10,407 mmH2O abs  (변동없음)
  ΔC (1시간 동안의) 농도증가  = (380/760.469)=42.7% => (327/760.469) = 49.6% 증가된 농도로 배출

  배출량=93.076 m^3 at 49.6% at 765.469 torr
  배출증기 전체 몰수= 93.076m3/h *(760/765.469)*(273.15/311.15)/22.414 m3/kg-mole = 3.62 kg-mole/h

  ∴ AN 증기로 환산|  49.6% of 3.62 kgmole/h = 1.796 kg-mole/h  or 74.7 kg/h  (MW=41.05)
     
r34sky r34sky   19-11-27 18:01
답변 감사드립니다. 타 업무 관계로 답신이 늦었습니다.

시간당 배출량은 액체 온도가 30℃에서 38℃로 증가할 때 기체 온도도 동일하게 상승한다는 가정으로 계산을 하신 것 같은데 확실히 기체 온도 증가분을 추정하는 건 어려운 것 같습니다.
다만 온도별 AN농도를 계산하신 부분에 대해서는 제 계산 결과와 차이가 있는 것 같아 아래와 같이 추가 질문 드립니다.

스테파노님께서는 AN농도를 아래의 식으로 계산, @30℃  42.7%(=327/765.469),  @38℃  49.6%(=380/765.469)의 결과를 얻으셨습니다.

**Ref. (NIST) Antoine Equation & Parameters
log10(P) = A − (B / (T + C))    P = vapor pressure (bar)      T = temperature (K)
Temp Range    A      B        C
288.3 - 362.3 4.27873 1355.374 -37.853

이에 비해 저는 아래 식으로 계산하여 산출, @30℃  17.0%(=1771/10407),  @38℃  24.0%(=2500/10407)의 결과를 얻었습니다.

**Ref. 온도에 따른 AN 증기압 계산식
(출처 : https://www.ineos.com/globalassets/ineos-group/businesses/ineos-nitriles/she/2007_acrylonitrile_brochure.pdf -- 6 Page)
P=EXP(47.60-(5125.68/(T+273.15))-3.68*LN(T+273.15)+(1.21*10^-6*(T+273.15)^2))/101300*10332 [mmH2O]
 - 지면관계상 각 Factor는 소수점 둘째 자리 반올림 하였음

계산 방법이 서로 다르다 보니 증기압과 AN농도가 상당히 차이가 나는데, 어떤게 실제에 가까운 결과라고 할 수 있을까요?
코멘트입력
   

Copyright 1999.07.10-Now ChemEng.co.kr & 3D System Engineering. (mail : ykjang@naver.com, call 010-4456-8090)