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  Tank 가압 시 필요한 질소 양 계산
  글쓴이 : 쵸이   고유ID : choiandmimi     날짜 : 21-09-27 16:07     조회 : 93    
항상 친절한 답변에 감사드립니다.
Tank 가압 시 필요한 질소 양을 계산하고자 합니다.
과거 다른분들께서 문의주신 글을 토대로 정리해보았습니다. 혹시 틀린부분이 있다면 조언 부탁드립니다.
1. 기초 data             
 - Tank Capacity : 100m3
 - Tank 사용현황 : 액상 30m3, 기상 70m3             
 - Tank 액상 온도 : 50℃ 유지             
 - 운전 방법 : 진공 운전(-1.0 kgf/cm2g) 후 질소 가압하여 1.0 kgf/cm2g까지 압력 상승
                    (압력 차이 : +2.0kgf/cm2g), 이 후 다음 Tank로 Pump 이송            
 - 공급하는 질소 Condition : 7.0kgf/cm2g, 40℃             
             
2. 계산방법             
 - 필요한 질소의 부피 V = (ΔP * Vo) / P             
   ΔP = Tank 압력 변화 = +2.0kgf/cm2             
   Vo = Tank 기상 부피 = 70m3             
   P = 공급하는 질소의 절대압력 = 8.03325 kgf/cm2a             
 → 계산 : 2 * 70 / 8.03325             
     V = 17.42757m3 의 질소가 필요하다고 계산하면 될까요?
    ※질소 공급 온도가 40℃이고 Tank 액상 온도가 50℃이므로,
       질소가 50℃까지 승온되는 것을 고려 시, 실제 필요 질소의 양은 더 적을 것으로 예상됨
3. 추가질문
 - Pump로 10m3/hr 액상 이송한다고 하면,
  → 계산 :  2 * 10 / 8.03325
     V = 2.49m3/hr 의 질소를 계속 넣어줘야 하나요?

읽어주셔서 감사합니다.
                 

스테파노 Stefano   21-09-28 21:56
1. 채워야 할 공간의 부피,  압력 및 온도를 알고 그에 필요한 기체의 몰수를 계산하는 방법으로 계산하면 혼동될 우려가 없습니다.

계산 방법은 이상기체 법칙의 수식을 사용하고 압력이 과다높거나 온도가 아주 낮은 경우라면 이상기체법칙에서 약간씩 벗어나게 되는데 그에 따른 보정계수인 압축인수를 적용하면 됩니다. 

이 인수는 해당기체의 임계온도와 압력으로부터 압축인수(Compressibility)를 구하여 계산하면 되므로 이런 계산에서는 이상기체법칙 수식을 이용한다고 보면 틀림이 없습니다.  온도, 압력은 절대온도 값들을 적용하고 개스의 양은 mole 수로 계산하면 됩니다.  어느온도 어느 압력에서의 부피로는 계산하려고 한다면 "엔린"입니다.    어린이 엔지니어라는 뜻.  중학생 수준의 어린 학생이 아니면 그리 계산하려들지 않을 것입니다.   

P*V = n*R*T  ...(1)  --->  n = PV/(RT)  ...(1a)    R = (Po*Vo/To).. (2)  <--Po, Ro, Vo는 표준상태에서의 기체부피로 부터 계산)

2.  필요한 가스(질소)의 몰수      V= 70 m3, P= (1+1.01325) kgf/cm2 abs  T = (50 +273.15) K

==>  필요로하는 질소의 몰수 (1 a)식 이용;      n =  _________

3.  초기에 용기내 기체(공기 또는 질소)가 들어 있었다면 그 때의 온도, 압력, 부피로부터 미리 들어있던 양을 계산할 수 있습니다.    여기서는 초기 -1 kgf/cm2 g의 압력이 걸려있었다고 하므로 이를 절대 압력으로 고쳐서 초기(initially)들어있던 가스부피  ni를 계산해 낼 수 있습니다.      추가 필요로하는 질소의 몰수는  위의  n에서  아래의 ni를 빼주면 계산됩니다.

 ni = Pi*V/(R To)  -->  ni = ____________  kg-mole

추가필요한 질소의 양  Δn  = n - ni  =  ___________  kg-mole

4.    필요한 개스의 몰수를 표준상태의 부피로 환산하고자 하면  역시 (1)식과 유사한 아래의 (3)식을 이용하면 됩니다.  개스의 무게를 계산하고자 하면 분자량을 곱해주면 됩니다.  (4)식

ΔVo = Δn * R*To/Po  .....(3)      ΔVo =  _____________ Nm3

W =  Δn * (MW).............(4)      W =    _____________ kg,  (MW of N2) = 28.013  kg/kg-mole

5.  공급하는 질소의 온도가 달라지더라도  몰수는 변하지 않습니다.    온도 압력 조건이 달라진 상태에서 개스의 부피를 계산하고자 하면 다시  (1)식으로부터 계산하면 됩니다.  40도, 7kgf/cm2 g 에서 필요로하는 부피를 계산하고자 하면 아래 (5)식을 사용합니다.  이 온도가 탱크로 들어가서 승온되면 압력이 올라가게 되므로 결국 50도에서 필요한 몰수를 계산하면 됩니다.
(탱크온도가 40도면 질소가 더 필요하나 50도에서는 덜필요로 하는 것은 당연)

(그러나 대부분 (3)식으로 표준상태 부피정도만 계산하지 다른 조건에서의 부피를 계산하는 경우는 거의 없습니다.  ==>"엔린"만 계산합니다. )

V = n * R * T/ P  ............(5)

6.  추가 질문에서 펌프로 액의 부피를 탱크로부터 빼내게 되면  그 온도에서 액의 부피에 해당하는 개스 몰수만 더 넣어주면 됩니다.  그 상태에서 넣어줘야 할 개스부피는  그 압력에서 10 m3/h 액상부피 속도와 동일하게 개스부피로 넣어주면 됩니다.

(dn/dt) =  m = (P/(RT))* (dV/dt) .........(6)      (dV/dt) =  10 m3/h,    (dn/dt)  = _________ kg-mole/h
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