게시판 > 질답게시판 > 밀폐용기에 기체질소 주입시 예상사용량 계산방법 문의

스테파노 Stefano

23-09-29 06:38

(1) 대기압상태에서 용기를 불어내려면 대기압상태의 질소를 흘려주면 됩니다
만일 가압상태를 유지한 상태에서 질소를 불어주려 한다면 가압상태의 유량을 알아야 계산됩니다.

어느 경우건 유량에 흘려준 시간만 곱해주면 됩니다. 용기부피는 필요하지 않습니다

(2) <기체질소 1.38MPA로 10분간 사용시 1,404kg (1285+119)사용> 이라고 적고 있는데
근거 없는 계산 방법입니다. 압력을 유지한 상태에서 흘려보내주어야 할 부피유량이 6169NM3/hr 이라고 일려져 있으면 이 유량에 표준상태 밀도만 곱해주면 필요한 질수 유량을 알 수 있고 여기에 시간만 더 곱해주면 필요한 질소량이 계산됩니다.

(표준상태) 질소 부피유량: Q = 6169Nm3/hr
(표준상태) 질소 질량유량: m = 6169 Nm3/h * (28.013 kg/22.414 Nm3) = 7710 kg/h
10분동안 불어줄 경우 필요한 질소 유량: M = m*Θ = 7710 kg/h * (10 min/(60 min/h))= 7710 * 0.166 = 1285 kg N2

(3) 초기 용기에 공기가 들어있었다고 해도 10분동안 불어내면 공기는 질소로 대체되기 때문에 용기를 가압하기 위해 필요한 질소를 더해 줄 필요는 없습니다.

용기부피 0.47 m3 가압에 필요한 질소는 0.47 * (28.013/22.414)*(15.013/1.013)=8.7 kg에 불과, 무시할 수 있는 부피입니다.

(4) 용기를 불어낼 경우 용기부피의 몇배를 대기압상태로 불어내 주어야 한다고 되어 있다고 하면 (No of System Volume * 대기압 질소밀도) 만으로 충분합니다

예를 들어 해당 용기를 10회 가압한 후 불어내는 일을 반복한다고 해도 87 kg밖에 소요되지 않습니다. 100회 반복해도 870 kg이면 충분한데 왜 그많은 유량으로 불어내야 할까요??

(5) 원래의 질문으로 돌아가서 해당 용기를 (인용하고 있는 표준상태 부피유량)으로 불어내는 데에는 7711 kg/h 필요하기 때문에 질문에서 계산한 바와 같이 10분동안 불어내려 해도 1285 kg이 필요한데 왜 그 크기의 부피유량(6169NM3/hr) 이 꼭 필요한지 조사해 보세요.

(1) 대기압상태에서 용기를 불어내려면 대기압상태의 질소를 흘려주면 됩니다 
만일 가압상태를 유지한 상태에서 질소를 불어주려 한다면 가압상태의 유량을 알아야 계산됩니다.

어느 경우건 유량에 흘려준 시간만 곱해주면 됩니다.   용기부피는 필요하지 않습니다

(2)  <기체질소 1.38MPA로 10분간 사용시 1,404kg (1285+119)사용> 이라고 적고 있는데  
근거 없는 계산 방법입니다.    압력을 유지한 상태에서 흘려보내주어야 할 부피유량이 6169NM3/hr 이라고 일려져 있으면 이 유량에 표준상태 밀도만 곱해주면 필요한 질수 유량을 알 수 있고 여기에 시간만 더 곱해주면 필요한 질소량이 계산됩니다.

(표준상태) 질소 부피유량:  Q = 6169Nm3/hr
(표준상태) 질소 질량유량:  m = 6169 Nm3/h * (28.013 kg/22.414 Nm3) = 7710 kg/h
10분동안 불어줄 경우 필요한 질소 유량: M = m*Θ = 7710 kg/h  * (10 min/(60 min/h))= 7710 *  0.166 = 1285 kg N2

(3) 초기 용기에 공기가 들어있었다고 해도 10분동안 불어내면 공기는 질소로 대체되기 때문에 용기를 가압하기 위해 필요한 질소를 더해 줄 필요는 없습니다.

용기부피 0.47 m3 가압에 필요한 질소는  0.47 * (28.013/22.414)*(15.013/1.013)=8.7 kg에 불과, 무시할 수 있는 부피입니다.

(4) 용기를 불어낼 경우 용기부피의 몇배를 대기압상태로 불어내 주어야 한다고 되어 있다고 하면  (No of System Volume * 대기압 질소밀도)  만으로 충분합니다

예를 들어 해당 용기를 10회 가압한 후 불어내는 일을 반복한다고 해도 87 kg밖에 소요되지 않습니다.   100회 반복해도 870 kg이면 충분한데 왜 그많은 유량으로 불어내야 할까요??

(5) 원래의 질문으로 돌아가서  해당 용기를 (인용하고 있는 표준상태 부피유량)으로 불어내는 데에는 7711 kg/h 필요하기 때문에  질문에서 계산한 바와 같이 10분동안 불어내려 해도 1285 kg이 필요한데  왜 그 크기의 부피유량(6169NM3/hr) 이 꼭 필요한지 조사해 보세요.

lch2133 lch2133

23-10-03 21:50

마지막에서 언급하신 부피유량(6169NM3/hr) 이 꼭 필요한지 조사에 대한 답변입니다.
14Bar로 10분간 불어내는 조건은 고객사의 요청 조건입니다.
그래서, 6169NM3/hr 수치를 사용하여 계산하였으며, 10분간 질소사용량은 1,285kg로 확인하였습니다.
해당 수치는 이전에 가르쳐주신 사이트의 명시된 숫자를 그대로 가지고 왔습니다

1)
사실 이 질문은 총 질소예상량을 통해 기화기 선정을 위함입니다.

https://www.engineeringtoolbox.com/nitrogen-N2-density-specific-weight-temperature-pressure-d_2039.html
- Specific weight at Liquid at equilibrium pressure (상기 링크의 1.38MPA 기준) : 6169NM3/hr

해당 용기는 공기만 들어있는 빈용기로, 기체질소 14Bar로 10분간 불어내면 내면 1차 작업이 끝납니다.
위에서 언급한 6169NM3/hr로 계산하는게 맞는지 재차확인부탁드립니다.
사이트에서 가져온 값이라 정확한지 의문이 듭니다....

그후 2차작업으로 기체질소를 주입하여 밀폐용기 내 압력이 30Bar가되면 공급 중단하게 됩니다.

2차작업에 대한 질소사용량 : 17.388kg

n=pv/rt
[(29.6atm x 470L) / [0.08206atm.L x (273+0)]
=621mol
=621mol x 28g/mol
= 17,399g

2)
정리하면,
1차 작업에 대한 질소사용량 : 1,285kg
2차 작업에 대한 질소사용량 : 17kg

대략적으로 1차 및 2차작업을 거치면 1시간이 소요됩니다.
합계 1,302kg/hr 감당 할수있는 기화기 용량을 선정하면 되는건가요?

스테파노 Stefano

23-10-05 06:16

(1) 고객이 요구하는 사항은 증발기 용량을 요구하고 있고 (이 주제로 나누고 있는 주제의) 압축상태 퍼징을 위한 용량을 요구하는 것 같지 않습니다. 기화기 용량은 바로 최대 기상 질소공급유량, 혹은 시스템 요구 가압속도를 기준으로한 증발기 용량이 될 것이고 퍼징속도를 의미할 것으로 보이지 않습니다.

(2) System Purging 의 목적은 계 내에 존재하는 다른 물질을 불어내기 위함인데 이를 위해서는 1) 대기압상태 Purging 2)진공을 걸어 불어내기 3)가압과 진공의 반복에 의한 Purging 4)가압과 감압의 반복, 모두 네가지 방법이 있으며 이중 2)번째 방법이 가장 효과적이긴 하지만 가장 손쉬운 방법이 1)이기 때문에 이를 사용하는 것입니다.

질문에서와 같이 가압상태를 유지하면서 Purging 하는 경우는 처음들어보는 방법이며 설령 이 방법이 필요할 것이라고 해도 전혀 합리적인 방법이 되지 않기때문에 모든이에게 의문을 가지게 할 것입니다.

(3) 다른 이유를 찾는다면... 고압상태를 유지하면서 Purging 해야 하는 이유가 Vent 되는 출구측 압력이 아주 높다는 것 하나로 보입니다.

(4) 추가질문에서 Purging과 가압용 필요량을 더하여 기화기 용량으로 취하고 있으나 맞지 않습니다. 기화기 통과유량만 알면 됩니다. 열량으로 계산되는 기화기 용량을 계산할 경우라면 기화기를 통과하는 질소 유량(kg/h)에다 질소 가열을 위한 가열열량(현열)과 증발잠열을 곱한 값으로 계산하면 됩니다.

기화기 용량, kcal/h = (공급질소 유량, kg/h) * {(액상 비열 Cp)* (액 가열온도차, Δt) +(증발온도에서의 증발잠열, kcal/kg)+(기상비열)* (기ㅔ 가열온도차, Δt)} ........................(1)

(기화기 필요 전열면적, m2) = (기화기 용량, kcal/h)/(기화기 총괄열전달계수, kcal/h-m2-℃)/(기화기 평균 전열온도차,℃) ..(2)

lch2133 lch2133

23-10-10 16:36

가압상태를 유지하면서 Purging 하는 경우는 처음들어보는 방법이라는 말에 동의합니다.
다시 한번 알아보도록하겠습니다.

회사일을 하다보면 기화기용량을 계산해야 할 상황이 올꺼같아서, 이번기회에 14Bar로 10분동안 Purging한다는 전제하에
계산을 해보려고합니다.
기화기 용량에 대해서는 기화기를 통과하는 질소 유량(kg/h) 및 질소 가열을 위한 가열열량(현열), 증발잠열만 있으면
계산하다고 말씀하셨는데, 질소유량은 1,285kg로 대입하면 될것같은데 나머지 값은 어디서 찾아야 하는지 잘모르겠습니다.

(액상비열, 액가열온도차,증발온도에서의 증발잠열,기상비열, 가열온도차)

(1) 기화기 용량

kcal/h = (공급질소 유량, kg/h) * {(액상 비열 Cp)* (액 가열온도차, Δt) +(증발온도에서의 증발잠열, kcal/kg)+(기상비열)* (기ㅔ 가열온도차, Δt)} ........................(1)

(2)

(기화기 필요 전열면적, m2) = (기화기 용량, kcal/h)/(기화기 총괄열전달계수, kcal/h-m2-℃)/(기화기 평균 전열온도차,℃) ..

스테파노 Stefano

23-10-11 03:07

(1) 용기를 대기압(P1)에서 (p2)14 bar g 까지 가압하는데 필요한 질소량 (m kg) 계산 압력유지시 온도(t℃, T K)
m= (p2-p1)*V/(R*T)*(MW) .....(2) R=기체상수, MW=분자량

(2) 질소 증발기 용량은 열량단위(kcal/h)로 나타내거나 , 질소 사용 부피유량(Nm3/h)으로 나타태거나, 질소공급 질량유량(kg/h)으로 나타낼 수 있습니다. 언급했던 물성(기상인지 액상인지 확인필요) 들을 찾으면 됩니다.

(3)참고사이트:

*질소물성: http://www.ethermo.us/ShowDetail13.htm
*기상비열: https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7727379&Units=SI&Mask=1#Thermo-Gas
*기체상수: http://www.chemeng.co.kr/site/bbs/board.php?bo_table=vstudy3&wr_id=3144&sca=&sfl=wr_subject&stx=%B1%E2%C3%BC%BB%F3%BC%F6&sop=and