게시판 > 질답게시판 > 대기온도 변화시 Tank내 액체와 기체 온도 계산 질문

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)

(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?