불활성가스 치환 계산 사례

불활성가스 (Inerting gas) 치환(Purging) 방법에 여러 봉류가 있는데 각 방법에 대한 불활성화 횟수 및 불활성가스량 산정 등 계산 시례를 공유하고자 한다.

 

 

 

불활성가스 치환 계산 사례

불활성가스 치환에 대한 불활성화 제어농도, 최소산소농도 산정, 각 치환방법에 대해  불활성화 횟수 및 불활성가스량 산정 등 이론적 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1328

불활성가스 치환

 

 

 

최소산소농도(MOC) 계산 예

• 부탄(C4H10)에 대한 최소산소농도를 추정

(1) 부탄의 연소반응식 작성

(2) 부탄의 폭발하한계 : 1.6%(VOL.)

(3) 최소산소농도 계산

식 (1)로부터 최소산소농도는 다음과 같다.

 

여기서, 부탄 1 mol을 연소시키는데 필요한 산소량은 13/2 mol이므로 폭발하한계 1.6 vol.%를 연소시키는데 필요한 최소산소농도는 10.4 vol.% 가 된다.

 

 

불활성화 횟수 및 불활성가스량 계산 예

• 3.8 ㎥ 용기 안의 산소농도를 1ppm까지 줄이려고 한다. 이를 충족시키기 위해 필요한 불활성화 횟수와 질소 사용량을 계산해 본다. 이때 온도는 25℃이고, 용기는 주위의 공기로 가득 차 있다.

(1) 진공치환 : 절대압력 20mmHg까지 도달할 수 있는 진공펌프가 사용되고, 진공에 도달한 후에 절대압력이 1 기압이 될 때까지 순수한 질소를 주입하는 경우

(2) 압력치환 : 5.5 ㎏f / cm2G의 압력의 25℃에서 순수한 질소로 압력 치환을 실시한 경우

(1) 진공 치환

(가) 초기 및 마지막 상태에서의 산소농도비는 다음과 같다.

y0 = 0.21 moles O2/total moles

yf = 1ppm = 1 x 10^-6 moles O2/total moles

(나) 불활성화 횟수 계산

식 (9)를 이용하여 불활성화 횟수를 계산하면

 

 

따라서, 산소농도를 1 ppm가지 줄이려면 4번의 불활성화 단계가 필요하다.

(다) 불활성가스량

식 (10)을 이용하여 불활성가스량을 계산하면

 

 

(2) 압력 치환

(가) 초기 및 마지막 상태에서의 산소농도비는 다음과 같다.

y0 = 0.21 moles O2/total moles

yf = 1ppm = 1 x 10 -6 moles O2/total moles

(나) 불활성화 횟수 계산

식 (9)을 이용하여 불활성화 횟수를 계산하면

따라서, 산소농도를 1 ppm가지 줄이려면 7번의 불활성화 단계가 필요하다.

(다) 불활성가스량

식 (10)을 이용하여 불활성가스량을 계산하면

 

 

스위프 치환 불활성가스량 계산 예

• 저장용기에 100%의 공기가 차 있는데 산소농도가 1.25%(부피%) 이하가 될 때까지 질소로 불활성화시켜야 한다. 용기의 부피는 28 ㎥이고, 질소는 0.01%의 산소를 포함하고 있다고 가정할 때 얼마만큼의 질소가 부가되여야 되는지 계산해 본다.

(1) 필요한 불활성가스량

식 (11)으로부터

이 값은 오염된 질소(0.01%의 산소를 포함)의 가스량이다. 산소의 농도를 1.25% 이하로 줄이기 위해 필요한 순수한 질소의 양은

 

 

Reference : KOSHA GUIDE P - 80 - 2022 불활성가스 치환에 관한 기술지침