이너팅 량 및 퍼징 횟수 계산 사례

 

용기 내의 화재 폭발 발지를 위해 인화성 물질을 취급할 때 불활성화(inerting)가 필요하다.

이를 위해 이전 포스팅에서 이너팅을 위한 이너팅가스량 및 퍼징횟수에 대해 살펴 본 바 있다.

금번에는 이에 대한 계산 사례를 공유하고자 한다.

 

 

이너팅 량 및 퍼징 횟수 계산 사례

 

일반적으로 사용되는 산소농도의 제어점은 LOC보다 4% 낮은 농도로 하고 있다.

 

금 번에는 불활성화 방법 중 진공 퍼징과 압력 퍼징에 대한 사레를 살펴보고자 한다.

 

이너팅 가스량 및 퍼징 횟수에 대한 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조
 https://sec-9070.tistory.com/566 

이너팅가스 량 및 퍼징 횟수 결정

 

 

과제 : 

 

- 대상 용기 체적 및 운전 조건 : 1 ㎥ , 대기압하, 온도는 25℃

- 1 ㎥ 용기안의 산소농도를 1 ppm까지 줄이려고 한다. 

이를 충족시키기 위해 몇 번의 퍼징이 필요한 지 결정하고 사용한 전체 질소량을 계산하라.

 

 

Case 1 : 진공 퍼징 

- 진공펌프는 절대압력 20 mmHg까지 도달하는 펌프로서, 진공에 도달한 후 절대압력이 1기압이 될 때까지 순수한 질소를 주입한다.

 

Solution 1 :

 

 1.1 퍼징 횟수

초기 산소농도 : yo = 0.21 g-mole O2/total mole

최종 산소농도 : yf = 1*10^-6 g-mole O2/total mole

 기 포스팅한 자료의 식 6을 이용하여 퍼징 횟수를 계산하면

yj = yo*(PL/PH)^j,

ln(yj/yo) = j*ln(PL/PH)

따라서 퍼징 횟수 j는

j = ln(10^-6/0.21)/ln(20mmHg/760mmHg) = 3.37

▶ 산소농도를 1 ppm까지 줄이려면 4번의 퍼징이 필요하다.

 

1.2 사용 질소량

기 포스팅한 자료의 식 7을 이용하여 전체 사용한 질소량을 계산하면

최종 압력 PL = (20mmHg/760mmHg)* 101325 Pa=2,666.45 Pa

ΔnN2 = j*(PH-PL)(V/RgT)

      = 4*(101325-2666.45)Pa*[1㎥/(8.314㎥⋅Pa⋅K−1⋅mol−1 * (25+273)K)]

      = 159.3 mol *(28 g/mol)

      = 4,460 g of nitrogen

 

 

Case 2 : 압력 퍼징 

- 0.5 MPa, 25 ℃의 순수한 질소를 용기에 주입한다.

 

 Solution 2 :

 

2.1 퍼징 횟수

초기 압력(저압) : PL = 101,325 Pa

질소 공급원 압력(고압) : PH = 500,000 Pa

 

기 포스팅한 자료의 식 6을 이용하여 퍼징 횟수를 계산하면

yj = yo*(PL/PH)^j,

ln(yj/yo) = j*ln(PL/PH)

따라서 퍼징 횟수 j는

j = ln(10^-6/0.21)/ln(101,325 Pa/500,000 Pa) = ln(4.76*10^-6)/ln(0.20265)= -12.3/-1.6 = 7.7

▶ 산소농도를 1 ppm까지 줄이려면 8번의 퍼징이 필요하다.

 

2.2 사용 질소량

기 포스팅한 자료의 식 7을 이용하여 전체 사용한 질소량을 계산하면

최종 압력 PH = 500,000 Pa

ΔnN2 = j*(PH-PL)(V/RgT)

      = 9*(500,000-101,325)Pa*[1㎥/(8.314㎥⋅Pa⋅K−1⋅mol−1 * (25+273)K)]

      = 1,448 mol *(28 g/mol)

      = 40,550 g of nitrogen