钢瓶气体体积计算ppt课件

1、液化气体汽化体积计算液化气体汽化体积计算高压气体法规的定义高压气体法规的定义l在常用温度下，表压力在常用温度下，表压力(以下简称压力。以下简称压力。)达每平方公分十公斤以上之压缩气体达每平方公分十公斤以上之压缩气体或温度在摄氏三十五度时之压力可达每平方公分十公斤以上之压缩气体，但不或温度在摄氏三十五度时之压力可达每平方公分十公斤以上之压缩气体，但不含压缩乙炔气。含压缩乙炔气。l在常用温度下，压力达每平方公分二公斤以上之压缩乙炔气或温度在摄氏十五在常用温度下，压力达每平方公分二公斤以上之压缩乙炔气或温度在摄氏十五度时之压力可达每平方公分二公斤以上之压缩乙炔气。度时之压力可达每平方公分二公斤以上之

2、压缩乙炔气。l在常用温度下，压力达每平方公分二公斤以上之液化气体或压力达每平方公分在常用温度下，压力达每平方公分二公斤以上之液化气体或压力达每平方公分二公斤时之温度在摄氏三十五度以下之液化气体。二公斤时之温度在摄氏三十五度以下之液化气体。l温度在摄氏三十五度时，压力超过每平方公分零公斤以上之液化气体中之液化温度在摄氏三十五度时，压力超过每平方公分零公斤以上之液化气体中之液化氰化氢、液化溴甲烷、液化环氧乙烷或其它中央主管机关指定之液化气体。氰化氢、液化溴甲烷、液化环氧乙烷或其它中央主管机关指定之液化气体。液化气体与高压气体液化气体与高压气体l高压气体钢瓶特性高压气体钢瓶特性l指常温下不可压缩液化

3、的气体指常温下不可压缩液化的气体l钢瓶内压力随使用时间减少钢瓶内压力随使用时间减少l钢瓶压力随温度升高而升高钢瓶压力随温度升高而升高l液化气体钢瓶特性液化气体钢瓶特性l指常温下可压缩液化的气体或常温下为液体者指常温下可压缩液化的气体或常温下为液体者l钢瓶使用的压力在所有液体气化前保持不变钢瓶使用的压力在所有液体气化前保持不变l钢瓶内液体饱和蒸气压力随温度升高而升高钢瓶内液体饱和蒸气压力随温度升高而升高l超临界流体超临界流体l温度上升液体的密度降低温度上升液体的密度降低l压力上升气体的密度增加压力上升气体的密度增加l当提高温度及压力超过临界点时当提高温度及压力超过临界点时, 气体与液体密气体与液

4、体密度相同度相同, 以致于无法区分为液体或气体的流体此以致于无法区分为液体或气体的流体此时称为超临界流体时称为超临界流体-273.150.00240.01 99.99 374Temp (oC)1 atm4.6 torr218 atmSolidLiquidGas超臨界流體H2OSolidLiquidGas73 5131-57-78Temp (oC)超臨界流體Pressure (atm)CO2单位换算单位换算(1) 基本量基本量l长度长度- 公制公制 1 m = 10 dm = 100 cm = 1000 mm- 英制英制 1 inch = 2.54 cm 1 ft = 12 inch = 30.

5、48 cml体积体积- 1 m3 = 1000 dm3 (liter)- 1 dm3 (liter) = 1000 cm3- 1 m3 = 35.31 ft3l流量流量- 1 m3/hr = (1000/60) lpml时间时间- 1 hr = 60 min = 3600 secl重量重量- 1 ton = 1000 kg- 1 kg = 1000 g1 hr = 60 min = 3600 sec压力换算表压力换算表Kgf/cm2MPaBarKPamBarpsimmH2OTorr (mmHg)atmKgf/cm210.0980670.98066598.0665980.66514.223110

6、000735.5590.96784MPa10.1971110100010000145.036101971.67500.619.8692Bar1.01970.11100100014.503610197.16750.0620.98692KPa0.0101970.0010.011100.145101.97167.500620.009869mBar0.001020.00010.0010.110.014510.19716 0.7500620.000987psi0.070310.0068950.068956.89568.951703.0851.71570.06805mmH2O0.00019.8E-060.

7、0000980.0098060.0980.00142210.07355599.67E-05Torr (mmHg)0.0001330.0013330.0193360.001316mbarbartorrPa(Nm-2)atmlbf in-2kgf cm-2in HgmmHgin H20mm H2O1 mbar =11x10-30.751029.869 x 10-41.45 x 10-21.02 x 10-32.953 x 10-20.750.40210.1971 bar =10317.5 x 1021 x 1050.98714.51.0229.537.5 x 1024.015 x 1021.02

8、x 1041 torr = 1.3331.333 x 10-311.333 x 1021.316 x 10-11.934 x 10-21.36 x 10-33.937 x 10-210.53513.591 Pa (Nm-2)=0.011 x 10-57.5 x 10-319.87 x 10-61.45 x 10-41.02 x 10-52.953 x 10-47.5 x 10-34.015 x 10-30.1021 atm =1.013 x 1031.0137.6 x 1021.013 x 105114.71.03329.927.6 x 1024.068 x 1021.033x1041 lbi

9、n-2=68.956.895 x 10-251.716.895 x 1036.805 x 10-217.03 x 10-22.03651.7127.687.03 x 1021 kgf cm-2=9.807 x 1020.9817.356 x 1029.807 x 1040.96814.22128.967.356 x 1023.937 x 102104单位换算单位换算(2) 压力压力l绝对绝对(Absolute)压力与表压力与表 (Gauge)压力压力- 1 atm(g) = 2 atm(a)l常用压力换算常用压力换算- 1 atm(a) = 1.013 Bar (a) = 1.033 kg/c

10、m2 (a)= 14.7 psi (a)- 1 kg/cm2 (a)= 14.2 psi (a)- 1 atm (a) = 760 Torr (a)1 atm(a) = 14.7 psi (a)单位换算单位换算(3) 温度温度l摄氏温标摄氏温标 (oC)l华氏温标华氏温标 (oF )l绝对温标绝对温标 - 凯氏温度凯氏温度 (Kelvin)- 绝对绝对0度度 -273.15 oC- 任何物质的温度无法低于绝对任何物质的温度无法低于绝对0度度 H2在1atm压力下沸点 -252.7 oC = 20.3K He在1atm压力下沸点 -268.9 oC = 4.2 K N2 在1atm压力下沸点 -

11、196 oC = 77.15K O2 在1atm压力下沸点 -183 oC = 90.15K Ar 在1atm压力下沸点 -186 oC = 87.15KoF = 9/5 oC + 32K = oC + 273.15标准状态下气体体积换算标准状态下气体体积换算(1)l气体体积随温度及压力改变气体体积随温度及压力改变, 因此要比较不同温度下气体的质量必须在同一因此要比较不同温度下气体的质量必须在同一温度及条件下比较温度及条件下比较- 等压条件下等压条件下, 温度升高体积膨胀温度升高体积膨胀- 等温条件下等温条件下, 压力升高体积变小压力升高体积变小l标准状态标准状态- 0 oC, 1大气压下大气

12、压下l常温状态常温状态- 20 oC, 1 大气压下大气压下液化气体膨胀后体积计算液化气体膨胀后体积计算(1)一般而言, 大部分的液化气体蒸发或汽化后的行为均符合理想气体, 因此液化气体汽化后的体积可用理想气体方程式计算其体积 :PV = n RT= (w / M) R T= ( d v ) RT/MP : 压力; 以atm表示V : 汽化后的体积 m3n : 气体莫耳数w : 液体重量; 以kg表示M: 莫耳分子量 (N2=28, O2=32; Ar=40 kg/kmol)R : 理想气体常数; 0.082 (atm.m3/kmol.k)T : 绝对温度 (oC + 273.15)d : 液

13、体密度(kg / m3)v : 液体体积 (m3)液化气体膨胀后体积计算液化气体膨胀后体积计算(2)试计算24 kg的N2O特殊气体钢瓶, 容器内的N2O经汽化后释放到大气中(35 oC, 1 atm)的体积为何? 利用理想气体方程式计算 :PV = n RT = (w / M) R TN2O 分子量分子量M= 44 (kg/k mol)因此 :1xV=(24 (kg/cyl) x 0.082(atm.m3/kmol.k)x(35+273.15) (k)?44(kg/k mol)V = 13.78 (m3/cyl)P : 压力; 以atm表示V : 汽化后的体积 m3n : 气体莫耳数w :

14、液体重量; 以kg表示M: 莫耳分子量 (N2=28, O2=32; Ar=40)R : 理想气体常数; 0.082 atm. m3 / (kmol.k)T : 绝对温度 (oC + 273.15)d : 液体密度(kg / m3)v : 液体体积 (m3)半导体厂常用特殊气体分子量半导体厂常用特殊气体分子量Gas Name分子量分子量(g/mol)Gas Name分子量分子量(g/mol)Gas Name分子量分子量(g/mol)Ar4040 Cl2Cl270.970.9 NH3NH31717AsH377.9577.95 ClF392.592.5 NONO3030BCl3BCl3117.17

15、117.17 CO2828 O23232BF367.8267.82 CO2CO24444 PH33434B2H627.6727.67 F23838 SF6146146CF4CF48888 GeH476.676.6 SiF4SiF4104.1104.1CHF3CHF37070 H22 2 SiHCl3135.45135.45CH2F2CH2F25252 HBrHBr80.980.9 SiH(CH3)374.174.1CH3FCH3F3434 HClHCl36.536.5 SiH4SiH432.132.1C2F6C2F6138138 He4 4 SiH2Cl2SiH2Cl2101101C3F818

16、8188 HF2020 Si2H662.262.2C4F6144144 N22828 WF6WF6297.9297.9C4F8C4F8200200 N2ON2O4444C5F8C5F8212212 NF3NF37171气体分子量及比体积气体分子量及比体积Gas Name分子量分子量(g/mol)0 度度C下下比體積比體積(m3/kg)25 度度C下下比體積比體積(m3/kg) Gas Name分子量分子量(g/mol)0 度度C下下比體積比體積(m3/kg)25 度度C下下比體積比體積(m3/kg)Ar400.56000.6112 H2211.199212.2242AsH377.950.287

17、30.3136 HBr80.90.27690.3022BCl3117.170.19120.2087 HCl36.50.61370.6698BF367.820.33030.3605 He45.59966.1121B2H627.670.80950.8836 HF201.11991.2224CF4880.25450.2778 N2280.79990.8732CHF3700.32000.3493 N2O440.50910.5556CH2F2520.43070.4702 NF3710.31550.3443CH3F340.65880.7191 NH3171.31751.4381C2F61380.16230

18、.1772 NO300.74660.8149C3F81880.11910.1300 O2320.69990.7640C4F61440.15550.1698 PH3340.65880.7191C4F82000.11200.1222 SF61460.15340.1675C5F82120.10570.1153 SiF4104.10.21520.2349Cl270.90.31590.3448 SiHCl3135.450.16540.1805ClF392.50.24210.2643 SiH(CH3)374.10.30230.3299CO280.79990.8732 SiH432.10.69780.761

19、6CO2440.50910.5556 SiH2Cl21010.22180.2421F2380.58940.6434 Si2H662.20.36010.3931GeH476.60.29240.3192 WF6297.90.07520.0821液化气体膨胀后体积计算液化气体膨胀后体积计算(3)试计算液氮桶槽内 1 m3 的液态氮经蒸发器后释放到大气中(35 oC, 1 atm)的体积为何? 利用理想气体方程式计算 :PV = n RT = (w / M) R T = ( d v ) RTM液氮的密度 = 808 kg/m3 因此 :1xV=(808 kg/m3 x 1 m3) x 0.082(at

20、m.m3/kmol.k)x(35+273.15 k)/28(kg/kmol)V = 729.2 m3P : 压力; 以atm表示V : 汽化后的体积 m3n : 气体莫耳数w : 液体重量; 以kg表示M: 莫耳分子量 (N2=28, O2=32; Ar=40 kg/kmol)R : 理想气体常数; 0.082 (atm. m3 /(kmol.k)T : 绝对温度 (oC + 273.15)d : 液体密度(kg / m3)v : 液体体积 (m3)同理试计算液氧桶槽内 1 m3 的液态氧经蒸发器后释放到大气中(35 oC, 1 atm)的体积为何?PV = n RT = (w / M) R

21、T = ( d v ) RTM液氧的密度 = 1140 kg/m3 因此 :1xV=(1140 kg/m3 x 1 m3) x 0.082(atm.m3/kmol.k)x(35+273.15 k)/32(kg/kmol)V = 900.2 m3240 m3 LN2 Tank Backup Capacity试计算 1 m3 的液态氮经蒸发器后释放到大气中(35 oC, 1 atm)的体积为何? 利用理想气体方程式计算 :PV = n RT = (w / M) R T = ( d v ) RTM液氮的密度 = 808 kg/m3因此 :1xV=(808 kg/m3 x 1 m3) x 0.082(

22、atm.m3/kmol.k)x(35+273.15 k)?28(kg/kmol)V = 729.2 m3Total Available Volume (gas phase N2) for a 240 m3 Tank= 240 m3(liq) x 729.2 m3/m3(liq) x 0.9= 157507 m3 (gas Phase)For a 8000 m3/Hr N2 consumption, Backup Time= 157507(m3) /8000 (m3/hr)= 19.7 hrTank Supply Time CalculationGasDesign FlowRate (Nm3/h

23、r) VesselSize UnitQtyAvaiableVolume (m3)DurationTime (hr)DurationTime (D)N28000 LN2 Tank240 m3113996817.50.78000 LN2 Tank138 m32160963.220.10.8O280 LO2 tank40 m3128800360.015.0Ar40 LAr Tank20 m3114208355.214.8He20 Bundle140 m3/Bundle450425.21.120 Trailer3000 m3/Trailer12700135.05.6H220 Bundle196 m3/Bundle4705.635.31.520 Trailer3000 m3/Trailer12700135.05.6高压钢瓶内容气体体积换算高压钢瓶内容气体体积换算(4)l日本规格日本规格47L(水容积水容积)钢瓶灌充钢瓶灌充2000 psig压力压力, 释放到释放到35oC, 1 atm外界环境体外界环境体积为何积为何?l公式公式 :l步骤步骤 : 1 换算所有压力成换算所有压力成 atml步骤步骤 : 2 换算所有压力为凯氏温度换算所有