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[求助] 当储罐液位下降后,里面温度压力的变化怎么计算?

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未命名.jpg
如图,一个200m³的储罐,里面有180m³的MTS(一甲基三氯硅烷),温度是60℃,上面是N2和饱和MTS蒸汽,20m³,当用泵把里面液位打到只剩20m³MTS时候(过程储罐绝热,且不补充N2),那么储罐的温度跟压力是不是要下降呢?那怎么计算后面情况下的温度以及上面蒸汽压力呢?

 

发表于 2012-7-9 21:36:16

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xilihuagong楼主 VIP会员 永久VIP | 显示全部楼层       最后访问IP河南省
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没有高手来告诉我怎么算吗?期待犀利的海友出现!

 

发表于 2012-7-10 08:08:53

 

 

 

Peterpaul彼得保罗
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青蛙小王子VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP湖北省
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这道题你可以这样来理解,当液面下降后,如果液体不汽化,则气相分压后降低,由于液体和气体在同一温度下,是有一个气液相平衡,这个平衡补打破后,就需要汽化部分液体来补充压力,汽化热来自于液体本身,由液体温度会下降,至液体温度和气相压力存在一个饱合平衡时,汽化停止,所以你说的条件是,液面下降后,里面液体温度会下降,至于下降多少,我没有其气化热数据,没有办法计算,谢谢!

 

发表于 2012-7-10 17:06:51

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simplerxingVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP山西省
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青蛙小王子 发表于 2012-7-10 17:06
这道题你可以这样来理解,当液面下降后,如果液体不汽化,则气相分压后降低,由于液体和气体在同一温度下, ...

感觉定性分析一下能知道温度会降低,至于温度降低多少,干吗要去算呢,直接去量一下最好了。

 

发表于 2012-7-10 17:30:38

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xilihuagong楼主 VIP会员 永久VIP | 显示全部楼层       最后访问IP河南省
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青蛙小王子 发表于 2012-7-10 17:06
这道题你可以这样来理解,当液面下降后,如果液体不汽化,则气相分压后降低,由于液体和气体在同一温度下, ...

汽化热明天上班时候可以帮你查到,明天给你,帮我看看吧,不过大概的计算过程是什么呢?

 

发表于 2012-7-10 19:19:41

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xilihuagong楼主 VIP会员 永久VIP | 显示全部楼层       最后访问IP河南省
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simplerxing 发表于 2012-7-10 17:30
感觉定性分析一下能知道温度会降低,至于温度降低多少,干吗要去算呢,直接去量一下最好了。

帅锅,现在是设计阶段,哪来的储罐给我实验呀!呵呵

 

发表于 2012-7-10 19:21:01

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青蛙小王子VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP湖北省
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xilihuagong 发表于 2012-7-10 19:19
汽化热明天上班时候可以帮你查到,明天给你,帮我看看吧,不过大概的计算过程是什么呢?

你还要知道那个不同温度下,气相平衡压力是多少啊,不然没有办法算,这个要试差算的!

 

发表于 2012-7-10 22:04:12

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arpcdVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP浙江省
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xilihuagong 发表于 2012-7-10 19:21
帅锅,现在是设计阶段,哪来的储罐给我实验呀!呵呵

楼主看来对易燃易爆介质罐区的设计不太熟悉啊,一甲基三氯硅烷这种极易挥发且有毒的介质的罐区的设计,其实有固定的模式可循。

1.常规设计,此类介质的贮罐一般是常压贮罐,如无保温及防晒措施,一般会采取贮罐内充氮,充氮系统需随罐内压力变化而随时补充氮气,罐顶设呼吸阀,呼吸后气体经冷却后回收处理的方式设计(因介质有毒,需密闭处理),或者罐顶设喷淋冷却管,夏季进行喷淋冷却;
2.贮罐外敷保温层,这种方式老外常用,罐内充氮保护,充氮系统和1一样,或内设冷却盘管,罐顶呼吸阀及冷却处理系统和1一样。

把握了这两种处理方式,回过头来看楼主的问题,毛病就出来了,充氮系统不补加氮气,尤其是在液位变化自90%变化到10%这种典型的“大呼吸”居然不补充氮气,这有些令人匪夷所思,再者贮罐本身是否保温或有无设置气相或液相冷却器也未给出,有无呼吸阀也未提及,直接计算压力和温度的变化是有问题的,因为计算并不难,但你的这种处理方式很危险。

罐区参数设置需把握几个“端点”,或者工况的极端点,楼主设定温度为60C,这个温度本身就是个极限点,因为无论是方式1和2,你这罐子最高温度就是60C了,60C时一甲基三氯硅烷的饱和蒸汽压高达84kPa,汽化潜热~47 kcal/kg,蒸汽压高,汽化热低,介质还有毒,这么个玩意儿不不补充氮气和冷却,无论如何是说不过去的。

楼主的思路最危险之处在于——————如果不补充氮气,如果泵送流量较大,罐内液体来不及汽化以补充迅速增加的气相空间,贮罐极有可能出现真空,最极端的工况是————在极短的时间内,罐内液位迅速从90%(气相V=20m3)下降到10%(气相V=180m3),由于时间太短,液体来不及汽化,如果90%液位时的压力是10kPaG(110kPaA),那么液位迅速下降后,此时罐内压力仅有110/9=12.2 kPaA,这个压力对于常压贮罐来说是有一个结果——罐子被抽瘪!

真要说计算,这个东西就是个简单的PV=nRT的计算而已,前面有朋友所言汽化潜热的问题有道理,气液平衡的问题也有道理,但影响不大。下表数据基于如下假设————温度维持60C不变,液位变化缓慢,液体有足够的时间汽化到气相空间。

P总压=110 kPaA(假设值)
分压kPa
Vt%
mol
kg
气相空间V1=20m3
N2
26
23.6%
187.73
5.259
气相压力P=110kPaA
MTS
84
76.4%
606.51
90.66
气相空间V2=180m3
N2
2.9
3.3%
187.73
5.259
气相压力P=86.9kPaA
MTS
84
96.7%
5458.6
815.94


注意看气相压力,如果不补充氮气,即便液位下降再缓慢,最终的气相压力也只有86.9kPa,还是真空,对常压贮罐,-14kPa的负压是不允许的,至少罐顶有塌陷的危险。本人亲眼见过成品油罐倒罐过快所致的罐顶塌陷,当时的负压约-20kPa,十万方油罐罐顶塌陷的声音可以用惊天动地形容。。。。。

再来说说温度的变化,如果楼主所言是“绝热过程”,那么可以认为罐子外面有保温层,如此则气相、液相温度均为60C,气相空间自V1变化到V2,MTS汽化量仅增加了~725kg,而对于180m3的MTS液相而言,略微估算一下温度下降就知道了:

汽化潜热Qr=725x47=34075 kcal,大方点,取Qr=40000 kcal,MTS比重取1.1,比热Cp取0.3 kcal/kg.C,所以液相MTS的温降ΔT=40000/(180x1100x0.3)=0.67C,看到了吗?整个液相MTS的温降几乎可以忽略不计,只要液相MTS的温度不降,那气相的温度也不会下降到哪里去的。。

至于气液能否达到平衡,在贮罐这种大截面工况下,只要有足够的时间(液位下降不要太过迅速),都是能达到平衡的。至少是接近平衡的。。

简单地计算显示————这个贮罐需要氮气随时补充,且呼出的气体必须经过冷却(最好是冷冻水冷却),以回收物料,罐内液位较高时,应尽量降低物料温度,喷淋冷却或者外设保温层都是有效地方法。

 

发表于 2012-7-10 23:49:51

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nbeVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP江苏省
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感谢“arpcd (659174号)”, 分析透彻,语言风趣,易懂!人才也!

 

发表于 2015-10-15 22:00:14

点评

感谢人家还不送花,哈哈。欢迎常来交流~~  发表于 2015-10-15 23:13

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huwensheng2007VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP北京市
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8楼楼主果真厉害啊,本人佩服的五体投地。

 

发表于 2016-3-4 14:56:25

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人称海川刀哥  详情 回复 发表于 2016-3-13 19:30

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huwensheng2007 发表于 2016-3-4 14:56
8楼楼主果真厉害啊,本人佩服的五体投地。

人称海川刀哥

 

发表于 2016-3-13 19:30:40

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无核蜜橘VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP安徽省
头衔:  【化工工程师】
本帖最后由 无核蜜橘 于 2016-3-14 16:38 编辑
arpcd 发表于 2012-7-10 23:49
楼主看来对易燃易爆介质罐区的设计不太熟悉啊,一甲基三氯硅烷这种极易挥发且有毒的介质的罐区的设计,其 ...


我觉得您分析的非常有道理,但我最近也在研究液化气储罐装车(船)的问题,也碰到类似的困惑,想和您交流一下。
首先,我大部分同意您的观点,但对于液相和气相的温降,我持有不同看法。
我认为整个气化过程是这样的,由于罐区内液位下降,液相的表层率先气化,底部的液体由于静压差的作用,为过冷液体,所以暂时不会气化。表层的液相气化后,导致气相和表层的液相温度降低,从而造成表层液体的密度增加,通过自然对流向下传递冷量。假设汽化过程是匀速的,也就是单位时间的汽化吸热量不变,但液相在持续的流出,液相的温降显然不能直接拿汽化吸热量直接除液体重量,只能说刚开始时,液体温降很小,但随着液体的抽出,罐内的温度会越来越低,至于最终降到多少度,这是个动态过程,我也不知道怎么算,还望有人能讲解。
如果全部按楼主的条件假设,我猜是罐内的温度和压力会逐步降低,待到液体抽出停止时,罐内的气相及表层液相与底部液相会存在一个温度梯度差,再然后由于自然对流的作用,罐内的温度和压力会稍有回升,最终稳定下来。当然这种情况下还不补充氮气,那罐内压力更低,更容易抽憋储罐。

 

发表于 2016-3-14 16:17:48

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蠹虫liVIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP湖南省
头衔:  TA暂未设置 
这里大神出没啊~

 

发表于 2019-6-14 17:06:40

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