钢瓶气体体积计算

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，但不含压缩乙炔气。平方公分十公斤以上之压缩气体，但不含压缩乙炔气。 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

2、缩乙炔气。上之压缩乙炔气。 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。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。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

3、钢瓶特性 l指常温下不可压缩液化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

4、当提高温度及压力超过临界点时, 气体与液体密气体与液体密 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 -273.15 0.0024 0.01 99.99 374 Temp (oC) 1 atm 4.6 torr 218 atm SolidLiquid Gas 超臨界 流體 H2O Solid Liquid Gas 73 5 1 31-57-78 Temp (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

5、= 1000 mm -英制英制 1 inch = 2.54 cm 1 ft = 12 inch = 30.48 cm l体积体积 -1 m3 = 1000 dm3 (liter) -1 dm3 (liter) = 1000 cm3 -1 m3 = 35.31 ft3 l流量流量 -1 m3/hr = (1000/60) lpm l时间时间 -1 hr = 60 min = 3600 sec l重量重量 -1 ton = 1000 kg -1 kg = 1000 g 1 hr = 60 min = 3600 sec 压力换算表压力换算表 Kgf/cm2MPaBarKPamBarpsimmH2O

6、Torr (mmHg)atm Kgf/cm210.0980670.98066598.0665980.66514.223110000735.5590.96784 MPa10.1971110100010000145.036101971.67500.619.8692 Bar1.01970.11100100014.503610197.16750.0620.98692 KPa0.0101970.0010.011100.145101.97167.500620.009869 mBar0.001020.00010.0010.110.014510.197160.7500620.000987 psi0.07031

7、0.0068950.068956.89568.951703.0851.71570.06805 mmH2O0.00019.8E-060.0000980.0098060.0980.00142210.07355599.67E-05 Torr (mmHg)0.001360.0001330.0013330.133321.333210.01933613.595110.001316 atm1.0332280.1013251.013251101.3251013.25114.6957410332.287601 mbarbartorrPa(Nm-2)atmlbf in-2kgf cm-2in HgmmHgin H

8、20mm H2O 1 mbar =11x10-30.751029.869 x 10-41.45 x 10-21.02 x 10-32.953 x 10-20.750.40210.197 1 bar =10317.5 x 1021 x 1050.98714.51.0229.537.5 x 1024.015 x 1021.02 x 104 1 torr =1.3331.333 x 10-311.333 x 1021.316 x 10-11.934 x 10-21.36 x 10-33.937 x 10-210.53513.59 1 Pa (Nm-2)=0.011 x 10-57.5 x 10-31

9、9.87 x 10-61.45 x 10-41.02 x 10-52.953 x 10-47.5 x 10-34.015 x 10-30.102 1 atm =1.013 x 1031.0137.6 x 1021.013 x 105114.71.03329.927.6 x 1024.068 x 1021.033x104 1 lbin-2=68.956.895 x 10-251.716.895 x 1036.805 x 10-217.03 x 10-22.03651.7127.687.03 x 102 1 kgf cm-2=9.807 x 1020.9817.356 x 1029.807 x 1

10、040.96814.22128.967.356 x 1023.937 x 102104 1 in Hg =33.863.386 x 10-225.43.386 x 1033.342 x 10-20.4913.453 x 10-2125.413.63.45 x 102 1 mm Hg =1.3331.333 x 10-311.333 x 1021.316 x 10-31.934 x 10-21.36 x 10-33.937 x 10-210.53513.59 1 in H2O =2.4912.491 x 10-31.8682.491 x 1022.458 x 10-33.613 x 10-22.

11、54 x 10-37.356 x 10-21.868125.4 1 mm H2O=9.807 x 10-29.807 x 10-57.354 x 10-29.8079.677 x 10-51.42 x 10-310-42.896 x 10-37.354 x 10-23.394 x 10-21 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/cm2 (a)= 14.7 psi (a) - 1

12、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 -196 oC = 77.15K O

13、2 在1atm压力下沸点 -183 oC = 90.15K Ar 在1atm压力下沸点 -186 oC = 87.15K oF = 9/5 oC + 32 K = 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的质量必须在同一温度及条件下比较 - 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大气压下大气压下 l常温状态

14、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/ M P : 压力; 以atm表示 V : 汽化后的体积 m3 n : 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、.15) d : 液体密度(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 T N2O 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 :

16、汽化后的体积 m3 n : 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) 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 NH3NH31717 AsH377.9577.95 Cl

17、F392.592.5 NONO3030 BCl3BCl3117.17117.17 CO2828 O23232 BF367.8267.82 CO2CO24444 PH33434 B2H627.6727.67 F23838 SF6146146 CF4CF48888 GeH476.676.6 SiF4SiF4104.1104.1 CHF3CHF37070 H22 2 SiHCl3135.45135.45 CH2F2CH2F25252 HBrHBr80.980.9 SiH(CH3)374.174.1 CH3FCH3F3434 HClHCl36.536.5 SiH4SiH432.132.1 C2F6C2

18、F6138138 He4 4 SiH2Cl2SiH2Cl2101101 C3F8188188 HF2020 Si2H662.262.2 C4F6144144 N22828 WF6WF6297.9297.9 C4F8C4F8200200 N2ON2O4444 C5F8C5F8212212 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

19、積比體積(m3/kg) Ar400.56000.6112 H2211.199212.2242 AsH377.950.28730.3136 HBr80.90.27690.3022 BCl3117.170.19120.2087 HCl36.50.61370.6698 BF367.820.33030.3605 He45.59966.1121 B2H627.670.80950.8836 HF201.11991.2224 CF4880.25450.2778 N2280.79990.8732 CHF3700.32000.3493 N2O440.50910.5556 CH2F2520.43070.4702

20、NF3710.31550.3443 CH3F340.65880.7191 NH3171.31751.4381 C2F61380.16230.1772 NO300.74660.8149 C3F81880.11910.1300 O2320.69990.7640 C4F61440.15550.1698 PH3340.65880.7191 C4F82000.11200.1222 SF61460.15340.1675 C5F82120.10570.1153 SiF4104.10.21520.2349 Cl270.90.31590.3448 SiHCl3135.450.16540.1805 ClF392.

21、50.24210.2643 SiH(CH3)374.10.30230.3299 CO280.79990.8732 SiH432.10.69780.7616 CO2440.50910.5556 SiH2Cl21010.22180.2421 F2380.58940.6434 Si2H662.20.36010.3931 GeH476.60.29240.3192 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

22、 = (w / M) R T = ( d v ) RT M 液氮的密度 = 808 kg/m3 因此 : 1xV=(808 kg/m3 x 1 m3) x 0.082(atm.m3/kmol.k)x(35+273.15 k)/28(kg/kmol) V = 729.2 m3 P : 压力; 以atm表示 V : 汽化后的体积 m3 n : 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

23、(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 T = ( d v ) RT M 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 m3 240 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

24、为何? 利用理想气体方程式计算 : PV = n RT = (w / M) R T = ( d v ) RT M 液氮的密度 = 808 kg/m3 因此 : 1xV=(808 kg/m3 x 1 m3) x 0.082(atm.m3/kmol.k)x(35+273.15 k)?28(kg/kmol) V = 729.2 m3 Total 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

25、 N2 consumption, Backup Time = 157507(m3) /8000 (m3/hr) = 19.7 hr Tank Supply Time Calculation Gas Design Flow Rate (Nm3/hr) VesselSize UnitQty Avaiable Volume (m3) Duration Time (hr) Duration Time (D) N28000 LN2 Tank240 m3113996817.50.7 8000 LN2 Tank138 m32160963.220.10.8 O280 LO2 tank40 m312880036

26、0.015.0 Ar40 LAr Tank20 m3114208355.214.8 He20 Bundle140 m3/Bundle450425.21.1 20 Trailer3000 m3/Trailer12700135.05.6 H220 Bundle196 m3/Bundle4705.635.31.5 20 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 atm l