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求助工艺设计上的一个问题
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请问下，用一瓶瓶装氮气向一个50L的反应釜内充满氮气，氮气瓶出口压力设定在1mpa，管道直径为1cm，将反应釜内的空气排干净需要多长时间？空气排干净后将反应釜压力升至0.3mpa需要多长时间？烦请另外告知计算方法。 另外请问下氮气随温度升高体积的变化？ |
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1）：qm,in-qm,out=dm/dt ①求qm,in：首先假设反应釜维持常压，氮气瓶出口压力设定在1mpa，依据伯努利方程，△P/ρ=hf，hf=λ*(l/d)*(u^2/2),当然这其中关键的是λ，我觉得应该处于阻力平方区（先假设λ算出流速，然后通过流速计算雷诺数Re，然后验证λ）。可以得到流速u，然后qm,in=u*A*ρ(N2). ②qm,out:从你的题目可以知道u(out)=u(in)，ρ(out)=ρ(N2)*x(N2)+ρ(O2)*x(O2), qm,out=u(out)*A*ρ(out)。其中x(O2)=1-x(N2)。 ③dm/dt：m=V*ρ(out)。dm/dt=V*[ρ(N2-ρ(O2)]*{d[x(N2)]/dt}； 三式联立dt=V*[ρ(N2-ρ(O2)]/u*A*ρ(N2)-u(out)*A*{ρ(O2)+[ρ(N2-ρ(O2)]*x(N2)}*d[x(N2)].带入你需要的最后的氮气浓度、积分就是时间。 2）计算时间需要应用质量守恒定律： ①qm,in=dm/dt，（参看化工原理质量守恒与连续性方程。其中qm,in=ρ*A*u（A为截面积）。那么dm/dt怎么计算了？ ②假设气体满足理想状态方程PV=nRT(当然其他的方程也适合），m=M(摩尔质量）*PV/RT。dm/dt=d（PVM/RT)/dt（其中P是变量，其他的为固定值） ③，①中的计算可得出u=sqrt[2*△P*d/(ρ*λ*l)]，其中△P=1MPa-P（p为罐子2里面的瞬时压力）将u=sqrt[2*△P*d/(ρ*λ*l)]、dm/dt=d（PVM/RT)/dt带入qm,in=dm/dt可以得到dt=VM/{ρ*Ap*RT*sqrt[2*d/(ρ*λ*l)]}*[dP/sqrt(1MPa-P)]，积分就是您的时间。 希望对你有帮助。 |
21楼2012-03-22 16:11:05
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1）：qm,in-qm,out=dm/dt ①求qm,in：首先假设反应釜维持常压，氮气瓶出口压力设定在1mpa，依据伯努利方程，△P/ρ=hf，hf=λ*(l/d)*(u^2/2),当然这其中关键的是λ，我觉得应该处于阻力平方区（先假设λ算出流速，然后通过流速计算雷诺数Re，然后验证λ）。可以得到流速u，然后qm,in=u*A*ρ(N2). ②qm,out:从你的题目可以知道u(out)=u(in)，ρ(out)=ρ(N2)*x(N2)+ρ(O2)*x(O2), qm,out=u(out)*A*ρ(out)。其中x(O2)=1-x(N2)。 ③dm/dt：m=V*ρ(out)。dm/dt=V*[ρ(N2-ρ(O2)]*{d[x(N2)]/dt}； 三式联立dt=V*[ρ(N2-ρ(O2)]/【u*A*ρ(N2)-u(out)*A*{ρ(O2)+[ρ(N2-ρ(O2)]*x(N2)}】*d[x(N2)].带入你需要的最后的氮气浓度、积分就是时间。 2）计算时间需要应用质量守恒定律： ①：qm,in=dm/dt，（参看化工原理质量守恒与连续性方程。其中qm,in=ρ*A*u（A为截面积）。那么dm/dt怎么计算了？ ②：假设气体满足理想状态方程PV=nRT(当然其他的方程也适合），m=M(摩尔质量）*PV/RT。dm/dt=d（PVM/RT)/dt（其中P是变量，其他的为固定值） ③：①中的计算可得出u=sqrt[2*△P*d/(ρ*λ*l)]，其中△P=1MPa-P（p为罐子2里面的瞬时压力）将u=sqrt[2*△P*d/(ρ*λ*l)]、dm/dt=d（PVM/RT)/dt带入qm,in=dm/dt可以得到dt=VM/{ρ*Ap*RT*sqrt[2*d/(ρ*λ*l)]}*[dP/sqrt(1MPa-P)]，积分就是您的时间。 希望对你有帮助。 |
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