k = מעריך איזואנטרופי
החשיבות של k עבור שסתום בטיחות
נערך על ידי אלסנדרו Ruzza
גודלם של שסתומי בטיחות המיועדים לפרוק גזים או אדים, לפי אוסף lspesl "E", דורש ידע על המעריך האיזואנטרופי k בתנאי פריקה.
יישום רשלני של אוסף lspesl "E" פרק "E.1", הנוגע לגודל של שסתומי בטיחות, עלול להוביל להערכת יתר של יכולת הפריקה של שסתומים ודיסקים קרעים.
מאמר זה נותן כמה קווים מנחים להערכת הערך של k עבור גזים אמיתיים ו
מדגיש את הטעות על ידי התייחסות ל-k שווה ליחס של חום ספציפי Cp/Cv
נוזל | P1 (bar) | T1 (°C) | q' (ק"ג/שעה) | q (ק"ג/שעה) | (q'/q) x 100 |
---|---|---|---|---|---|
מתאן | 12 | 50 | 1472 | 1466 | 100.4 |
מתאן | 23 | 200 | 2314 | 2267 | 102.1 |
פרופאן | 12 | 100 | 2261 | 2181 | 103.7 |
הקסאן | 12 | 178 | 3099 | 2740 | 113.1 |
הקסאן | 23 | 220 | 6519 | 5111 | 127.5 |
הפטן | 12 | 215 | 3232 | 2821 | 114.4 |
q'= קצב זרימה מחושב עם k = Cp/Cv (20°C, 1 atm)
q = קצב זרימה מחושב עם k = (Cp/Cv) • (Z/Zp)
על ידי הצגת מקדם הניסוי k של יציאת שסתום בטיחות, המתחשבת באופן גלובלי בביצועי היציאה האמיתיים של השסתום, מקדם בטיחות של 0.9 ומקדם הדחיסה Z1 עבור הנוזל האמיתי, אנו מגיעים לניסוח האוסף "E":
המעריך האיזואנטרופי k יכול להתבטא כך:
עבור גז אידיאלי, לאיזה P x V / R x T =1 , הוכח ש k שווה ליחס Cp/Cv בין החום הספציפי בלחץ ובנפח קבועים.
עבור גז אמיתי, k ניתן לבטא (ראה נספח ב') על ידי:
כאשר Z הוא גורם הדחיסה המוגדר על ידי Z=P x V / R x T ו-Zp הוא "גורם הדחיסה הנגזר". בעת החלת נוסחה [3], על פי אוסף "E", יש להעריך את הערכים של Cp/Cv, Z ו-Zp בתנאי פריקה P1 ו- T1.
גורם הדחיסה הנגזר Zp מוגדר בנוסחה [4] כמו:
ניתן לבטא את גורם הדחיסה Z כך:
ובאופן דומה, ניתן לבטא כך:
כאשר הערכים של Z^0, Z^1, Zp^0, Zp^1 מוצגים בטבלה בנספח A כפונקציה של Pr ו-Tr.
In [4] ו [5], Ω הוא הגורם האצנטרי של פיצר המוגדר על ידי:
כאשר Pr^SAT הוא לחץ האדים המופחת המתאים לערך טמפרטורה מופחת Tr=T/Tc=0,7. נספח א' מציג את ערכי ה-Ω של כמה נוזלים. ניתן להפיק Z e Zp ישירות ממשוואת מצב אנליטית.
דוגמה מספרית
אם נפנה לדוגמא מספרית, נניח שעלינו לחשב את יכולת הפריקה של שסתום בטיחות בתנאים הבאים:
נוזל | n-בוטאנו | |
מצב פיזי | אדים מחוממים | |
מסה מולקולרית | M | 58,119 |
הגדר לחץ | P | 19,78 bar |
לחץ יתר | 10% | |
טמפרטורת הנוזל | T | 400 K |
מקדם ספיקה | 0,9 | |
קוטר פתח | Do | 100 מ"מ |
לחץ הפריקה ניתן על ידי:
להיות עבור n-Butane: Tc=425,18 K ו-Pc=37,96 bar, יש לנו:
ובאמצעות הטבלאות בנספח א', יש לנו:
בידיעה של הנפח הספציפי של האדים בתנאי הפריקה (P1, T1) השווים ל-0,01634 m^3/kg (0,0009498 m^3/g-mole), יכולנו גם לחשב את Z מתוך:
בהינתן היחס בין החום הספציפי בלחץ ובנפח קבועים, בתנאי פריקה (P1, T1), שווה ל-1,36, מהנוסחה [3] יש לנו:
147060
יישום נוסחה [1], שנפתרה לחישוב קצב הזרימה, יש לנו ערך זרימת פריקה של 147.060 ק"ג / שעה.
174848
אם במקום זאת היינו משתמשים בערך של Cp/Cv ב-1 atm ו-20°C, היה לנו k = 1,19 ומנוסחה [1] קצב זרימת פריקה של 174.848 ק"ג / שעה.
זה היה מוביל אותנו להעריך יתר על המידה את ההפרשה קיבולת שסתום הבטיחות בסביבות 19%
אזהרה:
השגיאה שניתן לעשות על ידי הקצאת הערך Cp/Cv ל-k יכולה להיות הרבה יותר גבוהה מאשר בדוגמה זו.
מעל 20%
כדי לתת מושג, הטבלה הבאה מציגה את קצבי הזרימה של פתח של 18 מ"מ עבור פחמימנים רוויים אחרים, המחושבים בשני המקרים. החישובים בוצעו עם פיתוח מיוחדped תוֹכנָה.
נוזל | P1 (bar) | T1 (°C) | q' (ק"ג/שעה) | q (ק"ג/שעה) | (q'/q) x 100 |
---|---|---|---|---|---|
מתאן | 12 | 50 | 1472 | 1466 | 100.4 |
מתאן | 23 | 200 | 2314 | 2267 | 102.1 |
פרופאן | 12 | 100 | 2261 | 2181 | 103.7 |
הקסאן | 12 | 178 | 3099 | 2740 | 113.1 |
הקסאן | 23 | 220 | 6519 | 5111 | 127.5 |
הפטן | 12 | 215 | 3232 | 2821 | 114.4 |
התוכנה אינה משתמשת בנוסחאות [4] [5] אבל, החל מהשינוי משוואת המדינה של רדליך וקווונג, מחשב את הערך של המעריך האיזואנטרופי באמצעות מתאמים תרמודינמיים.