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蒸気放出に伴う容器の圧力上昇について
ある密閉された部屋の中に圧力容器があり そこから蒸気が放出されている。 密閉された部屋の圧力は5kpaであるが、圧力が20kpa になると部屋が壊れるようになっている。 圧力容器からどれだけの放出があれば、部屋の圧力は２０kpaになるか？ 密閉された部屋の容量は１０００ｍ３で 圧力容器のなかは 圧力１０Ｍpaで蒸気は無制限に放出されるものとする。 すいませんが上記のような問いに対する考え方と回答を教えてください。 これは会社の先輩からの質問でいろいろ考えましたが、私には答えを導くことができなかったためよろしくお願いします。
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密閉された部屋の容量は１０００ｍ３ 完全に密閉された部屋の圧力は5kpaで温度３８．４度 湿度４０％の空気です。 この部屋は理想の部屋とし外からの影響は受けません 外にも影響を及ぼさないとします その部屋の中に圧力容器を入れて圧力容器から蒸気は無制限に放出できる理想の圧力容器とします 蒸気の温度は温度３１１℃とします。 密閉された部屋の内圧が20kpaになるときの、圧力容器からの蒸気放出量を求めなさい。 ただし、２０kpaの圧力は密閉の部屋の上部に設置してある圧力計で検出する圧力であり、下部にたまる水によるものではないとする。 （密閉の部屋の大きさ 面積 １００ｍ２ 高さ１０ｍ） また出た蒸気は理想的な同じ湿度に分散する物します （これが無いと実際は場所により差ができます） 求め方は 蒸気圧曲線を使って圧力が20kpaの温度を出します 温度が判りますので http://www9.big.or.jp/~akkun/kyouzai/energy/boiling.htm 単位が100℃において蒸気圧が 760mmHg だから変換しないといけないけどね １atm＝760mmHg＝101.3kPaですので・・・ 20kpaは約１５０mmHgですので この時の、温度は蒸気圧曲線から http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter2/lecture1/lect2012.html から６０度になれば20kpaになる したがって ６０度時の含める水蒸気量は http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A3%BD%E5%92%8C%E6%B0%B4%E8%92%B8%E6%B0%97%E9%87%8F http://www.mokk.co.jp/tyou/tyou15.html 表が６０度のが無いので仮に ６０度のときを一立方メートルあたり仮に６０ｇとすると これは自分で探して下さい でてこないいぞ６０度が・・５０度まではあった したがって １０００ｍ３ですのえ １０００×６０ｇ＝６０ｋｇとなる １０００ｍ３の空気中に６０ｋｇ量の水蒸気が含まれれば20kpaとなることになる で最初に１０００ｍ３に含まれる量をBとすれば ここは自分で計算して 求め方は同じです ６０ｋｇーB＝答えとなるん 仮にBが湿度０％で０ｇならば ６０ｋｇとなる No4ととき方は一部が間違いなので無し
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- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
エンタルピー考慮されてますよ 蒸気圧曲線事態がエンタルピーを入れ込んだ実際の曲線になってるので 込みになってる実際の曲線じゃないと実際と合わないことになるのですけど
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
でっ良く考え直すと実際は 蒸気の温度は温度３１１℃ならば・・・ 軽く５気圧を超えてますので ６６０kpa位以上は壁に掛かるのです 蒸気が出た瞬間に部屋が壊れるのが正解となる んだがね・・・・ これでは回答には成らないんで・・予断ですけどえ 密閉された部屋なので出た瞬間に壁の圧力が20kpa 超えることになるですね 考えれるほど面白いですね・・・この問題 予断ですから・・・・・ 条件はずべて理想とすると No5の計算となりますが・・・
お礼
何度も回答していただきありがとうございました。 大変参考になりました。 本当にありがとうございました。 ちなみにこれはエンタルピーについては何も考えなくていいのでしょうか？
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
密閉された部屋の熱伝導が起こらないとするとします さらに結露は発生しないとします しないと無理だもん 最初に含んでいる、水の量は 圧力と温度と湿度が判ればでます グラフがあるはずです これより各値を出します 最初の１０００ｍ３の水の量（含んでいえる水蒸気）＝Aとします ２０kpaで含める最大の蒸気の量を出します この時、仮に飽和量＝湿度１００％で温度の最大値は３１１度ですので これもグラフより数字がでます のでこの量をBとすれば 単純にB－Aとすれば元まります （結露は発生しない条件とします） で無理やり求めることは出来ますが 問題は・・・・ 圧力容器の圧力より部屋の圧力が高くなると蒸気のが供給されないです しがって圧力１０Ｍpa以上は上がりませんよ 圧力１０Ｍpaで蒸気は無制限に放出では題意がおかしいです これ単に蒸気は無制限に放出できるとするなら 上の計算ででます それに 本当なら 圧力容器から部屋に放出された蒸気量が 気圧の低い所でると飽和して水蒸気の一部は水になってしまいます やはり実際にこれをやると 床に水が溜まります その重さで部屋が壊れることになります 床の荷重が20kpaなる水の量と成るんですね しがって 部屋の床面積が判れば・・・答えがでるんですが・・ね でもグラフが無いから・・・計算方法は判っても答えが・・・ 問題がいい加減です 条件をきちんと出さないと 仮に 密閉された部屋の容量は１０００ｍ３ 完全に密閉された部屋の圧力は5kpaで温度○度 湿度○％の空気です この部屋は理想の部屋とし外からの影響は受けません 外にも影響を及ぼさないとします （熱が外に伝導すると熱伝道率と表面面積が必要でもっと複雑になるのでしないこととする） その部屋の中に圧力容器を入れて圧力容器から蒸気は無制限に放出できる理想の圧力容器とします 蒸気の温度は温度○度℃します 密閉された部屋の圧力が20kpaになると部屋が壊れるようになってます。 部屋の壊れる為の空気に含める水蒸気の量を求めないさい ただし、圧力容器出た水蒸気は飽和条件を超えない物としして結露により水にはならないとします また出た蒸気は理想的な同じ湿度に分散する物します （これが無いと実際は場所により差ができます） って位しっかり条件出さば 求める事はできます
補足
何度もすいません。 下記の条件でしたら回答は可能でしょうか？ 最初に壊れるとしたのと、条件が足りなかったみたいです。よろしくお願いします。 密閉された部屋の容量は１０００ｍ３ 完全に密閉された部屋の圧力は5kpaで温度３８．４度 湿度４０％の空気です。 この部屋は理想の部屋とし外からの影響は受けません 外にも影響を及ぼさないとします その部屋の中に圧力容器を入れて圧力容器から蒸気は無制限に放出できる理想の圧力容器とします 蒸気の温度は温度３１１℃とします。 密閉された部屋の内圧が20kpaになるときの、圧力容器からの蒸気放出量を求めなさい。 ただし、２０kpaの圧力は密閉の部屋の上部に設置してある圧力計で検出する圧力であり、下部にたまる水によるものではないとする。 （密閉の部屋の大きさ 面積 １００ｍ２ 高さ１０ｍ） また出た蒸気は理想的な同じ湿度に分散する物します （これが無いと実際は場所により差ができます）
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
密閉された部屋の圧力は5kpaで飽和水蒸気で満たされているいうのか、湿度０％のなのかにより答えが変化します これも題意不足ですね この変を過程するしか無いです No2の回答は湿度０％の時の計算方法ですね 結論を言えば与えられた題意から回答を導くのは不可能でのは間違い無いです
補足
書き方に問題があったみたいで、すいません。 圧力容器は密閉された部屋の中にあり、その圧力容器から蒸気が放出されるので、密閉された部屋の圧力はあがりますよね。 （ここまでの考え方は間違っていませんか？） そのまま圧力が上がっていき ２０kpa（０．０２Ｍpa）になった時点で密閉された部屋が壊れる。 このときの圧力容器から部屋に放出された蒸気量が知りたいです。 ＊前提条件 密閉された部屋の大きさ １０００ｍ３ 密閉された部屋の圧力 ４．４kpa 温度３８．４℃ 圧力容器 １０Ｍpaで温度約３１１℃ 圧力容器は常に一定に圧力が保たれそこから無制限に蒸気放出が起こると考える。 この条件でも回答は出ないのでしょうか？ もし出る場合は回答と、解き方を教えてください。 お願いします。
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
床面積がでると答えがでますが・・・ 計算は方法は・・・・書いとくね 圧力１０Ｍpaでも飽和水蒸気量１０００ｍ３水の量＋床の荷重が20kpaなる水の量 ただし これに床の荷重が20kpaなる水の量 だけ１０００ｍ３が減るのでこれもかみしないと 条件がそろっても 計算するの大変ですね・・・
補足
書き方に問題があったみたいで、すいません。 圧力容器は密閉された部屋の中にあり、その圧力容器から蒸気が放出されるので、密閉された部屋の圧力はあがりますよね。 （ここまでの考え方は間違っていませんか？） そのまま圧力が上がっていき ２０kpa（０．０２Ｍpa）になった時点で密閉された部屋が壊れる。 このときの圧力容器から部屋に放出された蒸気量が知りたいです。 ＊前提条件 密閉された部屋の大きさ １０００ｍ３ 密閉された部屋の圧力 ４．４kpa 温度３８．４℃ 圧力容器 １０Ｍpaで温度約３１１℃ 圧力容器は常に一定に圧力が保たれそこから無制限に蒸気放出が起こると考える。 この条件でも回答は出ないのでしょうか？ もし出る場合は回答と、解き方を教えてください。 お願いします。
- nrb
- ベストアンサー率31% (2227/7020)
答えは簡単に出ます なので 圧力容器のなかは 圧力１０Ｍpaなので 理想密閉された部屋の容量は１０００ｍ３の部屋の最大に上がるのは圧力１０Ｍpaなのですよ すなわち 密閉された部屋の容量は１０００ｍ３が圧力１０Ｍpaになれば・・・圧力容器から外には蒸気はでないんです しがってどんなに上がっても圧力１０Ｍpaとなる 壊れる条件に達しません 計算するまでも無い 壊れないので解凍は無しです 条件・・・外気の温度変化は理想密閉された部屋の容量は１０００ｍ３に波及しないもとする まあ、圧力を無視して飽和して水に変わるとすれば・・ 仮に蒸気は無制限に放出されるものとするならば で飽和水蒸気は圧力が上がれば増えますかりに無限にでると どんどん水に変わるので１０００ｍ３であるので （圧力容器の大きさは無視する）と １０００ｍ３分の水蒸気がが放出されると部屋が満タンになり １０００ｍ３を少しでも超えると部屋が壊れるってことになるが・・実際には 水蒸気から水に成った重さで部屋の底の荷重がが20kpaを超えると壊れることになりるが・・部屋の床面積が無いので回答が出来ない となり 問題が不適切なので回答が出ない
補足
書き方に問題があったみたいで、すいません。 圧力容器は密閉された部屋の中にあり、その圧力容器から蒸気が放出されるので、密閉された部屋の圧力はあがりますよね。 （ここまでの考え方は間違っていませんか？） そのまま圧力が上がっていき ２０kpa（０．０２Ｍpa）になった時点で密閉された部屋が壊れる。 このときの圧力容器から部屋に放出された蒸気量が知りたいです。 ＊前提条件 密閉された部屋の大きさ １０００ｍ３ 密閉された部屋の圧力 ４．４kpa 温度３８．４℃ 圧力容器 １０Ｍpaで温度約３１１℃ 圧力容器は常に一定に圧力が保たれそこから無制限に蒸気放出が起こると考える。 この条件でも回答は出ないのでしょうか？ もし出る場合は回答と、解き方を教えてください。 お願いします。
お礼
そうなんですか。。 ありがとうございます。 本当に丁寧に教えていただき助かりました。