CON 胴H管L MG255 Lt2.5 t1.24 Nt132 区分法による伝熱計算

CON 胴H管L MG255 Lt2.5 t1.24 Nt132 区分法による伝熱計算
0.入口ガス条件
非凝縮性ガス組成等
成分
mol
アセチレン
26
水素
2
メタン
16
一酸化炭素
28
合計
平均
12.68
kg/hr
Wt. frac. kg・mol/hr mol・frac.
1963
0.3020
75.5
0.147
546.0
0.084
273.0
0.533
800.0
0.123
50.0
0.098
3191.0
0.491
114.0
0.222
6500.0
1.000
512.5
1.000
凝縮性ガス組成等
成分
mol
H2O
18
合計
kg/hr
Wt. frac. kg・mol/hr mol・frac.
722
1.000
40.1
1.000
722.0
1.000
40.1
1.000
1.出口における凝縮蒸気量
出口ガス圧pπ
出口温度
圧力損失240kg/m2として
45.5 ℃における飽和蒸気の圧力pvo
2.376 kg/cm2abs
0.100 kg/cm2abs
「デューポイントバブルポイント」の計算プログラムより
出口温度におけるガス圧pg=pπ-pv
2.276 kg/cm2abs
出口における蒸気量Wvo=mov*pv/pg
22.52 kg・mol/hr
405.3 kg/hr
蒸気の凝縮量Wl=Wvi-Wvo
316.7 kg/hr
2.設計条件
胴側
流体名
質量流量
W
W
非凝縮性 kg/hr
凝縮性 Kg/hr
温度
圧力
デューポイント
バブルポイント
T
P
℃
kg/cm2 abs
℃
℃
汚れ係数
ｒ
m2hr℃/kcal
許容圧力損失　△P
伝熱管
配列の形式
外形Dto=
厚さtt=
内径Dti=
長さLt=
ピッチ PT=
3.交換熱量
3.3交換熱量Q=Qgi-Qgo
kg/cm2
混合ガス
入口
出口
6500.0
6500.0
722.0
405.3
56.8
2.40
56.8
45.5
46
2.376
管側
冷却水
入口
出口
22410
22410
30
3
0.0001
0.0001
0.4
0.3
固定管板
0.019
0.0016
0.0158
2.5
0.025
40
三角配列
m
m
m
m
m
228006 kcal/hr
4.平均温度差
冷却水の比熱Cpt
蒸気の蒸発潜熱ｒ
at=
51.2
℃
1 kcal/m.hr.℃
568.4 kcal/kg
ガスの凝縮と凝縮液冷却で上昇する冷却水温度 ttc2
38.4 ℃
過熱ガス部の平均温度差
△tdm=△ttdm*FT
17.6 ℃
ガス凝縮部の平均温度差
△tcm=△ttcm*FT
16.3 ℃
平均温度差
△tm=Q/(Qds/△tdm+((Qv+Ql)/△tcm))
19.7 ℃
5.概略伝熱面積及び寸法
総括伝熱係数　U
700 kcal/m2hr℃と仮定
所要伝熱面積　A=Q/(U*△tm)
チューブ側パス数 np = up/aut
2.43
伝熱管本数
胴内径
管束外径
6.凝縮器入口における凝縮の確認
6.7管壁温度
Tw=tc2+Td11*(1-Un/hso)
6.8入口における凝縮の確認
→
16.51 m2
4
Nt=
Dsi=
Dotl=
160 本
0.400 m
0.34 m
53.6 ℃
tw<=Tdのため入口で蒸気の凝縮有
7.過熱ガスの冷却部の所要伝熱面積(Bell法)
7.8過熱ガスの冷却部所要伝熱面積
Ash=Qds/Un*dtdm
m2
7.9過熱ガスの冷却部所要伝熱管長さ
Ltsh=Ash/(π*Dto*Nt)
m
8.凝縮部の所要伝熱面積
8.1凝縮部有効伝熱管長さ
Ltc=Lt-Ltsh
2.500 m
8.2凝縮境膜伝熱係数
8.2.3シェル側凝縮境膜伝熱係数 hmc (hmc1とhmc2の大きい方)
11079 kcal/m2hr℃
8.2.5チューブ側境膜伝熱係数
チューブ側境膜伝熱係数hto
2983 kcal/m2hr℃
8.3境膜温度の計算
8.3.1管壁温度
管壁温度twc=tc+hmc/(hmc+hto)*(mTc-tc)
47.8 ℃
8.3.2境膜温度
境膜温度tf
41.0 ℃
8.4複合伝熱係数he
rio= ri * (Dto / Dti)
伝熱管をSUS27として 0.000123
rm≒
複合伝熱係数 he=1/(1/hto+rio+ro+rm+1/hmc)
0.000120 m2hr℃/kcal
1301 kcal/m2hr℃
8.5混合ガス側境膜出熱係数
8.5.2流路面積
(1)シェル側
流れに対し平行な仕切板数 ntp
流れに対し直角な仕切板数 ntn
チューブ配列 t配列
1
1
AR3
流れに対して平行なチューブピッチ Pp = (1.0819 * Dto * 1000 + 0.3781) / 1000
流れに対して直角なチューブピッチ Pn = (0.6248 * Dto * 1000 + 0.2193) / 1000
0.0209 m
0.012 m
仕切板中心からチューブ中心までの間隔 lp
0.019 m
流れに直行するチューブ隙間の有効数 nG
10
1.137 kg/m3
ガス密度ρvs=mvs / 22.4 * 273 / (273 + Td11) * pvs / 1.03
邪魔板間隔 B
邪魔板間内の流体の流速ucv　≦
0.455 m
40 m/sec
切欠き高さ lc = lcDsi * Dsi
ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積 ae
チューブバンクの直行流速 uvb=Ws/(ρvs*3600)/ae
8.5.3質量速度
(1)シェル側ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積当たりGs=Ws/ae
(2)チューブ側１パス当たりの流路面積当たり Gt=Wt/atp
8.5.4チューブ側流速
uta=Gt/(3600*ρt)
8.5.5レイノルズ数及びｊ因子
シェル側ガスの粘度μs
0.0472 kg/m.hr
シェル側レイノルズ数 Res=Dto*Gs/μs
シェル側ｊ因子jhs
チューブ側冷却水の粘度μt
2.76 kg/m.hr
チューブ側レイノルズ数 Ret=Dti*Gt/μt
チューブ側ｊ因子jhｔ
(Lt/Dti=
158.2 なので)
0.139 m
0.06052 m2
28.5 m/sec
116726 kg/m2hr
2858894 kg/m2hr
0.80 m/sec
46987
0.004978
16366
61.47
8.5.6境膜伝熱係数
8.5.6.1シェル側境膜伝熱係数
シェル側ガスの定圧比熱Cpds
シェル側ガスの熱伝導率ks
0.605 kcal/kg.℃
0.0798 kcal/m.hr.℃
シェル側　hk/φs=jHs*Cpds*Gs*(ks/Cpds/μs)^(2/3)
シェル側　φs=(μs/μw)^0.14≒
1
∴hk=
管束の直交流れ部分における管本数の割合 Fc
0.7879
邪魔板の形状に対する補正係数 Jc=Fc+0.524(1-Fc)^0.32
邪魔板をJIS B8249クラス
2
1.107
KB=
ﾁｭｰﾌﾞと邪魔板の隙間の漏れ面積 atb=KB*Dto*Nt*(1+Fc)
シェルと邪魔板の隙間 σsb 表8より Dsi=
697.5
697.5 kcal/m2hr℃
0.4 mなら
0.000628
0.003413 m2
σsb=
シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb
0.003500 m
0.001314 m2
邪魔板の漏れ補正係数 JI
0.8396
直行流れとﾊﾞｲﾊﾟｽ流れ面積の比　Fbp=（Dsi-Dotl)*B/ae
隣合う２邪魔板によって区切られた直行流れにおいて横切るﾁｭｰﾌﾞ配列Nc
ﾊﾞｲﾊﾟｽ防止板の数
Nss=
1 とすると Nss/Nc=
管束廻りのﾊﾞｵﾊﾟｽ流れの補正係数　Jb=exp(-αR*Fbp*(1-(2*Nss/Nc)^(1/3)))
ﾁｭｰﾌﾞ配列に対する補正係数 Jt
Jt=
0.4511
3
0.3333
0.9259
0.8380
シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt
502.9 kcal/m2hr℃
hg=hso
502.9 kcal/m2hr℃
8.6各点の拡散係数D、物質移動係数K
8.6.1各点の物性値
入口 i
出口 o 平均値 m
ｔｇ
K
330
319.2
324.6
kg/cm2 abs
2.400
2.350
2.375
pπ
M
13.07
12.91
12.99
kcal/kg・℃
0.601
0.609
0.605
Cp
ρs
kg/m3
1.126
1.125
1.125
μs
kg/m・h
0.0499
0.0445
0.0472
ks
kcal/mh℃
0.0774
0.0822
0.0798
8.6.2拡散係数
(1)入口点D4i
(2)出口点D4o
(3)中心点D4m
D41
0.0386
0.0370
D42
0.2015
0.1946
D43
0.0551
0.0529
D44
0.1648
0.1590
0.1548 m2/hr
0.1488 m2/hr
0.1518 m2/hr
D4i=(1-y4)/((y1/D41)+(y2/D42)+(y3/D43)) 佐藤一雄、物性定数推算法p187
8.6.3物質移動係数Kg
(1)中心点のシミット数Sc=μsm/ρsm/D4m
(2)中心点のプラントル数Pr=Cpm*μsm/ksm
(3)中心点の物質移動係数Kgm=hg/Cpsm/M/(Sc/Pr)^0.5
0.2763
0.3578
72.84 kgmol/m2hr
8.6.4各区分点における物性値、界面温度等
項目
入口
1
2
tg　℃
56.8
55.8
54.8
全ガス圧pπ
2.40
2.39
2.39
入口 pv
0.1741
入口 pg
2.2239
tiの仮定
51.8
50.1
48.5
pi
0.1363
0.1257
0.1155
r
568.1
569.1
570.1
hgtg
15119
14901
14649
heti
15127
14909
14657
51.6
50.0
48.3
tiの決定
Pbm
tg-ti
⊿ｔｇ
⊿ｐｇ
1～出口 pg
1～出口 pv
凝縮性ガスWv
凝縮液Wl
722.0
0
非凝縮性ガスCp
h"
q
674077
⊿q
0
tc
40
(tg-tc)
[U(tg-tc)]av
⊿A
2.243
5.2
1.0
0.0082
2.232
0.162
668.9
53.1
0.613
621.6
641023
33054
38.5
17.3
14905
2.22
2.250
5.8
1.0
0.0070
2.239
0.150
617.3
104.7
0.613
621.1
607401
33622
37.0
17.8
14653
2.29
3
53.8
2.38
4
52.8
2.38
5
51.8
2.38
6
50.8
2.37
46.8
0.1064
571.1
14329
14338
46.7
45.3
0.0989
571.9
14005
14012
45.2
43.7
0.0914
572.8
13596
13605
43.7
42.4
0.0851
573.6
13196
13204
42.3
41
0.0787
574.4
12711
12720
40.9
2.256
6.5
1.0
0.0060
2.245
0.139
570.7
151.3
0.612
620.7
576508
30893
35.6
18.2
14334
2.16
2.261
7.1
1.0
0.0051
2.250
0.130
531.9
190.1
0.612
620.3
550037
26470
34.5
18.3
14008
1.89
2.266
7.6
1.0
0.0046
2.255
0.120
491.6
230.4
0.612
619.9
522615
27423
33.2
18.6
13601
2.02
2.269
8.1
1.0
0.0040
2.259
0.112
458.0
264.0
0.611
619.4
498993
23622
32.2
18.6
13200
1.79
2.272
8.5
1
0.0036
2.262
0.104
422.1
299.9
0.611
619.0
474072
24921
31.1
18.7
12715
1.96
8
48.8
2.36
9
47.8
2.36
10
46.8
2.35
項目
tg　℃
全ガス圧pπ
入口 pv
入口 pg
tiの仮定
pi
r
hgtg
heti
tiの決定
39.5
0.0728
575.2
12200
12208
39.4
38.2
0.0680
576.0
11722
11730
38.1
36.8
0.0629
576.7
11149
11159
36.7
35.8
0.0597
577.3
10754
10763
35.7
Pbm
tg-ti
⊿ｔｇ
⊿ｐｇ
1～出口 pg
1～出口 pv
凝縮性ガスWv
凝縮液Wl
非凝縮性ガスCp
h"
q
⊿q
tc
(tg-tc)
[U(tg-tc)]av
⊿A
2.275
8.9
1
0.0031
2.266
0.095
388.4
333.6
0.611
618.6
450322
23750
30.0
18.8
12204
1.95
2.277
9.4
1
0.0027
2.268
0.089
360.7
361.3
0.611
618.2
429917
20406
29.1
18.7
11726
1.74
2.279
9.7
1
0.0024
2.271
0.081
330.1
391.9
0.610
617.7
407917
22000
28.1
18.7
11154
1.97
2.280
10.1
0.8
0.0016
2.272
0.077
311.1
410.9
0.610
617.4
393340
14577
27.5
18.5
10758
1.35
7
49.8
2.37
出口
46.0 ℃
2.35 kg/cm2abs
kg/cm2abs
℃
kg/cm2abs
kcal/kg
℃
℃
kg/cm2abs
kg/cm2abs
kg/cm2abs
kg/hr
kg/hr
kcal/kg℃
kcal/kg
kcal/hr
kcal/hr
℃
℃
m2
8.7伝熱面積A
(1)A=∑⊿A
21.34 m2
(2)温度補正係数Ft
R=(Tg12-Tg2)/(ttc2-tc1)
S=(ttc2-tc1)/(Tg12-tc1)
1.28 図1.12(a)より Ftは
0.31
0.95
(3)所要伝熱面積Areq
Areq=A/Ft
22.46 m2
(4)実際伝熱面積Aact
Aact=π*Dto*Lt*Nt
23.86 m2
(5)余裕率α=(Aact/Areq-1)*100
6.3 %
9.圧力損失計算
9.2過熱ガスの冷却部
9.2.2過熱ガスの冷却部の圧力損失計算
シェル内圧力損失 △Pss
kg/m2
9.3凝縮部-全流量が中心点のガスの単相流とした場合（Kern法）
9.3.2凝縮部の圧力損失計算
流体摩擦係数 fsk
Res=
36359 なので　邪魔板の枚数 Nh=Ltc/B-1-Nbc
出口ノズルにより減らす邪魔板数 Nbc=
fsk=
3枚
0枚
シェル側流体の比重 ss = ρvs / 1000
0.00112
チューブﾊﾞﾝﾄﾞﾙの相当直径De
0.0173 m
シェル側流体の粘度補正係数φs
1
シェル側圧力損失△Psc=fsk*Gs^2*Dsi*(Nh+1)/(6.35*10^10*ss*De*φs)
9.3.3凝縮圧力補正係数F
凝縮部の平均温度 mTc=(Td12+Td2)/2
凝縮部の平均蒸気密度ρvc
0.099
cells(607,6)
凝縮部の凝縮液密度ρｌc
凝縮部平均の密度比ρvc/ρｌc
1047 Kg/m2
51.4 ℃
1.13 kg/m3
997.2 kg/m3
0.00113
出口凝縮率ｘ＝Wls/(Wls+Wv)
0.4322
凝縮圧力補正係数F =x* (0.8684 * ρvcρlc ^ 0.1278)
0.1576
9.3.4凝縮部側圧力損失△Pc=△Psc*F
165 kg/m2
9.3.5出入り口ノズルの圧力損失△Pni、△Pno
入口管台面積　nai=π/4(Dni^2)
入口管台内径 Dni=
300A
入口管台流速 Vrni=Ws/(3600*nai*ρｖs)
0.06966 m2
0.2979
(流速を30m/sec以下にするノズル内径)
25.6 m/sec
入口管台圧力損失 △Pni=1.5*Vrn^2/(2*g)*ρvs
出口管台面積　nao=π/4(Dno^2)
出口管台内径 Dno=
300A
出口管台流速 Vrno=Wｖo/(3600*na*ρvo)
56.4 kg/m2
0.06966 m2
0.2979 m　とすると
(流速を30m/sec以下にするノズル内径)
24.5 m/sec
出口管台圧力損失 △Pno=0.5*Vrn^2/(2*g)*ρvo
17.2 kg/m2
9.3,6シェル側圧力損失
シェル側圧力損失 △Ps=△Pc+△Pni+△Pno
1kg/m2=1/
圧力損失　△Ps　≦
9.3.7チューブ側
流体摩擦係数 ftk
許容値=
Ret=
239 kg/m2
17.6 mmHg
4000 kg/m2
16366 なので　ftk=
0.0086
チューブ内圧力損失 △Pｔ'=ftk*Gt^2*Lt*np/(6.35*10^10*st*Dti*φt)
703.1 kg/m2
チャンネルにおける方向転換圧力損失 △P'=128*np*uta^2*st
325.7 kg/m2
チューブ側全体圧力損失 △Pｔ=△Pｔ'+△P'ｔ
1029 kg/m2
圧力損失　△Pｔ　≦
許容値=
3000 kg/m2

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