CON 胴H管L MG255 Lt1.3 t1.24 Nt132 区分法による伝熱計算

CON 胴H管L MG255 Lt1.3 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
H2
2.016
CO2
44.01
***
***
合計
平均
10.59
kg/hr
Wt. frac. kg・mol/hr mol・frac.
24.701
0.1515
12.3
0.796
138.376
0.849
3.1
0.204
0.000
0.0
0.000
0.000
0.0
0.000
163.1
1.000
15.4
1.000
凝縮性ガス組成等
成分
mol
H2O
18.016
合計
kg/hr
Wt. frac. kg・mol/hr mol・frac.
91.61
1.000
5.1
1.000
91.6
1.000
5.1
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30kg/m2として
60 ℃における飽和蒸気の圧力pvo
9.030 kg/cm2abs
0.203 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
8.827 kg/cm2abs
出口における蒸気量Wvo=mov*pv/pg
0.35 kg・mol/hr
6.4 kg/hr
蒸気の凝縮量Wl=Wvi-Wvo
85.2 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
混合ガス
入口
出口
163.1
163.1
91.6
6.4
15278
温度
圧力
デューポイント
バブルポイント
T
P
℃
kg/cm2 abs
℃
℃
200
9.0332
125.7
86.43
汚れ係数
ｒ
m2hr℃/kcal
0.0002
0.002
0.05
0.3
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
60
9.030
管側
冷却水
入口
出口
15278
25
3
固定管板
0.0096
0.00124
0.00712
1.3
0.012
30
三角配列
m
m
m
m
m
63236 kcal/hr
4.平均温度差
冷却水の比熱Cpt
蒸気の蒸発潜熱ｒ
at=
106.1
℃
1 kcal/m.hr.℃
535.2 kcal/kg
28.5 ℃
ガスの凝縮と凝縮液冷却で上昇する冷却水温度 ttc2
過熱ガス部の平均温度差
△tdm=△ttdm*FT
130.2 ℃
ガス凝縮部の平均温度差
△tcm=△ttcm*FT
76.4 ℃
平均温度差
△tm=Q/(Qds/△tdm+((Qv+Ql)/△tcm))
81.4 ℃
5.概略伝熱面積及び寸法
総括伝熱係数　U
200 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
0.46
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
→
Nt=
Dsi=
Dotl=
3.88 m2
1
132 本
0.1999 m
0.156 m
119.9 ℃
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
1.300 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)
15457 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
2434 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)
95.3 ℃
8.3.2境膜温度
境膜温度tf
61.0 ℃
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)
0.002697 m2hr℃/kcal
286 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
0
0
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
0.0107 m
0.0062 m
仕切板中心からチューブ中心までの間隔 lp
0.0152 m
流れに直行するチューブ隙間の有効数 nG
12
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　≦
0.112 m
3.88 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
3.301 kg/m3
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
0.0595 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
3.06 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=
182.6 なので)
0.05 m
0.00827 m2
2.2 m/sec
25646 kg/m2hr
2908459 kg/m2hr
0.81 m/sec
4138
0.01431
6767
24.73
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
0.656 kcal/kg.℃
0.107 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
0.6876
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
1.049
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=
471.4
471.4 kcal/m2hr℃
0.1999 mなら
0.000628
0.001343 m2
σsb=
シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb
asb=Dsi/2*σsb*(π-ACOS(1-2*lc/Dsi))
0.003000 m
0.000626 m2
邪魔板の漏れ補正係数 JI
JI=1-(2asb+atb)/(asb+atb)*(0.45*(asb+atb)/ae+0.1*(1-exp(-30*(asb+atb)/ae)))
0.7271
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=
0.5946
9
0.1111
0.7287
0.9908
シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt
259.5 kcal/m2hr℃
hg=hso
259.5 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
473.2
333.2
403.2
kg/cm2 abs
9.033
9.030
9.032
pπ
M
12.43
10.76
11.60
kcal/kg・℃
0.656
0.714
0.685
Cp
ρs
kg/m3
2.811
3.453
3.132
μs
kg/m・h
0.0636
0.0553
0.0595
ks
kcal/mh℃
0.107
0.107
0.107
8.6.2拡散係数
(1)入口点D4i
(2)出口点D4o
(3)中心点D4m
D41
0.0941
0.0594
D42
0.0192
0.0116
D43
0.0524 m2/hr
0.0323 m2/hr
0.0423 m2/hr
D4m=(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
0.4486
0.3806
30.09 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　℃
200
187.3
174.6
全ガス圧pπ
9.033
9.033
9.033
入口 pv
2.2427
入口 pg
6.7905
tiの仮定
122.4
120.1
118.5
pi
2.1062
2.0213
1.9239
r
525.2
526.0
527.1
hgtg
26098
25767
25378
heti
26106
25777
25386
121.2
119.9
118.4
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
91.6
0
非凝縮性ガスCp
h"
q
84791
⊿q
0
tc
30
(tg-tc)
[U(tg-tc)]av
⊿A
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
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
6.859
78.8
12.7
0.0201
6.811
2.222
90.5
1.1
0.726
6.911
67.4
12.7
0.0344
6.845
2.188
88.7
3.0
0.725
3
161.9
9.032
4
149.2
9.032
5
136.5
9.032
6
123.8
9.032
7
111.1
9.032
116.6
1.8095
528.3
24893
24901
116.5
114.2
1.6732
529.9
24277
24286
114.1
111
1.5027
532.1
23445
23453
110.8
106.3
1.2819
535.1
22235
22244
106.2
98.9
0.9883
539.9
20292
20302
98.8
6.976
56.2
12.7
0.0539
6.899
2.133
85.8
5.8
0.724
7.059
45.4
12.7
0.0814
6.980
2.052
81.5
10.1
0.723
7.168
35.1
12.7
0.1229
7.103
1.929
75.3
16.3
0.723
7.314
25.7
12.7
0.1886
7.292
1.740
66.2
25.4
0.722
7.519
17.6
12.7
0.2946
7.586
1.445
52.8
38.8
0.721
664.5
661.9
658.9
655.5
651.7
647.6
643.2
82530
2260
29.9
157.4
25772
0.09
79845
2685
29.7
144.9
25382
0.11
76579
3266
29.5
132.4
24897
0.13
72554
4025
29.2
120.0
24282
0.17
67394
5160
28.9
107.6
23449
0.22
60582
6812
28.4
95.4
22239
0.31
51351
9231
27.8
83.3
20297
0.45
8
98.4
9.031
9
85.7
9.031
10
73.0
9.031
出口
60.0 ℃
9.031 kg/cm2abs
kg/cm2abs
87
0.6336
547.3
17105
17114
86.9
72.8
0.3572
555.8
13248
13257
72.7
60.2
0.2043
563.2
9782
9792
60.1
48.6
0.1165
570.0
6556
6566
48.5
7.813
12.3
12.7
0.4207
8.007
1.024
35.5
56.1
0.720
8.201
11.5
12.7
0.3867
8.394
0.637
21.1
70.6
0.719
8.533
13.0
12.7
0.2481
8.642
0.389
12.5
79.1
0.718
8.734
12.9
13
0.1697
8.812
0.219
6.9
84.7
0.717
638.6
633.7
628.6
39732
11619
27.1
71.3
17109
0.68
29439
10293
26.4
59.3
13253
0.78
22170
7270
25.9
47.1
9787
0.74
623.3
℃
kg/cm2abs
kcal/kg
℃
℃
kg/cm2abs
kg/cm2abs
kg/cm2abs
kg/hr
kg/hr
kcal/kg℃
kcal/kg
kcal/hr
kcal/hr
℃
℃
16395
5775
25.5
34.5
6561
0.88 m2
8.7伝熱面積A
(1)A=∑⊿A
(2)温度補正係数Ft
R=(Tg12-Tg2)/(ttc2-tc1)
S=(ttc2-tc1)/(Tg12-tc1)
4.55 m2
11.07 図1.12(a)より Ftは
0.04
0.98
(3)所要伝熱面積Areq
Areq=A/Ft
4.64 m2
(4)実際伝熱面積Aact
Aact=π*Dto*Lt*Nt
5.17 m2
(5)余裕率α=(Aact/Areq-1)*100
11.4 %
9.圧力損失→プロジャが大き過ぎて別プログラムに移した。

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