CON 胴H管L MG255 Lt1.6 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 1.6 0.012 30 三角配列 m m m m m 63365 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)) 81.6 ℃ 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 0.38 伝熱管本数 胴内径 管束外径 → Nt= Dsi= Dotl= 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) 105 本 0.1584 m 0.129 m 126.7 ℃ 6.8入口における凝縮の確認 tw>Tdのため入口で蒸気の凝縮無 7.過熱ガスの冷却部の所要伝熱面積(Bell法) 7.1流路面積 7.1.1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 3.88 m2 1 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 仕切板中心からチューブ中心までの間隔 lp 0.0107 m 0.0062 m 0.0152 m 流れに直行するチューブ隙間の有効数 nG 9 平均温度 mTs=(Td11+Td12)/2 162.9 ℃ 平均温度条件のガス密度ρvs 3.049 kg/m3 邪魔板間隔 B 邪魔板間内の流体の標準流速ucv ≦ 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 0.144 m 5 m/sec 0.050 m 0.007466 m2 1.99 m/sec 7.2質量速度 7.2.1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 7.2.2チューブ側 １パス当たりの流路面積当たり Gt=Wt/atp 7.3チューブ側流速 34111 kg/m2hr 3656348 kg/m2hr uta=Gt/(3600*ρL) 1.02 m/sec 7.4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 5504 0.011588 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= 224.7 なので) 7.5境膜伝熱係数 7.5.1シェル側境膜伝熱係数 シェル側ガスの定圧比熱Cps シェル側ガスの熱伝導率ks 8508 32.7 0.656 kcal/kg.℃ 0.107 kcal/m.hr.℃ シェル側 hk/φs=jHs*Cps*Gs*(ks/Cps*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 0.7418 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 Sheet2表7 から 1.082 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= 507.9 507.9 kcal/m2hr℃ 0.1584 mなら ######## 0.001103 m2 σsb= シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb 0.00300 m 0.000463 m2 邪魔板の漏れ補正係数 JI 0.7484 直行流れとﾊﾞｲﾊﾟｽ流れ面積の比 Fbp=（Dsi-Dotl)*B/ae 0.5670 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 Nc=(Dsi-2*ｌc-ntn*(2*lp+Dto))/PP ﾊﾞｲﾊﾟｽ防止板の数 Nss= 1 とすると 5 Nss/Nc= 0.2000 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))) 0.8175 ﾁｭｰﾌﾞ配列に対する補正係数 Jt=1.073-0.744/Nc+0.351/(Nc)^3 0.9270 Jt= シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt 7.5.2チューブ側境膜伝熱係数 チューブ側冷却水の定圧比熱Cpt 1 kcal/kg℃ チューブ側冷却水の熱伝導率kｔ 0.525 kca/m.hr.℃ チューブ側ht/φt=jHt*(kt/Dti)*(Cpt*μt/kt)^(1/3) チューブ側φt=ρt/ρw≒ 1 とすると チューブ側hto/φt=ht*(Dti/Dto) hto= 311.6 kcal/m2hr℃ 4345 3222.9 kcal/m2hr℃ 7.6総括伝熱係数 清浄な状態 Uc=hｔo*hｓo/(hｔo+hｓo) rio= ri * (Dto / Dti) 伝熱管をSUS27とし rm≒ 総括伝熱面積 Ucn=1/(1/Uc+rio+ro+rm) 284.1 kcal/m2hr℃ 0.002697 m2hr℃/kcal 0.000123 m2hr℃/kcal 152.9 kcal/m2hr℃ 7.7平均温度差 △tdm=△ttdm*FT 130.2 ℃ 7.8過熱ガスの冷却部所要伝熱面積 Ash=Qds/Un*dtdm 0.46 m2 7.9過熱ガスの冷却部所要伝熱管長さ Ltsh=Ash/(π*Dto*Nt) 0.146 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 1.454 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) 15450 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 3223 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) 92.4 ℃ 8.3.2境膜温度 境膜温度tf 59.6 ℃ 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 295 kcal/m2hr℃ 8.5混合ガス側境膜伝熱係数 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 9 3.301 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 ≦ 0.143 m 3.88 m/sec 切欠き高さ lc = lcDsi * Dsi 0.05 m ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積 ae 0.00741 m2 チューブバンクの直行流速 uvb=Ws/(ρvs*3600)/ae 2.4 m/sec 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 28602 kg/m2hr 3656348 kg/m2hr uta=Gt/(3600*ρt) 1.02 m/sec 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 4615 0.013689 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= 224.7 なので) 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 8508 32.75 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 0.7405 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 1.081 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= 503.1 503.1 kcal/m2hr℃ 0.1584 mなら 0.000628 0.001102 m2 σsb= シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb 0.003000 m 0.000464 m2 邪魔板の漏れ補正係数 JI 0.7474 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= 0.5670 5 0.2000 0.8175 0.9270 シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt 308.0 kcal/m2hr℃ hg=hso 308.0 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 0.710 0.683 Cp ρs kg/m3 2.811 3.453 3.132 μs kg/m・h 0.0636 0.0463 0.0550 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 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 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 122.5 121.3 120 pi 2.1769 2.1004 2.0119 r 524.4 525.2 526.1 hgtg 27183 26883 26530 heti 27189 26892 26539 122.3 121.2 119.8 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 6.823 77.7 12.7 0.0098 6.800 2.233 91.1 0.5 0.726 664.5 82794 1996 29.9 157.4 26887 0.07 6.866 66.1 12.7 0.0231 6.824 2.209 89.8 1.8 0.725 661.9 80408 2387 29.7 144.9 26535 0.09 0.4147 0.3508 35.76 kgmol/m2hr 3 161.9 9.032 4 149.2 9.032 5 136.5 9.032 6 123.8 9.032 7 111.1 9.032 118.3 1.9070 527.3 26095 26103 118.1 116.2 1.7802 528.7 25536 25544 116.0 113.2 1.6180 530.6 24764 24773 113.1 108.9 1.3985 533.4 23612 23622 108.7 101.5 1.0837 538.2 21624 21634 101.3 6.922 54.8 12.7 0.0415 6.865 2.167 87.6 4.1 0.724 658.9 77472 2936 29.5 132.4 26099 0.11 6.994 43.8 12.7 0.0681 6.933 2.099 84.0 7.6 0.723 655.5 73794 3678 29.3 119.9 25540 0.14 7.091 33.2 12.7 0.1097 7.043 1.989 78.3 13.3 0.723 651.7 68954 4840 29.0 107.5 24769 0.20 7.227 23.4 12.7 0.1803 7.223 1.809 69.5 22.1 0.722 647.6 62295 6659 28.5 95.3 23617 0.28 7.426 15.1 12.7 0.3089 7.532 1.500 55.2 36.4 0.721 643.2 52622 9673 27.9 83.2 21629 0.45 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 8 98.4 9.031 9 85.7 9.031 出口 60.0 ℃ 9.031 kg/cm2abs kg/cm2abs 88.3 0.6684 546.4 18024 18033 88.3 74.1 0.3762 555.1 14009 14018 73.9 61.4 0.2161 562.5 10430 10439 61.3 49.6 0.1222 569.4 7033 7042 49.4 7.738 9.8 12.7 0.4840 8.016 1.015 35.1 56.5 0.720 638.6 39547 13075 27.0 71.4 18029 0.73 8.188 10.1 12.7 0.3909 8.407 0.624 20.6 71.0 0.719 633.7 29186 10361 26.4 59.3 14014 0.74 8.530 11.8 12.7 0.2429 8.650 0.381 12.2 79.4 0.718 628.6 22024 7162 25.9 47.1 10435 0.69 8.732 11.7 13 0.1673 8.817 0.213 6.7 84.9 0.717 623.3 16297 5727 25.5 34.5 7038 0.81 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) 10 73.0 9.031 ℃ kg/cm2abs kcal/kg ℃ ℃ kg/cm2abs kg/cm2abs kg/cm2abs kg/hr kg/hr kcal/kg℃ kcal/kg kcal/hr kcal/hr ℃ ℃ m2 4.31 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 4.40 m2 (4)実際伝熱面積Aact Aact=π*Dto*Lt*Nt 5.06 m2 (5)余裕率α=(Aact/Areq-1)*100 15.1 % 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 Res= 2505 なので 流体摩擦係数 fsk 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= 0.178 6 枚 0枚 シェル側流体の比重 ss = ρvs / 1000 0.00313 チューブﾊﾞﾝﾄﾞﾙの相当直径De 0.0168 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) 18 Kg/m2 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 92.8 ℃ cells(607,6) 3.13 kg/m3 凝縮部の凝縮液密度ρｌc 984.5 kg/m3 凝縮部平均の密度比ρvc/ρｌc 0.00318 出口凝縮率ｘ＝Wls/(Wls+Wv) 0.930139 凝縮圧力補正係数F =x* (0.8684 * ρvcρlc ^ 0.1278) 0.3873 9.3.4凝縮部側圧力損失△Pc=△Psc*F 7 kg/m2 mmHg 1kg/m2=1/10^4*735.6mmHg 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= 0.00429 m2 80A 0.0739 (流速を30m/sec以下にするノズル内径) 入口管台流速 Vrni=Ws/(3600*nai*ρｖs) 5.3 m/sec 入口管台圧力損失 △Pni=1.5*Vrn^2/(2*g)*ρvs 6.7 kg/m2 出口管台面積 nao=π/4(Dno^2) 出口管台内径 Dno= 0.00305 m2 65A 0.0623 m とすると (流速を30m/sec以下にするノズル内径) 出口管台流速 Vrno=Wｖo/(3600*na*ρvo) 4.5 m/sec 出口管台圧力損失 △Pno=0.5*Vrn^2/(2*g)*ρvo 1.8 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 圧力損失 △Ps ≦ 許容値= 33 kg/m2 mmHg 500 kg/m2 9.3.7チューブ側 流体摩擦係数 ftk Ret= 6767 なので チューブ内圧力損失 △Pｔ'=ftk*Gt^2*Lt*np/(6.35*10^10*st*Dti*φt) ftk= 0.0110 267.5 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 83.8 kg/m2 チューブ側全体圧力損失 △Pｔ=△Pｔ'+△P'ｔ 351 kg/m2 圧力損失 △Pｔ ≦ 許容値= 3000 kg/m2 s
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