CON MG255 Lt3.28 t1.24 Nt105 固三 5 区分 H280829へ

CON 胴H管L MG255 Lt3.28 t1.24 Nt105 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
H280829
圧力損失0kg/m2と仮定して
40 ℃における飽和蒸気の圧力pvo
9.0332 kg/cm2abs
0.0752 kg/cm2abs
出口温度におけるガス圧pg=pπ-pv
8.9580 kg/cm2abs
出口における蒸気量Wvo=mog*pv/pg
0.13 kg・mol/hr
2.3 kg/hr
蒸気の凝縮量Wl=Wvi-Wvo
89.3 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
2.3
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
40
汚れ係数
ｒ
m2hr℃/kcal
0.0002
0.002
0.05
0.3
許容圧力損失　△P
kg/cm2
伝熱管
配列の形式
外形Dto=
厚さtt=
内径Dti=
長さLt=
ピッチ PT=
40
9.0332
管側
冷却水
入口
出口
25
3
固定管板
0.0096
0.00124
0.00712
3.28
0.012
3.交換熱量
3.3交換熱量Q=Qgi-Qgo
15278
30
三角配列
m
m
m
m
m
75162 kcal/hr
1 ページ
4.平均温度差
冷却水の比熱Cpt
蒸気の蒸発潜熱ｒ
at=
120.0
℃
1 kcal/m.hr.℃
526.0 kcal/kg
28.7 ℃
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
130.1 ℃
ガス凝縮部の平均温度差
△tcm=△ttcm*FT
43.9 ℃
平均温度差
△tm=Q/(Qds/△tdm+((Qv+Ql)/△tcm))
56.1 ℃
5.概略伝熱面積及び寸法
総括伝熱係数　U
145 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
0.44
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)
→
Nt=
Dsi=
Dotl=
9.24 m2
1
105 本
0.1584 m
0.129 m
130.2 ℃
tw>Tdのため入口で蒸気の凝縮無
6.8入口における凝縮の確認
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
0
0
チューブ配列 t配列
AR3
流れに対して平行なチューブピッチ Pp
流れに対して直角なチューブピッチ Pn
0.01076 m
6.22E-03 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
平均温度 mTs=(Td11+Td12)/2
162.9 ℃
平均温度の混合ガス密度ρvs
3.049 kg/m3
邪魔板間隔 B
0.133 m
切欠き高さ lc = lcDsi * Dsi
0.048 m
ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積 ae
0.006896 m2
2 ページ
7.1.2チューブ側
伝熱管1本当たりの流路面積 at1=π/４*(Dti)^2
１パス当たりの流路面積 atp=at1*(Nt/np)
0.000040 m2
0.00418 m2
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 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
36932 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
シェル側レイノルズ数 Res=Dto*Gs/μs
シェル側ｊ因子jhs
0.0508 kg/m.hr
6979
0.010553
チューブ側冷却水の粘度μt
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=
3.06 kg/m.hr
8508
30.2
460.7 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
0.681 kcal/kg.℃
0.0928 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
0.7308
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
1.075
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=
512.4
512.4 kcal/m2hr℃
0.1584 mなら
0.000628
0.001096 m2
σsb=
シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb
0.003 m
0.000469 m2
邪魔板の漏れ補正係数 JI
0.7375
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=1.073-0.744/Nc+0.351/(Nc)^3
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
307.9 kcal/m2hr℃
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=
3 ページ
4004
2969.5 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)
279.0 kcal/m2hr℃
0.002697 m2hr℃/kcal
0.000123 m2hr℃/kcal
151.4 kcal/m2hr℃
7.7平均温度差
△tdm=△ttdm*FT
130.1 ℃
7.8過熱ガスの冷却部所要伝熱面積
Ash=Qcs/Un*dtdm
0.96 m2
7.9過熱ガスの冷却部所要伝熱管長さ
Ltsh=Ash/(π*Dto*Nt)
0.303 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
2.977 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)
19262 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
2969 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)
75.4 ℃
8.3.2境膜温度
境膜温度tf
51.1 ℃
8.4複合伝熱係数he
rio= ri * (Dto / Dti)
伝熱管をSUS27として
rm≒
複合伝熱係数 he=1/(1/hto+rio+ro+rm+1/hmc)
0.002697 m2hr℃/kcal
0.000123 m2hr℃/kcal
293 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
流れに対して直角なチューブピッチ Pn
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
ガス密度ρvs=mvs / 22.4 * 273 / (273 + Td11) * pvs / 1.03
4 ページ
3.47 kg/m3
邪魔板間隔 B
0.104 m
切欠き高さ lc = lcDsi * Dsi
0.043 m
ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積 ae
0.005392 m2
チューブバンクの直行流速 uvb=Ws/(ρvs*3600)/ae
3.1 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
38952 kg/m2hr
3656348 kg/m2hr
uta=Gt/(3600*ρt)
1.0 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
シェル側レイノルズ数 Res=Dto*Gs/μs
シェル側ｊ因子jhs
0.0508 kg/m.hr
7361
0.010333
チューブ側冷却水の粘度μt
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=
3.06 kg/m.hr
8508
30.17
460.7 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
0.681 kcal/kg.℃
0.0928 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
0.7040
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
1.059
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=
529.2
529.2 kcal/m2hr℃
0.1584 mなら
0.000628
0.001079 m2
σsb=
シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb
0.003 m
0.000486 m2
邪魔板の漏れ補正係数 JI
0.6979
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=
6
0.1667
0.7908
0.950625
シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt
294.0 kcal/m2hr℃
hg=hso
294.0 kcal/m2hr℃
5 ページ
8.6各点の伝熱面積
8.6.1各点の物性値
入口 i
473.2
9.0332
12.43
0.654
2.810
0.0583
0.0846
出口 o
313.2
9.0332
10.65
0.708
3.637
0.0432
0.101
8.6.2モル分率y
成分
入口
出口
NO
0.5982
0.7892
O2
0.1535
0.2025
8.6.3拡散係数
m2/hr
入口D4i
m2/hr
出口D4o
0.0541
0.0262
ｔｇ
pπ
M
Cp
ρs
μs
ks
平均D4m
K
kg/cm2 abs
kcal/kg.℃
kg/m3
kg/m.h
kcal/m.h.℃
平均値 m
393.2
9.0332
11.54
0.681
3.22
0.0508
0.0928
N2
0.0000
0.0000
***
0.0000
0.0000
H2O
0.2483
0.0082
0.0402
m2/hr
8.6.4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
8.6.5各区分点における物性値、界面温度等
項目
入口
1
2
tg　℃
200.0
173.3
146.6
全ガス圧pπ
9.0332
9.0332
9.0332
入口 pv
2.2427
入口 pg
6.7905
tiの仮定
123
121
117
pi
2.1614
2.0028
1.7786
r
524.6
526.2
528.7
hgtg
27004
26382
25426
heti
27013
26392
25435
122.1
119.7
116.0
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
混合ガス
1
0.9999
6.831
77.9
26.7
0.02696
6.8175
2.2157
90.2
1.5
0.724
661.7
80354
4436
29.7
143.6
26387
0.17
6.923
53.6
26.7
0.10167
6.9192
2.1140
84.7
6.9
0.721
654.7
73720
6635
29.3
117.3
25430
0.26
3
119.9
9.0332
0.392
0.372
36.46 kmol/m2hr
4
93.2
9.0332
5
66.5
9.0332
出口
40.0 ℃
9.0332 kg/cm2abs
kg/cm2abs
110
1.4055
533.3
23563
23571
108.9
85
0.5411
549.8
16444
16454
82.8
48
0.0991
571.9
5805
5815
45.3
37
0.0593
577.4
3070
3080
35.6
7.086
30.6
26.7
0.27819
7.1974
1.8358
70.8
20.9
0.718
646.3
62261
11458
28.5
91.4
23567
0.49
7.410
11.0
26.7
0.9851
8.1825
0.8507
28.8
62.8
0.715
636.6
35073
27189
26.7
66.5
16449
1.65
8.336
10.4
26.7
0.7620
8.9445
0.0887
2.8
88.9
0.712
626.0
15351
19722
25.5
41.0
5810
3.39
8.939
21.2
26.5
-0.0126
8.9319
0.1013
3.15
88.5
0.709
614.9
10098
5253
25.1
14.9
3075
1.71
6 ページ
℃
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
(2)温度補正係数Ft
R=(Tg12-Tg2)/(ttc2-tc1)
S=(ttc2-tc1)/(Tg12-tc1)
8.63 m2
23.40 図1.12(a)より Ftは
0.04
1
(3)所要伝熱面積Areq
Areq=A/Ft
8.63 m2
(4)実際伝熱面積Aact
Aact=π*Dto*Lt*Nt
10.38 m2
(5)余裕率α=(Aact/Areq-1)*100
20.3 %
9.圧力損失
9.1過熱ガスの冷却部の圧力損失計算
Res=
流体摩擦係数 fsk
6979 なので　fsk=
0.1431
理想的な管束廻りの直行流れ部分におけるシェル側圧力損失 △Pｓk
0.2 kg/m2
邪魔板開口部の面積　awg
0.005042 m2
邪魔板開口部内のチューブ占有面積 atw=Nt/8*(1-Fc)*π*Dto^2
0.001023 m2
邪魔板開口部の有効流路面積 aw=awg-atw
0.004019 m2
邪魔板開口部における直交流れに対して有効なチューブ列数　Ncw=0.8*lc/Pp
3
邪魔板開口部の角度 θb= -2.7032*(lc/Dsi)^2 + 6.1949*(lc/Dsi) + 0.7104
2.334 ラジアン
邪魔板開口部の相当直径　Dw=2.55/(Nt*(1-Fc)*Dto)+Dsi*θb
9.766 m
理想的な管束廻りのバイパス邪魔板開口部におけるシェル側圧力損失△Pwk
12.5 kg/m2
チューブバンドル廻りのバイパス流れに対する補正係数 Rb
0.5505
邪魔板の漏れに対する補正係数 Rt
0.4848
邪魔板の枚数 Nh=Ltsh/B-1-Nbc
入口ノズルにより減らす邪魔板数 Nbc=
1枚
0枚
(入口ノズル口径が邪魔板間隔B小さい)
シェル内圧力損失 △Pss
6.4 kg/m2
△Pss=((Nh-1)*(△Psk*Rb)+Nh*△Pwk)*Rt+2*△Psk*Rb*(1+Ncw/Nc)
9.2凝縮部-全流量が中心点のガスの単相流とした場合（Kern法）
9.2.1凝縮部の圧力損失計算
Res=
7361 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=
0.1415
27 枚
0枚
シェル側流体の比重 ss = ρvs / 1000
チューブﾊﾞﾝﾄﾞﾙの相当直径De
シェル側流体の粘度補正係数φs
0.003466
0.0168 m
1
シェル側圧力損失△Psc=fsk*Gs^2*Dsi*(Nh+1)/(6.35*10^10*ss*De*φs)
7 ページ
231 Kg/m2
9.2.2凝縮圧力補正係数F
凝縮部の平均温度 mTc=(Td12+Td2)/2
82.8 ℃
凝縮部の平均蒸気密度ρvc
3.049 kg/m3
凝縮部の凝縮液密度ρｌc
990.3 kg/m3
凝縮部平均の密度比ρvc/ρｌc
0.003079
出口凝縮率ｘ＝Wls/(Wls+Wv)
0.4913
凝縮圧力補正係数F =x* (0.8684 * ρvcρlc ^ 0.1278)
0.2037
9.3.4凝縮部側圧力損失△Pc=△Psc*F
47.1 kg/m2
9.3.5出入り口ノズルの圧力損失△Pni、△Pno
入口管台内径 Dni=
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)
5.9 m/sec
入口管台圧力損失 △Pni=1.5*Vrn^2/(2*g)*ρvs
出口管台内径 Dno=
65A
7.42 kg/m2
0.0628 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)
4.1 m/sec
出口管台圧力損失 △Pno=0.5*Vrn^2/(2*g)*ρvo
1.5 kg/m2
9.3,6シェル側圧力損失(40-1の部分)
シェル側圧力損失 △Ps=△Pc+△Pni+△Pno
圧力損失　△Ps　≦
9.3.7チューブ側（全体）
流体摩擦係数 ftk
許容値=
Ret=
56.1 kg/m2
500 kg/m2
8508 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)
チャンネルにおける方向転換圧力損失 △P'=128*np*uta^2*st
チューブ側全体圧力損失 △Pｔ=△Pｔ'+△P'ｔ
圧力損失　△Pｔ　≦
許容値=
ftk=
0.01028
1001 kg/m2
132 kg/m2
1133 kg/m2
3000 kg/m2
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