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 8 ページ
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