CON 胴H管L MG255 Lt2.9 t1.24 Nt105 の伝熱計算 0.出入口ガス条件 混合ガス組成等（入口） 成分 mol kg/hr Wt. frac. H2 2.016 24.701 0.0970 CO2 44.01 138.376 0.543 H2O 18.016 91.61 0.360 合計 64.042 254.7 1.000 平均 12.43 訂3 出口温度式訂正H280926 kmol/hr mol・frac. 分圧mmHg 12.25 0.598 3975 3.14 0.154 1020 5.08 0.248 1650 20.48 1.000 6645 mmHg 9.0332 kg/cm2 abs シェル側の圧力損失の仮定 9 mmHg 混合ガス組成等（出口） 成分 mol kg・mol/hr mol・frac. H2 2.016 12.25 0.789 CO2 44.01 3.14 0.203 H2O 18.016 0.13 0.008 合計 64.042 15.52 1.000 平均 10.65 kg/hr 24.701 138.4 2.29 165.4 訂正1 Wt. frac. 分圧mmHg 0.149 5244 0.837 1346 0.014 54 訂正1 1.000 6636 胴圧損の仮定値9を引く 9.021 kg/cm2 abs 1.設計条件 胴側 流体名 W H2+CO2 kg/hr 質量流量 管側 冷却水 入口 出口 混合ガス 入口 出口 163.1 163 *** kg/hr W H2O kg/hr 15278 91.61 温度 T 圧力 P デューポイント バブルポイント ℃ kg/cm2 abs ℃ ℃ 200 9.0332 125.7 40 汚れ係数 m2hr℃/kcal 0.0002 0.002 0.05 0.3 ｒ 許容圧力損失 △P kg/cm2 40 訂2 25 3 9.021 30 訂2 伝熱管 配列の形式 外形Dto= 厚さtt= 内径Dti= 長さLt= 正方形ピッチ PT= 固定管板 0.0096 0.00124 0.00712 2.93 0.012 2.交換熱量 Q= 3.．平均温度差 冷却水の比熱Cpt 15278 2.3 三角配列 m m m m m 78832 kcal/hr 1 kcal/m.hr.℃ 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 ガス凝縮部の平均温度差△tcm=△ttcm*FT 平均温度差△tm=Q/(Qds/△tdm+((Qco+Qcs+Qv)/△tcm)) 1 / 6 ページ 28.7 130.1 43.9 57.4 ℃ ℃ ℃ ℃ 4.概略伝熱面積及び寸法 総括伝熱係数 U 150 kcal/m2hr℃と仮定 所要伝熱面積 A=Q/(U*△tm) 所要伝熱管本数 Nt1=A/(π*Dto*Lｔ) チューブ側パス数 np = up/aut 0.48 → Nt= Dsi= Dotl= 伝熱管本数 胴内径 管束外径 5.凝縮器入口における凝縮の確認 5.7管壁温度 Tw=tc2+Td11*(1-Un/hso) 9.15 m2 103.6 本 1 105 本 0.1584 m 0.129 m 134.3 ℃ 5.8入口における凝縮の確認 tw > Td =125.7℃ 入口で蒸気の凝縮無 6過熱ガスの冷却部の所要伝熱面積 6.1流路面積 6.1.1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 0.011 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 平均条件温度 mTs=(Td11+Td12)/2 162.85 ℃ 平均温度条件のガス密度ρvs 邪魔板間隔 B 3.05 kg/m3 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 0.00539 m2 チューブバンクの直行流速uvb 4.30 m/sec 6.2質量速度 6.2.1シェル側 ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積当たり 6.2.2チューブ側 １パス当たりの流路面積当たり 6.3チューブ側流速 uta=Gt/(3600*ρL) 6.4レイノルズ数及びｊ因子 シェル側ガスの粘度μs 0.0487 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 Gs=Ws/ae= Gt=Wt/atp= 47230 kg/m2hr 3656348 kg/m2hr 1.02 m/sec 訂2 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= 411.5 なので) 2 / 6 ページ 9310 0.00942 8508 31.91 6.5境膜伝熱係数 6.5.1シェル側境膜伝熱係数 シェル側ガスの定圧比熱Cps 0.682 kcal/kg.℃ 訂2 シェル側ガスの熱伝導率ks 0.0910 kcal/m.hr.℃訂2 シェル側 hk/φs=jHs*Cps*Gs*(ks/Cps*μs)^2/3 シェル側 φs=(μs/μw)^0.14≒ 1 シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt ∴hk= 6.5.2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= 6.6総括伝熱係数 清浄な状態 Uc=hｔo*hｓo/(hｔo+hｓo) rio 伝熱管をSUS27とし rm≒ 総括伝熱面積 Ucn=1/(1/Uc+rio+ro+rm) 594.1 594.1 kcal/m2hr℃ 329.9 kcal/m2hr℃ 4235 3141 kcal/m2hr℃ 298.6 kcal/m2hr℃ 0.002697 m2hr℃/kcal 0.000089 m2hr℃/kcal 157.9 kcal/m2hr℃ 6.7平均温度差 △tdm=△ttdm*FT 130.1 ℃ 6.8過熱ガスの冷却部所要伝熱面積 Ash=Qds/Un*dtdm 0.61 m2 6.9過熱ガスの冷却部所要伝熱管長さ Ltsh=Ash/(π*Dto*Nt) 0.194 m 7凝縮部の所要伝熱面積 7.1凝縮部有効伝熱管長さ Ltc=Lt-Ltsh 2.736 m 7.2凝縮境膜伝熱係数 7.2.1修正Ｄｅｖoｒｅ法 伝熱管本数Nt 伝熱管凝縮部長さLtc 凝縮量Wls 105 本 2.736 ｍ 89.3 kg/hr 境膜温度を 59.2 ℃と仮定し 熱伝導率kls 密度ρls 粘度μls 0.557 kcal/m.hr.℃ 985.3 kg/m3 1.83 kg/m.hr 凝縮境膜伝熱係数 hmc1=C1(Nt)^c2*(Ltc/Wsl)^(1/3)*Ψ 18548 kcal/m2hr℃ 7.2.2概算法 凝縮液のレイノルズ数Rels=4Γ/μls 凝縮境膜伝熱係数 hmc2=0.012(4Γ/μls)^0.4*(kls^3*ρls^2*g/μls^2)^(1/3) 3.4 364.0 kcal/m2hr℃ 7.2.3シェル側凝縮境膜伝熱係数 hm (hmc1とhmc2の大きい方) 18548 kcal/m2hr℃ 3 / 6 ページ 7.2.4邪魔板間隔 B、切欠き高さ lc 凝縮部の入口基準の蒸気密度ρvs 3.33 kg/m3 邪魔板間隔 B 0.104 m 切欠き高さ lc = lcDsi * Dsi 0.043 m シェル側ガスの粘度μs 0.0487 kg/m.hr ﾁｭｰﾌﾞﾊﾞﾝｸ直行流れ有効面積 ae 訂2 0.00539 m2 シェル側の質量流量Wms 210.0 kg/hr シェル側の質量速度Gs=Ws/ae 38948 kg/m2hr シェル側レイノルズ数 Res=Dto*Gs/μs= 7678 チューブバンクの平均直行流速uvb 3.25 m/sec 7.2.5チューブ側境膜伝熱係数hto 3141 kcal/m2hr℃ 7.3境膜温度の計算 境膜温度tf 50.8 ℃ 7.4複合伝熱係数he rio 伝熱管をSUS27として rm≒ 0.000089 m2hr℃/kcal 複合伝熱係数 he=1/(1/hto+rio+ro+rm+1/hmc) 7.5概略伝熱面積計算時に仮定した総括伝熱係数Utcの確認 清浄な状態 Ucc=hｔo*hmc/(hｔo+hmc) rio 伝熱管をSUS27として rm≒ 0.000089 m2hr℃/kcal 総括伝熱係数 Uco=1/(1/Ucc+rio+ro+rm+1/hmc) 凝縮部の平均温度差 dtcm pt tc Mm Cpm λ ρms μms ks ae Gm 入口 200 254.7 20.48 kg/cm2 abs 9.033 ℃ 30 12.43 kcal/kg・℃ 0.656 kcal/kg 527.8 kg/m3 2.81 kg/m・h 0.0547 kcal/mh℃ 0.0846 m2 0.00539 kg/m2・hr 47230 2686 kcal/m2hr℃ 0.002697 m2hr℃/kcal 297.8 kcal/m2hr℃ 237.1 kcal/m2hr℃ 7.6各点の物性値 ℃ kg/hr kmol/hr 297.8 kcal/m2hr℃ 43.9 ℃ Utc=Ucn*Qds/Q+Uco*(Qco+Qcs+Qv)/Q ｔｇ Wgs 0.002697 m2hr℃/kcal 出口 40 165.4 15.52 9.032 25 10.65 0.707 580 3.64 0.0427 0.0989 0.00539 30666 平均 120.0 210 18.00 9.032 27.5 11.54 0.68 553.9 3.22 0.0487 0.0918 0.00539 38948 訂2 訂2 訂2 訂2 4 / 6 ページ 7.7各点のガス側境膜伝熱係数hs (1)中心点におけるガス側境膜伝熱係数hgm (2)入口点のガス側境膜係数 (3)出口点のガス側境膜係数 295.1 kcal/m2h℃ 331.4 kcal/m2h℃ 252.8 kcal/m2h℃ 7.8各点の拡散係数D、物質移動係数K (1)中心点の拡散係数 (a)H2O-(H2)Dag1 (b)H2O-(CO2)Dag2 0.203 cm2/s 0.0405 cm2/s 訂2 訂2 （ｃ）H2+CO2-H2O Dag123 成分 流量 W kg/hr 分子量 M mol流量 kmol/hr モル分率 y 平均分子量Mm H2O 46.950 18.016 2.61 0.1448 H2 24.701 2.016 12.25 0.6806 CO2 138.376 44.01 3.14 0.1747 混合ガス 210.0 18.00 1.0000 11.67 右式で近似する Da123=(1-yH2O)/(yH2/Daｇ1+yCO2/Daｇ2) 0.112 cm2/s 0.0402 m2/h 物性定数推算法p137 式6.16 (2)中心点のプラントル数Pr=Cpm*μm/km (3)中心点のシミット数Sc=μm/ρm/Dag123 0.362 0.376 (4)入口点の物質移動係数Kg1=hg1/Cpm1/Mm1/(Sc/Pr)^(1/2) (5)中心点の物質移動係数Kgm=hgm/Cpmm/Mmm/(Sc/Pr)^(1/2) (6)出口点の物質移動係数Kg2=hg2/Cpm2/Mm2/(Sc/Pr)^(1/2) 39.84 36.78 32.92 7.8各点の界面温度ti (1)入口点の界面温度 hg*(tg-ti)+Kg1*λm*Mm*LN((Pt-∑pi)/(Pt-∑Pv)) he*(ti-tc) よって tiは 122.6 ℃ 27487 27586 (2)出口点の界面温度 hg*(tg-ti)+Kg2*λm*Mm*LN((Pt-∑pi)/(Pt-∑Pv)) he*(ti-tc) よって tiは 2232 2332 (3)中心点の界面温度 hg*(tg-ti)+Kgm*λm*Mm*LN((Pt-∑pi)/(Pt-∑Pv)) he*(ti-tc) よって tiは 19797 19897 8.所要伝熱面積Areq 8.1各点の温度差 (1)入口の温度差 (2)出口の温度差 (3)中心点の温度差 ⊿t1=(ti-tc)1 ⊿t2=(ti-tc)2 ⊿tm=(ti-tc)m 91.8 ℃ 訂3式訂正 8.2伝熱面積A A=Q/2/he*(1/(⊿t1m/(2.3*Lt1m))+1/(⊿tm2/(2.3*Lt2m))) 8.3温度補正係数Ft R=(Tg12-Tg2)/(tc2-tc1) S=(tc2-tc1)/(Tg12-tc1) 32.8 ℃ 17.14 0.05 5 / 6 ページ 92.6 ℃ 7.8 ℃ 64.3 ℃ 6.63 m2 0.86 8.4所要伝熱面積Areq Areq=A/Ft 7.71 m2 8.5実際伝熱面積Aact Aact=π*Dto*Lt*Nt 9.27 m2 余裕率α=(Aact/Areq)*100 9.圧力損失 9.1シェル側 9.1.1過熱ガスの冷却部 流体摩擦係数 fsk 20.3 % 9310 なので Res= fsk= 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 邪魔板の枚数 Nh=Ltsh/B-1-Nbc シェル内圧力損失 △Pss 0.13455 9.27 kg/m2 0枚 12.2 kg/m2 9.1.2凝縮部 9.1.2.1全流量が中心点のガスの単相流とした場合（Kern法） 凝縮部中心点のガス密度ρvs 3.22 kg/m3 邪魔板間隔 B 邪魔板間内の流体の流速ucv ≦ 邪魔板の枚数 Nh=Ltc/B-1-Nbc 0.104 m 4.0 m/sec 25 枚 シェル側圧力損失△Psc=fsk*Gs^2*Dsi*(Nh+1)/(6.35*10^10*ss*De*φs) 9.1.2.2凝縮圧力補正係数F 凝縮圧力補正係数F = 0.8684 * ρvcρlc ^ 0.1278 0.4179 9.1.2.3凝縮部側圧力損失△Pc=△Psc*F 訂正1 訂正1 9.1.2.4出入り口ノズルの圧力損失△Pni、△Pno 入口管台内径 Dni= 50A 0.0495 入口管台圧力損失 △Pni=1.5*Vrn^2/(2*g)*ρvs 106.4 kg/m2 118.7 kg/m2 8.7 mmHg 36.8 kg/m2 出口管台内径 Dno= 25A 0.0384 m とすると 出口管台圧力損失 △Pno=0.5*Vrn^2/(2*g)*ρvo 9.1.3シェル側圧力損失 シェル側圧力損失 △Ps=△Pc+△Pni+△Pno 254.7 Kg/m2 11.0 kg/m2 訂正1 訂正1 154.3 kg/m2 11.4 mmHg 9.2チューブ側 流体摩擦係数 ftk Ret= 8508 なので ftk= 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 0.0103 894.2 kg/m2 132.5 kg/m2 1027 kg/m2 6 / 6 ページ
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