CON MG7900 Lt3.52 t1.6 Nt216 固三 5区分 H280818へ

CON 胴H管L MG7900 Lt3.52 t1.6 Nt216 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
NO
30
O2
32
N2
28
***
合計
平均
28.56
kg/hr
685.0
740.0
5625.0
凝縮性ガス組成等
成分
mol
H2O
18.0
合計
7050.0
Wt. frac. kg・mol/hr mol・frac.
0.0972
22.8
0.092
0.105
23.1
0.094
0.798
200.9
0.814
0.000
0.0
0.000
1.000
246.9
1.000
kg/hr
850.0
850.0
Wt. frac. kg・mol/hr mol・frac.
1.000
47.2
1.000
1.000
47.2
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0kg/m2と仮定
45 ℃における飽和蒸気の圧力pvo
1.033 kg/cm2abs
0.0977 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
0.9354 kg/cm2abs
出口における蒸気量Wvo=mog*pv/pg
25.77 kg・mol/hr
463.9 kg/hr
蒸気の凝縮量Wl=Wvi-Wvo
386.1 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
7050.0
7050.0
850.0
463.9
41410
温度
圧力
デューポイント
バブルポイント
T
P
℃
kg/cm2 abs
℃
℃
137
1.033
55.7
45
汚れ係数
ｒ
m2hr℃/kcal
0.0001
0.0001
0.1
0.5
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=
45
管側
冷却水
入口
出口
1.033
30
3
固定管板
0.019
0.0016
0.0158
3.52
0.025
3.交換熱量
3.3交換熱量Q=Qgi-Qgo
41410
40
三角配列
m
m
m
m
m
411842 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=
91.0
℃
1 kcal/m.hr.℃
544.7 kcal/kg
ガスの凝縮と凝縮液冷却で上昇する冷却水温度 ttc2
35.3 ℃
過熱ガス部の平均温度差△tdm=△ttdm*FT
44.7 ℃
ガス凝縮部の平均温度差△tcm=△ttcm*FT
16.9 ℃
平均温度差△tm=Q/(Qds/△tdm+((Qv+Ql)/△tcm))
25.4 ℃
5.概略伝熱面積及び寸法
総括伝熱係数　U
500 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
→
32.40 m2
154.3 本
4
Nt=
Dsi=
Dotl=
216 本
0.45 m
0.4 m
2.62
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)
50.8 ℃
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
m2
7.9過熱ガスの冷却部所要伝熱管長さ
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
3.52 m
8.2凝縮境膜伝熱係数
8.2.1修正Ｄｅｖoｒｅ法
凝縮量Wl
境膜温度を
386.1 kg/hr
39.5 ℃と仮定し 熱伝導率kls
密度ρls
粘度μls
0.537 kcal/m.hr.℃
988.1 kg/m3
2.59 kg/m.hr
凝縮境膜伝熱係数 hmc1=C1(Nt)^c2*(Ltc/Wls)^(1/3)*Ψ
8.2.2概算法
凝縮液のレイノルズ数Rels=4Γ/μls
12000 kcal/m2hr℃
5.70
凝縮境膜伝熱係数 hmc2=0.012(4Γ/μls)^0.4*(kls^3*ρls^2*g/μls^2)^(1/3)
8.2.3シェル側凝縮境膜伝熱係数 hmc
341.7 kcal/m2hr℃
12000 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
3836 kcal/m2hr℃
2 ページ
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)
46.1 ℃
8.3.2境膜温度
チューブ側レイノルズ数 Ret
22401
境膜温度tf
39.4 ℃
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)
0.00012 m2hr℃/kcal
0.000114 m2hr℃/kcal
1474 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
1
1
チューブ配列 t配列
AR3
0.0209 m
0.012 m
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
仕切板中心からチューブ中心までの間隔 lp
流れに直行するチューブ隙間の有効数 nG
0.019 m
12
1.03
0.542
0.161
0.07317
28.4
ガス密度ρvs=mvs / 22.4 * 273 / (273 + Td11) * pvs / 1.03
邪魔板間隔 B
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
105329 kg/m2hr
3913161 kg/m2hr
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
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
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=
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
kg/m3
m
m
m2
m/sec
1.1 m/sec
0.0736 kg/m.hr
27191
0.006175
2.76 kg/m.hr
22401
79.03
222.8 なので)
0.262 kcal/kg.℃
0.0276 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
3 ページ
∴hk=
216.4
216.4 kcal/m2hr℃
管束の直交流れ部分における管本数の割合 Fc
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
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=
0.45 mなら
σsb=
シェルと邪魔板の隙間における漏れ面積 asb
邪魔板の漏れ補正係数 JI
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=
0.8072
1.117
0.000628
0.004658 m2
0.004 m
0.001671 m2
0.8338
0.3704
3
0.3333
0.9387
0.838
シェル側境膜伝熱係数 hso=hk*Jc*Jl*Jb*Jt
158.5 kcal/m2hr℃
hg=hso
158.5 kcal/m2hr℃
8.6各点の伝熱面積
8.6.1各点の物性値
ｔｇ
pπ
M
Cp
ρs
μs
ks
K
kg/cm2 abs
kcal/kg.℃
kg/m3
kg/m.h
kcal/m.h.℃
8.6.2モル分率y
成分
入口
出口
8.6.3拡散係数
入口D4i
出口D4o
平均D4m
m2/hr
m2/hr
入口 i
410.2
1.033
26.86
0.270
0.801
0.0792
0.0311
出口 o
318.2
1.033
27.56
0.255
1.059
0.0680
0.0241
NO
0.0774
0.0835
O2
0.0787
0.0849
平均値 m
364.2
1.033
27.21
0.263
0.930
0.0736
0.0276
N2
0.6834
0.7371
***
0.0000
0.0000
H2O
0.1605
0.0945
混合ガス
1
1
0.1908
0.1240
0.1574
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　℃
137.0
121.7
106.4
全ガス圧pπ
1.033
1.033
1.033
入口 pv
0.1658
入口 pg
0.8671
tiの仮定
56
55
53
pi
0.1462
0.1364
0.1250
r
567.3
568.1
569.2
hgtg
19262
18746
18026
heti
19272
18755
18035
53.1
51.6
49.9
tiの決定
3
91.1
1.033
0.503
0.700
26.19 kgmol/m2hr
4
75.8
1.033
5
60.5
1.033
出口
45.0 ℃
1.033 kg/cm2abs
kg/cm2abs
51
0.1118
570.5
16975
16982
47.6
4 ページ
48
0.0962
572.2
15383
15391
44.7
45
0.0779
574.5
12862
12871
40.7
38
0.0564
577.9
8596
8604
34.7
℃
kg/cm2abs
kcal/kg
℃
Pbm
tg-ti
⊿ｔｇ
⊿ｐｇ
1～出口 pg
1～出口 pv
凝縮性ガスWv
凝縮液Wl
850.0
0
非凝縮性ガスCp
h"
q
792206
⊿q
0
tc
40
(tg-tc)
[U(tg-tc)]av
⊿A
0.877
83.9
15.3
0.00416
0.8713
0.1616
824.2
25.8
0.246
646.9
747227
44979
38.9
82.8
18751
2.40
0.884
70.1
15.3
0.00641
0.8777
0.1552
785.7
64.3
0.245
641.5
694694
52534
37.6
68.8
18030
2.91
0.893
56.5
15.3
0.00948
0.8872
0.1457
729.9
120.1
0.244
635.7
631780
62914
36.1
55.0
16979
3.71
0.904
43.5
15.3
0.0138
0.9010
0.1319
650.4
199.6
0.243
629.8
554853
76928
34.3
41.5
15387
5.00
0.919
31.1
15.3
0.0203
0.9213
0.1116
538.2
311.8
0.243
623.5
457923
96930
31.9
28.6
12867
7.53
0.938
19.8
15.5
0.0305
0.9518
0.0811
378.5
471.5
0.242
617.0
331509
126414
28.9
16.1
8600
14.70
5.31
9.02
14.02
21.55
36.25
8.7伝熱面積A
(1)A=∑⊿A
28.03
(2)温度補正係数Ft
R=(Tg12-Tg2)/(ttc2-tc1)
S=(ttc2-tc1)/(Tg12-tc1)
℃
℃
kg/cm2abs
kg/cm2abs
kg/cm2abs
kg/hr
kg/hr
kcal/kg℃
kcal/kg
kcal/hr
kcal/hr
℃
℃
m2
36.25 m2
2.01
0.21
0.96
出口蒸気を計画値463.9kg/hにする所要伝熱根面積
(3)所要伝熱面積Areq
Areq=A/Ft
29.20
37.76 m2
(4)実際伝熱面積Aact
Aact=π*Dto*Lt*Nt
45.36 m2
(5)余裕率α=(Aact/Areq-1)*100
20.1 %
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
なので　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
kg/m2
シェル内圧力損失 △Pss
kg/m2
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=
27191 なので　流体摩擦係数 fsk
邪魔板の枚数 Nh=Ltc/B-1-Nbc
fsk=
シェル側圧力損失△Psc=fsk*Gs^2*Dsi*(Nh+1)/(6.35*10^10*ss*De*φs)
9.2.2凝縮圧力補正係数F
凝縮圧力補正係数F =x* (0.8684 * ρvcρlc ^ 0.1278)
0.1047
5枚
204 Kg/m2
0.1977
9.3.4凝縮部側圧力損失△Pc=△Psc*F
40.4 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=
350A
0.3334
入口管台圧力損失 △Pni=1.5*Vrn^2/(2*g)*ρvs
60.4 kg/m2
出口管台内径 Dno=
300A
0.2980 m　とすると
出口管台圧力損失 △Pno=0.5*Vrn^2/(2*g)*ρvo
5 ページ
21.6 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
122.4 kg/m2
9.3.7チューブ側（全体）
流体摩擦係数 ftk
Ret=
22401 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
6 ページ
ftk=
0.007865
1698 kg/m2
608 kg/m2
2305 kg/m2