게시판 > 질답게시판 > 상변화있는 열교환기 설계 질문입니다.

스테파노 Stefano

09-06-07 20:33

(0) Horizontal, Flooded Condenser, Seal Loop
질문의 예는 수평형(Horizeontal)이고, 메탄올이 응축(Condensing)하고나서 다시 과냉각(Subcooling)되는 응축기인데 이를 "Flooded Condenser"라고 부릅니다.

Flooded Condenser는 액이 수평을 이루고 열교환기에 채워져 있을 것이므로 응축영역과 과냉영역의 면적을 별도로 구하여 전체의 면적을 구합니다. 전열면적을 구할 때 L1+L2로 해서 구하는 방법은 문제없지만 열교환기의 응축액이 바로 빠져나오지 못하게 응축기 출구 Line을 Seal-Loop로 만들어 주어야지 그렇지 않으면 원하는 과냉온도를 얻을 수 없습니다.

(1) 온도 Profile에서 냉각수 온도 곡선
온도 Profile에서 메탄올의 온도는 등온에서 응축되고 그리고나서 나서 온도가 떨어지기 때문에 한번 꺽여져 있고 냉각수는 직선으로 그려져 있습니다. 그러나 냉각수 온도도 같은 위치에서 꺾여진 점을 가집니다. 구해본 냉각수 중간 온도는 이 점이 될 것입니다.

(2) Heat Transfer Coefficient on Condensing Area
잠열영역에서의 열전달계수는 응축이 일어나는 쪽에서의 개별열전달계수와 냉각수 쪽의 개별열전달 계수를 이용해서 구하는데 응축액의 Loading을 고려해서 추정합니다.

교재에서 어떤 모델수식을 쓰고 있는지 알수 없지만 Vertical Condenser와 Horizontal Condenser는 서로 다른 수식으로 계산합니다. (McAdams 의 "Heat Transmission", D.Q. Kern의 "Process Heat Transfer", 등의 자료를 찾아보세요)

질문에서 hn을 언급하고 있는데 이것이 무엇을 의미하는지 설명해 주세요.

(3) 메탄올 물성
응축시에는 메탄올 물성은 비점에 있는 액상의 물성을 이용하여 개별열전달계수를 계산해야 하고, 과냉시는 평균 액상온도에서의 물성을 적용해서 구하면 됩니다. 기상이나 액상의 물성은 Perry 핸드북에서 찾아볼 수 있습니다.

(4) 1-1 or 1-2 Exchanger
응축영역과 과냉영역의 전열면적이 별도로 구해진 다음에는 U1, U2를 면적에 대해 평균하여 얻어지는 평균 U와 평균LMTD및 LMTD Correction Factor를 적용하여 전체 전열면적을 구하면 됩니다. 그리고 나서 Seal Loop는 과냉 전열면적부분 만큼 액에 잠기도록해 주면 됩니다.

수계산을 위한 상세한 내용은 교재, 혹은 (2)에서 소개한 교재, 혹은 E. Ludwig의 Applied Process Design for Chemical & Petrochemical Plants 등에서 찾아볼 수 있습니다.

(0) Horizontal, Flooded Condenser,  Seal Loop
질문의 예는 수평형(Horizeontal)이고, 메탄올이 응축(Condensing)하고나서 다시 과냉각(Subcooling)되는 응축기인데 이를 "Flooded Condenser"라고 부릅니다.

Flooded Condenser는 액이 수평을 이루고 열교환기에 채워져 있을 것이므로 응축영역과 과냉영역의 면적을 별도로 구하여 전체의 면적을 구합니다.   전열면적을 구할 때 L1+L2로 해서 구하는 방법은 문제없지만  열교환기의 응축액이 바로 빠져나오지 못하게 응축기 출구 Line을 Seal-Loop로 만들어 주어야지 그렇지 않으면 원하는 과냉온도를 얻을 수 없습니다.

(1) 온도 Profile에서 냉각수 온도 곡선
온도 Profile에서 메탄올의 온도는 등온에서 응축되고 그리고나서 나서 온도가 떨어지기 때문에 한번 꺽여져 있고 냉각수는 직선으로 그려져 있습니다.  그러나 냉각수 온도도 같은 위치에서 꺾여진 점을 가집니다.  구해본 냉각수 중간 온도는 이 점이 될 것입니다.

(2) Heat Transfer Coefficient on Condensing Area
잠열영역에서의 열전달계수는 응축이 일어나는 쪽에서의 개별열전달계수와 냉각수 쪽의 개별열전달 계수를 이용해서 구하는데 응축액의 Loading을 고려해서 추정합니다.

교재에서 어떤 모델수식을 쓰고 있는지 알수 없지만 Vertical Condenser와 Horizontal Condenser는 서로 다른 수식으로 계산합니다.  (McAdams 의 "Heat Transmission",  D.Q. Kern의 "Process Heat Transfer", 등의 자료를 찾아보세요)

질문에서 hn을 언급하고 있는데 이것이 무엇을 의미하는지 설명해 주세요.

(3) 메탄올 물성
응축시에는 메탄올 물성은 비점에 있는 액상의 물성을 이용하여 개별열전달계수를 계산해야 하고, 과냉시는 평균 액상온도에서의 물성을 적용해서 구하면 됩니다.   기상이나 액상의 물성은 Perry 핸드북에서 찾아볼 수 있습니다.

(4) 1-1 or 1-2 Exchanger
응축영역과 과냉영역의 전열면적이 별도로 구해진 다음에는 U1, U2를 면적에 대해 평균하여 얻어지는 평균 U와 평균LMTD및 LMTD Correction Factor를 적용하여 전체 전열면적을 구하면 됩니다.  그리고 나서 Seal Loop는 과냉 전열면적부분 만큼 액에 잠기도록해 주면 됩니다.

수계산을 위한 상세한 내용은 교재, 혹은 (2)에서 소개한 교재, 혹은 E. Ludwig의 Applied Process Design for Chemical & Petrochemical Plants 등에서 찾아볼 수 있습니다.

jump doitnow875

09-06-10 23:18

이제야 확인했습니다. ^^; 답변 정말 감사드립니다~^^

이제 열교환기에 대해 배우고 있는 대학생으로서 간단한 기초밖에 모르기 때문에
이렇게 복잡하고 고려해야 할 것이 많은 줄 몰랐습니다;;

hn이라고 한 것은 제가 공부하는 교과서에 나와있는 식으로

hn=0.729((k^3*ρ^2*g*λ)/(N*△To*Do*μ))^(1/4)

으로서 k, ρ, μ 는 응축되서 생기는 필름에서의 온도(Tf)입니다.
N 은 적층내 관의 수
△To는 응축물의 응축온도(138도) - 튜브외벽의온도 입니다.

저는 ho가 있고, hn이 새로 생기는 만큼 기존 ho에 추가되는 것이라고 생각했었습니다.
하지만 문제를 풀다보니 hn이라는 식에 ho값이 포함이 된 것 같이 ho를 따로 취급하지 않는 것을 볼 수 있었습니다.
아직 이 식 및 잠열구간의 열전달 계수에 대한 이해가 안되서 표현 및 설명이 부족한 점 이해 부탁드립니다.

책이 옆에 없기 때문에 추후 필요시 더 자세히 써 올리겠습니다.

혹시 저 수식을 알고 계신다면.. 추가로 간단한 설명좀 부탁드립니다.
특히 물성의 기준이 되는 필름에서의 온도를 잘 모르겠습니다;;
교과서엔 수평일때의 식은 없고 수직일때의 식Tf를 구하는 식밖에 없습니다;;

(마지막으로 아직 찾아보진 않았지만 추천 자료 찾아보고 공부하겠습니다!)

긴 답변 감사드립니다 ^^