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  가열 필요 열량 계산 문의
  글쓴이 : hjh0411   고유ID : mightyhun     날짜 : 18-12-12 13:40     조회 : 498    
안녕하십니까
열량 계산 중 궁금한 내용이 있어서 문의드립니다.
10kgf/㎠의 스팀을 이용하여 A물체 (액체)를 30℃에서 180℃까지 가열 시킨 후 5시간 교반시킵니다
이때 필요한 열량을 알고 싶은데, (C=0.57Kcal/kg℃, M=2,000kg)

우선 Q=CMT 공식에서 C와 M, T는 알고 있는 값이니 대입해서 계산하면 Q가 얻어지고
계산된 Q를 10K 스팀의 증발잠열로 나누어 주면 필요한 이론적인 스팀량이 나오는 것은 알겠습니다.
그런데 가열 후 5시간 교반하는 도중에 전도를 통한 열전달로 인해 반응관 내부의 온도가 계속 떨어질 것이고
다시 스팀을 공급해야 일정한 온도로 교반이 가능할 것 같은데 여기서 추가 공급해야 할 열량을 어떻게
계산해야 될지 모르겠습니다.

* 전도 공식 Q=-KA△T/△X를 사용하니 시간당 너무 큰 열량이 계산됩니다. (복사, 대류는 무시하였습니다)
  (가열하는 데 필요한 열량 대비 10배 이상으로 계산됨)
  k = 14kcal/mhc (SUS304의 열전도도)
  A = 13㎡ (ID 1.5m * H 2m의 반응관을 원통으로 계산하여 대략적인 겉넓이 계산)
  △T = (반응관 내부 180℃-외기온도 40℃=140)
  △X = 0.01m (SUS 두께 10mm로 계산)
혹시 여기서 제가 잘못 생각한 부분이 있다면 알려주시면 감사드리겠습니다.

스테파노 Stefano   18-12-12 14:06
(1) 열 손실량에 관한 내용인데 해당 장치가 잘 보온된 경우에는 열손실량이 크지 않기 때문에 보온 상태에 따라 가열열량의 일정비율 (예를 들어 3%) 고려해주면 됩니다. 

보통 열손실은 보온재 표면에서 일어나는 일이고 보온재가 가열된 상태에서 열이 전달되어도 보온재 표면에서의 대류열전달에 의해 전달되는 전열계수에 의해 열손실량이 결정됩니다. 

(2) 질문에서의 전도에 의한 열손실의 경우에도 금속 표면에서는 항상 대류 열전달에 의해 손실되는 것이라서 그 금속표면의 대류열전달이 고려되어야 합니다.    열손실을 방지하기 위해 보온한 경우 금속의 열전도에 의한 열전달계수는 거의 무시해도 차이가 별로 없습니다.  결국 보온재의 열전도와 보온재 표면에서의 대류열전달에 의한 열전달계수에 의해 손실량이 결정됩니다.

(3) 액체를 180도까지 가열하는 경우에는 용기 벽면을 통한 열손실 보다는 액의 증발에 의한 열손실이 훨씬 크고 특히 Reflux Condenser를 둔 경우라면 일정부분의 액이 증발되어 나가는 잠열손실과 Reflux에 의해 흘러들어오는 Cold Liquid의 현열부하가 아주 중요하고 열량의 대부분을 차지하게 됩니다. 

혹시나 Reflux System을 갖추고 있는지 먼저 확인해 보세요.
     
hjh0411 mightyhun   18-12-12 14:20
Reflux System을 갖추고 있습니다. (180℃에서의 증발 증기를 Cooling Water로 열교환)

그런데 일정부분 액의 잠열 손실과 현열 부하를 어떻게 계산해야 될까요...
(가열 물체는 Ethylene Glycol입니다)
스테파노 Stefano   18-12-12 14:52
열수지를 정밀하게 계산해야 하겠지만,

Reflux System을 두고 있는 경우라고 하면 증발량에 증발잠열을 곱하여 잠열부하로 계산(1식)하고 Cold Reflux Liquid가 유입되면 이를 (2)식으로 계산해야 합니다.  Reflux를 제외한 유체의 흐름이 없다고 가정하면..

q1 = 증발유량 * (증발잠열)  ....................................(1)  <---잠열부하
q2 = Reflux 유량 * (비열) * (증발온도-Reflux 온도).........(2)  <--현열부하
q3 = (열손실 비율)*(q1+q2) ......................................(3)  <--열손실


전체 열부하, q = q1+q2+q3 = q1 + q2 + (열손실비율)*(q1+q2) = (1+열손실비율) * (q1+q2) .........(4)
     
hjh0411 mightyhun   18-12-18 09:20
답변 감사드립니다.

Cooling Water 측도 그렇고 유체쪽에도 나가는 유량은 알수가 없는데

증발 유량과 Reflux 유량을 모르면 어떻게 계산해야 할까요?
스테파노 Stefano   18-12-18 13:20
유량을 적당한 방법으로 측정하여야 계산이 가능합니다.  증발되어 응축되는 액을 일정시간(t) 동안 용기에 받아 무게(w)를 재서 w/t를 계산하면 유량을 추정할 수 있겠지요.
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