건조기(드라이어)-전열면적 계산

건조기(드라이어) 전열면적 계산에 대하여

·원료 처리량 5000kg/hr,  고형분 40%  수분 60%
·제품량 고형분 94% 수분 6%

·수분증발량 3000-128=2872kg/hr
·냉각기 입구 80℃ 포화상태 Hs=0.546kg 수분/건조 공기 i=363.4kcal/kg 건조 공기
·냉각기 출구 40℃ 포화상태 Hs=0.048kg 수분/건조 공기 i=39.6kcal/kg 건조 공기
·배기가스량 (건조 공기 베이스) 2872/0.546=5260kg/hr
·냉각기로 제거해야 할 열량 5260×(363.4-39.6)
·냉각기 크기
     냉각수 입구 온도 30℃
     냉각수 출구 온도 35℃
     배기 가스 입구 온도 80℃
     배기 가스 출구 온도 40℃
     평균 온도차  23.3℃
 

 

◈ 제거해야할 수분량 계산

     제거할 수분량(W)=5,000㎏ * {(0.6-0.06)÷(1-0.06)}=2,872㎏
 

◈ i 의 계산방법

각 조건의 엔탈피를 찾습니다.  0 ℃의 공기와 물의 엔탈피를 각각 0 (기준)으로 합니다.
0 ℃에서 물을 증발시키기 위한 증발 잠열과 그 공기를 t ℃로 하는데 필요한 열량입니다.

 i=(2.50*10^3H+(1.00+1.88H)t)/4.19 입니다.

2.50*10^3[kJ/kg]: 0℃의 물 증발 잠열 [kJ/kg] 입니다.
1.00 + 1.88H : 습도 H [kg-H2O/kg-dryair] 공기의 비열 [kJ/kg·K] 입니다.
4.19 : 열의 일(업무)등량 [kJ/kcal] 입니다.  kJ를 kcal 로 환산하고 있습니다.
 

◈ 평균 온도차의 계산방법

대수 평균 온도차를 계산하는 방법에 대해서 정리해봅니다.
평균을 내는데, 직선적으로 변화하는 것의 평균(적분해서 적분구간으로 나눈다)이라면, 상가평균(相加平均)으로 좋지만, 지수함수적으로 변화하는것의 평균(적분해서 적분구간으로 나눈다)은 대수평균입니다. 공식은 다음과 같습니다.

Δt=(Δt1-Δt2)/(2.303log10(Δt1/Δt2))

Δt1, Δt2는 어느 한쪽 유체의 입구, 출구에서의 고온 유체와 저온 유체의 온도차이지만, 고온 유체의 입구측을, 저온 유체의 입구로 한다(병류)고는 할 수 없습니다.
고온 유체의 입구 쪽을, 저온 유체의 출구 쪽으로 하는(역류) 것이 보통입니다.

 
◈ 총괄전열계수 및 전열 계산

전열의 기본식은、 q=U·A·Δt 입니다.
q : 전열량  [kJ/h]
U : 총괄전열계수  [kJ/㎡・h・K]
A : 전열면적  [㎡]
Δt : 온도차  [K] 에서、

A = q/(u・Δt) 

입니다.  각각 계산해 보겠습니다.
 ◇ 
i=(2.50*10^3H+(1.00+1.88H)t)/4.19
 

80[℃]일 때,
i=2.50*10^3*0.546+(1.00+1.88*0.546)/4.19=364.5[kcal/kg]

 
계수를 취하는 방법에서 약간 다르지만, 계수는 얼마를 사용할것인가는, 하기와 같이 사용하겠습니다.
 
총괄전열계수  150kcal/㎥hr℃
교환열량  1,703,200kcal/hr
필요전열면적  1,703,200/23.35×150

 
 Δt=(Δt1-Δt2)/(2.303log10(Δt1/Δt2))
 Δt=((80-35)-(40-30))/(2.303*log10((80-35)/(40-30))=23.3[℃]
 
◈  전열 면적 계산
      A=q/(u·Δt)
      A=1,703,200/(150*23.3)=487.3[㎡]
 
◈  필요 열량 
      1,703,200 kcal/hr

 

◈  필요 증기량 계산

        사용 증기 압력 :  0.2 MPa·G (잠열: 516.88 kcal/kg)
        1,703,200 kcal/hr ÷ 516.88 kcal/kg = 3,295.16 kg/hr
 

◈  드레인 발생량 (0.2㎫의 잠열 516.88 kcal/kg) 

      3,295.16 kg/hr 
 

◈  고정오리피스식 스팀트랩인 O-TRAP 기종선정(Model)
     O-TRAP EL-381   (←드레인 배출능력 Max 5,100 kg/hr)

O-TRAP-EL-376납품사양서-응축수배출성능유량곡선-

 

O-TRAP 홈페이지 :  URL :  http://k.o-trap.cn 

 

추가 참고 사항 ;

기초식 ... Q=U * A * ΔTLMTD
열의 이동량을 구하는 것은 상기의 기초식도 있습니다.
예를 들어, 냉각탑을 사용하여 30 ℃ 의 물 1,000 L/min 을 25 ℃ 까지 식히는데 저온측 23 ℃ 의 물을 1,500 L/min 사용했을 때의 총괄 전열계수를 구하고 싶은 경우는, 다음과 같이 산출할 수 있습니다.
단, 물의 밀도 ρ는 1,000 kg/㎥, 물의 정압비열 c는 4.186 kJ/kg·℃, 전열면적 A는 150 ㎡ 으로 합니다.

고온측 열 이동량은,
q=W*c*ρ*ΔT=1000*10^-3/60*4.186*1000*(30-25) ≒ 348.8 [kW]

고온측과 저온측은 열교환하고 있기 때문에 열의 이동량은 같으므로, 저온측의 출구온도를 구하면,
저온측 출구 온도 = 입구 온도 + q/(W*c*ρ)
＝23+348.8/(1500*10^-3/60*4.186*1000) ≒ 26.3 ℃
온도 조건으로부터 대수 평균 온도차를 얻을 수 있기 때문에, 총괄 전열 계수는 아래의 식으로 구할 수 있습니다.
U＝q／(A*ΔTLMTD)
=348800 / { 150*[(30-26.3)-(25-23)] / [In(30-26.3)/(25-23)] }
≒ 841.5 W/(㎡·℃)