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基本設計を開始する際の出発点がプロセス設計です。化学工学についてある程度知っており、プロセス設計を学びたい方を対象としています。「プロセス設計の実務」はプロセス設計への実務編としてもご利用下さい。

プロセスエンジニアリングの計算ルール

ガスの圧力損失計算液体の圧力損失計算水スチームのフラッシュ計算縦型円筒容器の容量計算 前のページへ
ガス放出の必要時間液体ドレンの必要時間圧縮機の軸馬力計算ポンプの軸馬力計算 次のページへ

6.3 熱交換器の選定(No.38)(2009.11.22)
6.3.1 熱交換器の分類と種類
構造と分類

熱交換器の分類方法には色々あるが、最も広く用いられているのが構造による分類で、一般的にはチューブ式(tubular)、プレート式(plate)、再生式(regenerative)に分かれている。

この中のチューブ式には二重管式(double pipe)、シェル&チューブ式(shell & tube)、スパイラル式(spairal tube)があり、その中でも最も多く使用されているのはシェル&チューブ式熱交換器である。

シェル&チューブ式とTEMA

シェル&チューブ式熱交換器はその多様性から、扱う流体性状や使用目的に応じた型式を提供することが出来る。

このシェル&チューブ式に関する標準(standard)としてTEMA standardが有名である。このTEMAは”Tubular Exchanger Manufacturers Association, Inc.”の略で、1941年にTEMA StandardのFirst editionを出版して以来、2007年のNinth editionまでほぼ10年置きに更新している。(2018年現在、この2007 9TH EDITIONが最新です)
最新のNinth editionではそれ以前に無かった有限要素法により解析アプローチをベースにした基準や、長手バッフルの設計などが追加となっている。

このTEMAのホームページのTEMA Softwareから”Flow Induced Vibration Software”や”Fixed Tubesheet Software”などがダウンロード出来る。ただし、ライセンスアグリーメントなどを許諾が必要で有料である。

また、FAQ'sにアクセスすると、下記に示す”Specification sheets”と”Nomenclature Chart”が無料でダウンロードできる。


熱交換器における振動問題

多管式(シェルアンドチューブ式)熱交換器における振動問題に関しては熱交換器の設計上重要な問題です。この対策についてはTEMA Standardの中でも紙面が割かれており、設計上考慮しなければならない項目として以下の9項目を挙げています。詳細はTEMA Standardを参照ください。
この振動を考慮して熱交換器の伝熱設計を行う作業は煩雑で、最も工数を必要とする作業です。

  1. 熱交換器チューブ径
  2. 不支持のチューブスパン、つまり、じゃま板(バッフルプレート)同士の間隔
  3. チューブピッチ
  4. 胴側(シェル側)での流体の入口出口面積
  5. Uベンド領域
  6. チューブ材質と肉厚
  7. じゃま板の厚みとチューブ径
  8. チューブ欠損
  9. チューブ軸方向の負荷