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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

2.2 熱収支計算表の作成

熱収支計算表を、前回の「熱収支計算の基礎」で説明した計算手順をもとに作成します。
計算表への追加や変更については後述しますExcelファイルのシート”GasBal&0.6”のA列目に注釈として説明文を挿入しました。以下にその内容を転記します。

  1. 69行目にApproach temperature ℃(平衡温度からのズレ)を指定できるようにしました。Excelファイルには代表的なアプローチ温度を記入しています。(最終的には触媒メーカとの協議で決める)
  2. 77行目には200行目に計算している合計熱量を表示。
  3. 79行目にCO shift反応器を断熱とした場合の出口温度の繰り返し計算を追加。ここではCO shift反応器の入口出口の熱量の比が1になうように出口温度を変更しています。ただし、そのたびにCO shift自身(18行目)の繰り返し計算を行う必要があります。
  4. 83行目にstream中のH2Oの露点を追加。この温度は次の繰り返し計算の初期値(計算値)に使用されています。
  5. 84行目にはstream中のH2O分率から計算した分圧と蒸気圧に関する繰り返し計算を追加しました。
  6. 108~130行にはGasのエンタルピー(顕熱分)の計算を追加。
  7. 131~151行にはLiquidのエンタルピー(顕熱分)の計算を追加。
  8. 152~173行には熱量(顕熱分)の計算を追加。
  9. 179~199行には生成熱の計算を追加。
  10. 200行目には熱量合計を追加。


これらの追加や変更それ自身は簡単で問題ないのですが、各streamで繰り返し計算が追加となり、そのたびにExcelツールの”ソルバー”や”ゴールシーク”を使うと手間ばかりかかります。そこで、この熱収支計算表での繰り返し計算用にマクロを使用することをお奨めします。その一例を下記に紹介します。ただし、ウィルス対策のためにExcelファイルにはこのマクロを挿入しておりませんので、ご自身でマクロを作って下さい。

「繰り返し計算のためのマクロを作る」

  1. ゴールシークを使用して繰り返し計算を実行します。
  2. マクロの対象となるセルは上下二セルで、下段セルには比較対象となる二変数の割り算計算式を置く。
  3. 上段セルには割り算計算式で使用されている目的となる変数(例えば温度)を置く。
  4. 先ほどの二変数の割り算結果が1.00000(小数点以下の桁数は計算精度に依存する)になるように、上段セルを変えていく。
  5. マクロに挿入する計算式は、ActiveCell.GoalSeek Goal:=1, ChangingCell:=ActiveCell.Offset(-1, 0).Range("A1")


今回のExcelファイルには、今回の熱収支計算を追加したシート「GasBal&0.6」と物性を示した「HeatCapacity」を追加しました。

ダウンロードする LinkIcon

警告:本Excelファイルで使っている物性は理想状態を前提としているので、実ガスなど理想状態から外れる環境では精度が低く、その計算結果を保証するものではありません。
よって本Excelファイルを使用して計算した結果を使用する場合には、十分に注意を払う必要があります。

熱損失係数

化学プラントからの熱損失は容器や熱交換器あるいは燃焼炉などの壁面から大気に放出される熱で、大型の化学プラントでは機器が蓄えている熱量の1~3%程度で、小型になればその熱量は急速に増大します。
建物からの放熱については熱損失係数あるいはQ値は下記のように定義されており、建物の延べ床面積に対する放熱量で計算されます。

熱損失係数(Q値)=建物から逃げる熱量[W/K]÷延床面積[m2]

詳細については”よくわかる省エネの熱損失係数”を参照してください。