溶剤槽の冷却について
- 溶剤槽の冷却方法をシミュレーションするために、溶剤の温度変化を計算したい
- 溶剤の体積、比重、比熱、初期温度や冷却水の条件を考慮して計算が必要
- 熱力学の知識がないため、わかりやすく教えてほしい
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溶剤槽の冷却について
溶剤槽(SUS304 t3)に冷却水用のジャケットを直に溶接し、溶剤の昇温を抑える構造の装置の設計をしております。それにあたり、溶剤の経過時間毎の温度変化をシュミレーションしたく、下記条件においての溶剤の温度変化の計算方法をご教示いただきたくお願い致します。 ◎溶剤・・・体積：約1.9l、比重：0.97kg/cm3、比熱：0.461cal/(g・℃)、初期温度：20℃ ◎溶剤槽熱源：ヒーター（0.6kW、5min）※最初の5分のみ ◎溶剤槽：SUS304 t3、冷却水ジャケットとの接触面積：約0.08m2 ◎冷却水(市水)・・・体積約1.8l、水温：25℃一定、流量：10l/min 以上、条件となります。 当方、熱力学に関しましては全くの初心者でありますので、どなたか知見のある方、判り易く教えていただけますでしょうか。 宜しくお願い致します。
- noah1970
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前の説明でご理解いただけたのなら、冷却水を流しながらヒーターに通電した場合の温度上昇も、ご自身で計算できそうに思いますので、結果だけお知らせします。 20℃の溶剤は、ヒーター5分間の加熱で、30.6℃温度上昇し、50.6℃に到達するという計算結果です。
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- ohkawa3
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溶剤の体積：1.9 L、比重：0.97から、溶剤の質量は1843 g 溶剤の比熱：0.461 cal／ｇ℃＝1.93 J／g℃から、溶剤の熱容量は3555 J／℃ 0.6 kWのヒーターで5 min＝300 sで投入されるエネルギーは、600 W×300 s＝180 kJ このエネルギーによる溶剤の温度上昇は、180 kJ÷3555 J／℃＝50.6 ℃ 初期温度が20 ℃なので、加熱後の溶剤の温度は 70.6 ℃ ジャケット熱伝達係数を、冷却水側：500 W／m2℃、溶剤側：200 W／m2℃と見積もれば、 熱抵抗は、冷却水側：0.025 W／℃、溶剤側：0.063 W／℃、合計0.083 W／℃のように求められる。 70.6 ℃まで加熱された溶剤に、25 ℃の冷却水を通水して冷却すれば、 （70.6 ℃－25 ℃）÷0.083 Ｗ／℃＝518 Ｗの仕事率で冷却、溶剤の温度低下が始まる。 時間が経過して溶剤の温度が冷却水温度に近づくに従って冷却の仕事率は低下することを 考慮して数値計算した結果は次の通り。 溶剤温度の略算結果： 時間（分） 溶剤温度（℃） ０ 70.6 ２ 56.3 ５ 42.6 10 31.7 15 27.5 20 26.0 計算を単純化するために、熱交換器以外からの熱の出入はないものと仮定。また、ヒーターで加熱する時間は、熱交換器からの熱の出入もないと仮定しました。冷却水を通水しながら加熱すれば、溶剤の初期温度は70.6 ℃よりも大幅に低下することになります。 熱伝達係数の参考情報： https://www.future-engineer.jp/post_224/
お礼
回答者様。 ご丁寧な解説、有難うございました。よく理解できました。感謝いたします。 ちなみに、実際は冷却水は常時通していますので、その場合の計算値はどうなるのでしょうか。 併せてご教示の程、宜しくお願い致します。
- ohkawa3
- ベストアンサー率59% (1340/2259)
補足の画像をアップして頂いたようですが、10月27日の19:00現在、お示しのURLにはデータが無くなっているようです。 お手間とは思いますが、再度アップできるでしょうか？
補足
お忙しい中何度も申し分けございません。 なぜか画像消えてましたので、再度登録しておきました。 宜しくお願い致します。
- ohkawa3
- ベストアンサー率59% (1340/2259)
溶剤の温度変化をお問い合わせですが、 溶剤に対して温度変化を与える要因は、外部からの加熱や冷却だけでしょうか？ 化学反応などによって溶剤自体が発熱や吸熱するのであれば、外部条件だけで温度変化をもとめることはできません。 上記とは別にお問い合わせに戻って、 溶剤槽熱源のヒーターと、冷却水の関係が、記載なさった文面だけでは把握できません。 図やグラフを使って、お問い合わせのシステムについてもう少々ご説明頂けないでしょうか。
お礼
早々のご対応、有難うございます。 つきましては、補足説明追加しましたので、ご確認の程宜しくお願い致します。
補足
補足説明用に画像添付しましたので、下記サイトにてご確認の程お願い致します。 https://photohito.com/user/photo/150984/ 尚、温度変化の要因は、ヒーター過熱と冷却のみとさせていただきます。 以上、宜しくお願い致します。
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