ジャケット付きタンク内の水を20℃→80℃へ加温

質問

いつもお世話になっております。
ジャケット付きタンク内の水を加温する条件の計算方法を教えてください。

検討する項目は、下記条件のとき、ジャケット内に流入させるのに必要な蒸気量（kg／h）、蒸気ドレン量（kg／h）、ジャケット適正サイズ、80℃までの到達時間、蒸気配管サイズです。

熱量の基本式（熱量＝比熱×質量×温度差）を使って以下のような計算をしたのですが、蒸気ドレン量、ジャケット適正サイズをどのように考えればいいかわかりません。
計算方法を教えてください。

（条件）
1、タンク内の水容量：10ｋＬ（10m^3）
2、加温条件：20℃→80℃
3、ジャケット伝熱面積：20^3（材質：SUS304、板厚：8mm）
4、蒸気流速：40m/sec
5、蒸気仕様：0.05MPa（飽和蒸気）
（検討）
1)水を⊿T加温するための熱量Q1
　　Q1＝比熱(998kg/m^3)×密度(4.2kJ/kg・℃)×体積(10m^3)×⊿T(60℃)
　　　≒2.5×10^6[kJ]
2)SUS304を⊿T加温するための熱量Q2
　　Q2＝比熱(7.9kg/m^3)×密度(0.6kJ/kg・℃)×体積(20m^3)×⊿T(60℃)
　　　≒5.7×10^3[kJ]
3)タンクを⊿T加温するための熱量Q
　　Q=Q1+Q2≒2.5×10^6[kJ]
4)3)の熱量を0.05MPaの飽和蒸気で加温するための熱量は
　（蒸気表より0.05MPaのエンタルピは2645.9kJ/kgより）
　　2.5×10^6[kJ]／2645.9[kJ/kg]＝948.6[kg]
5)1時間で加熱した場合の蒸気量
　　948.6[kg/h]
6)5)の蒸気量での適正配管サイズ
　　948.6[kg/h]→0.26[kg/sec]、流速：40m/sec
　（蒸気表より0.05MPaの容積比は3.2m^3/kgより）
　　断面積＝0.26[kg/sec]／3.2[m^3/kg]／40[m/sec]
　　　　　＝2.03×10^-3[m^3]
　　配管内直径＝2×（2.03×10^-3[m^3]／π）^0.5
　　　　　　　≒Φ40

回答No.1

lumiheart

蒸気でなく電気ヒータの計算ですけど
http://www.nippon-heater.co.jp/designmaterials/calculation/
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01010.htm
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01040.htm
http://www.hakko.co.jp/qa/qakit/html/s01080.htm

手っ取り早く電気ヒータで計算して
例えば、必要ヒータ容量１００ｋｗ以上とか算出してから
蒸気熱交換器の１００ｋｗ相当品から探す
http://www.katsukawa.co.jp/020/post_3.html
http://www.beltecno.co.jp/product/architect/netsu/

イキナリ熱交換器の設計始めるとチンプンカンプン
http://comtecquest.com/Practice/practice33.html
https://www.tlv.com/ja/steam_story/0810dennetu_2nd.html

＞2、加温条件：20℃→80℃

昇温時間を忘れてるね
１０時間掛かっても良いのか？
それとも１０分で昇温完了しなければならないのか？
温度精度は？±１０度程度のエーカゲンで良いのか？
それとも許容範囲０．１度精度厳守なのか？

お礼

ご回答ありがとうございます。
ご指摘の通り昇温時間は見当が付かないため具体的に
決めていませんでした。
ジャケットに流入させる蒸気量で昇温時間が決まると考え、
設定可能な範囲の配管内径を選定することで昇温時間の範囲を
検討しようと考えていました。
ジャケット付きタンクを検討する際の考え方をご教授していただきたく
質問をしましたので温度精度等の条件は考えていませんでしたので、
詳細検討する際は考慮します。
本件のご回答時に昇温時間が必要な場合は、1時間でお願いします。
もし、1時間が設定不可能なものであれば3時間でお願いします。

貼り付けていただいた”熱交換器の設計”ありがとうございます。
電気からアプローチする方法は考えていませんでしたので検討してみます。

よろしくお願いします。