【省略】バッチ系化学工場の配管摩擦損失の計算例【圧力損失】

ポンプ化学工学

NEONEEETです。

配管摩擦損失の計算って面倒です。

実際にはほぼいらないのですが、その検算はしておいた方が良いでしょう。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象にしています

この記事を読むと、化学工場の配管摩擦損失の計算例を知ることができます。

配管摩擦損失は無視可能

配管摩擦損失は無視可能です。

下の記事でも少し触れています。

実務上は、私もとりあえず計算をしています。

でも、その目的は

  • 計算結果が無視可能であることを確認する
  • 圧力損失に影響がある要素を漏れなく列挙しているか確認する

という点にあります。

次元に注意しながら緻密な計算を行うという、計算プロセスはほとんど重きを置いていません。

特に難しい計算でもないですからね^^

バッチ系化学工場の配管摩擦損失の計算例

バッチ系化学工場の配管摩擦損失の計算例を紹介します。

配管摩擦損失の計算式は下記を使用します。

$$ΔP =4f \frac{1}{2}ρv^2 \frac{L}{D} $$

配管摩擦係数 4f

配管摩擦係数は4fだったりλだったり表記が微妙に違います。

moody線図を使う方法が一般的です。

バッチ系化学工場では

$$4f = 0.02$$

くらいで十分です。

というのも、液の密度・粘度がほぼ変わらず、配管口径設計を標準流速で考えるから。

これだけでレイノルズ数Reがほぼ一定になります。

配管も鉄やステンレスなど形状が決まっています。

配管の表面形状で決まるε/dの要因も固定化されています。

ここから4fという配管摩擦係数は0.01~0.03くらいの範囲で収まることが多いです。

配管摩擦損失計算の最も面倒な配管摩擦損失計算をざっくり仮定することは、

計算ステップを大きく簡素化できます。

流体の運動エネルギー

流体の運動エネルギーは以下の部分です。

$$\frac{1}{2}ρv^2$$

水でρ=1000、速度を1m/sで考えると

$$\frac{1}{2}ρv^2 = \frac{1}{2}×1000×1^2 = 500$$

ここも簡単ですが、詳細計算をしても桁が大きく変わるような結果にはならないのでOKです。

配管形状

流体の運動エネルギーは以下の部分です。

$$\frac{L}{D}$$

ここは影響が出そうなファクターですよね。

仮にL=50、D=0.05として進めましょう。

50mはバッチ系化学工場のプラントサイズとしてはかなり高めです。

0.05mm、つまり50Aもバッチ系化学工場では標準的。

$$\frac{L}{D} = \frac{50}{0.05} = 1,000$$

配管摩擦損失の結果

計算結果をまとめましょう。

$$ΔP =4f \frac{1}{2}ρv^2 \frac{L}{D} = 0.02×500×1,000 = 10,000 (J)$$

計算結果の単位がJなので、m単位に置き換えるために

$$ρg$$

で割り戻します。

水なのでρ=1000、重力加速度gは9.8くらいですが、ざっくり10。

$$ρg = 1000×10 = 10,000$$

ですので、

$$ΔP = 1 (m)$$

という結果になります。

配管高さや弁の損失を5m単位で考えるので、1mの配管摩擦損失は無視可能であることが良く分かりますね!

結果に対する簡単な検証

仮定で雑に扱っていた、配管摩擦損失4fも2倍に上がったところで、配管摩擦損失は2mになるだけ。

配管口径50Aが25Aにしても、流速が変わらないのであれば、配管摩擦損失は2mになるだけ。

流速が変わると影響は大きいのですが、その分だけ流量を下げる方向で運転します。

結果として、配管摩擦損失は上がる要素があまりないことが分かります。

例外は存在しますが、配管摩擦損失の計算式とその結果を知っていると

応用として例外に対応することはできます。

最後に

バッチ系化学工場の配管摩擦損失の計算例を紹介しました。

計算結果は1m程度であり、無視可能です。

この記事が記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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