Расчет теплообменного аппарата

Подбор кожухотрубчатого и пластинчатого теплообменного аппарата. Ориентировочный выбор теплообменника. Среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике. Определение расхода холодного раствора и гидравлического сопротивления. Потери давления.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 14.12.2013
Размер файла 638,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Курсовая работа

Тепломассобменное оборудование промышленных предприятий

«Расчет теплообменного аппарата»

Выполнил: Канюгин А.А.

группа ТЭ-09-2

Проверил: Крамченков Е.М.

Липецк 2013

Содержание

Введение

Исходные данные

Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет пластинчатого теплообменника

Выводы

Список литературы

Введение

Кожухотрубчатый теплообменник является наиболее распространенным аппаратом вследствие компактного размещения большой теплопередающей поверхности в единице объема аппарата. Поверхность теплообмена в нем образуется пучком параллельно расположенных трубок концы которых закреплены в двух трубных досках (решетках). Трубки заключены в цилиндрический кожух, приваренный к трубным доскам или соединенный с ними фланцами. К трубным решеткам крепятся на болтах распределительные головки (днища), что позволяет легко снять их и произвести чистку трубок или в случае необходимости заменить новыми. Для подачи и отвода теплообменивающихся сред в аппарате имеются штуцера. В целях предупреждения смешения сред трубки закрепляются в решетках чаще всего развальцовкой, сваркой или реже для предупреждения термических напряжений с помощью сальников.

Преимущества проведения процессов теплообмена по принципу противотока, что обычно и выполняется в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах. При этом охлаждаемую среду можно направить сверху вниз, а нагреваемую на встречу ей, или наоборот. Выбор, какую среду направить в межтрубное пространство и какую внутрь трубок, решается сопоставлением ряда условий:

· среду с наименьшим значением следует направлять в трубки для увеличения скорости ее движения, а следовательно, и для увеличения ее коэффициента теплоотдачи;

· внутреннюю поверхность трубок легче чистить от загрязнений, поэтому теплоноситель, который может загрязнять теплопередающую поверхность, следует направлять в трубки;

· среду под высоким давлением целесообразно направлять в трубки, опасность разрыва которых меньше по сравнению с кожухом;

· среду с очень высокой или наоборот с низкой температурой лучше подавать в трубки для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.

Работу кожухотрубчатых теплообменников можно интенсифицировать, применяя трубы малого диаметра. Необходимо иметь в виду, что при уменьшении диаметра труб увеличивается гидравлическое сопротивление теплообменника.

Наиболее простой путь обеспечения высоких скоростей состоит в устройстве многоходовых теплообменников. Число ходов в трубном пространстве может доходить до 8 - 12. При этом часто не удается сохранить принцип противотока. Наличие смешанного тока буден несколько снижать движущую силу процесса теплопередачи, что соответственно снизит эффективность работы.

С помощью перегородок увеличивается скорость движения той среды, у которой меньше значение коэффициента теплоотдачи. Следует иметь в виду, что в длинных, особенно в многоходовых, теплообменниках уменьшается смешение поступающей среды со всем ее количеством, находящемся в аппарате, и этим предупреждается возможное дополнительное уменьшение средней разности температур.

В кожухотрубчатых теплообменниках при большой разности температур между средами возникают значительные термические напряжения, особенно в момент пуска или остановки аппарата, вызванные различным удлинением трубок и кожуха под воздействием различных температур. Во избежание возникновения таких напряжений используются следующие меры:

Установка в корпусе аппарата линзового компрессора.

Установка в теплообменнике только одной трубной решетки, в которой закреплены трубки U - образной формы.

Устройство теплообменников с «плавающей головкой».

Закрепление трубок в одной из трубных решеток с помощью сальников.

Сальниковое соединение трубной решетки с кожухом.

1. Расчет кожухотрубчатого теплообменника

кожухотрубчатый пластинчатый теплообменник гидравлический

1) Физико-химические характеристики греющего раствора при

[1]

с1=958,4кг/м3; л=0,677Вт/(м•К); м=281,8•10-6Па•с;

Определение тепловой нагрузки:

[1]

2) Определим расход холодного раствора:

Где - конечная температура холодного раствора

Из условия задания:

Расход холодного раствора:

Физико-химические характеристики холодного раствора при

с2=979,8м3; л2=0,656Вт/(м•К); м2=424,1•10-6Па•с;

3) Среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике:

4) Ориентировочный выбор теплообменника.

Горячий теплоноситель целесообразно направить в трубное пространство, а холодный - в межтрубное.

Примем ориентировочное значение Re1ор=15000, соответствующее развитому турбулентному режиму течения в трубах. Очевидно, такой режим возможен в теплообменниках, у которых число труб n, приходящееся на один ход по трубам диаметром dн=20х2 мм, равно:

[1]

Для труб диаметром dн=25х2 мм:

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению теплоносителей, равно Кор=800-1700 Вт/(м2•К). При этом ориентировочное значение поверхности теплообмена составит:

Подходящий вариант теплообменного аппарата:

1. D кожуха=800 мм, d труб =20х2, поверхность теплообмена = 130м2, длина труб = 3,0м, число ходов z = 2, общее число труб n = 690.

В многоходовых теплообменниках средняя движущая сила несколько меньше, чем в одноходовых, вследствие возникновения смешанного взаимного направления движения теплоносителей.

Поправка для средней разницы температур:

По диаграмме из [1]:

С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составит

Вариант 1

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся по трубам турбулентно, равен:

Поправкой здесь можно пренебречь, так как разность температур t1 и tст1 невелика.

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве Sмтр=0,069м2, и

Число Рейнольдса оказалось в пределах 2300>Re>104, что характерно для переходного режима течения жидкости. Коэффициент теплоотдачи к холодному раствору б считается по формуле:

Примем термические сопротивления загрязнений равными rз1= rз2=1/5800 м2К/Вт. Повышенная коррозионная активность жидкости диктует выбор в качестве материала труб нержавеющей стали. Теплопроводность нержавеющей стали бст=17,5 Вт/(м·К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплопередачи равен:

Требуемая поверхность составляет:

Из-за переходного режима течения холодного теплоносителя, требуется большая поверхность теплообмена. Поэтому необходимо создать условия для того, чтобы холодный теплоноситель имел турбулентный характер движения, для более интенсивного теплообмена и снижения требуемой площади теплообмена. Для этого необходимо определить новое значение расхода и значения температур холодного Rе2= Rеор=15000.

Где м2= - максимальная динамическая вязкость холодной среды, для удовлетвория условий принятого режима теченя в данном случае.

Данная динамическая вязкость характерна для

Найдем :

Найдем :

и .

Физико-химические характеристики холодного раствора при

с2=988 м3; л2=0,643Вт/(м•К); м2=547,6•10-6Па•с;

Среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике:

Поправка для средней разницы температур:

По диаграмме из [2]:

С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составит

Пересчитаем Вариант 1:

D кожуха=800 мм, d труб =20х2, поверхность теплообмена = 130м2, длина труб = 3,0м, число ходов z = 2, общее число труб n = 690.

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся по трубам турбулентно, равен:

Поправкой здесь можно пренебречь, так как разность температур t1 и tст1 невелика.

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве Sмтр=0,069м2, и

Примем термические сопротивления загрязнений равными rз1= rз2=1/5800 м2К/Вт. Повышенная коррозионная активность жидкости диктует выбор в качестве материала труб нержавеющей стали. Теплопроводность нержавеющей стали бст=17,5 Вт/(м·К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплопередачи равен:

Требуемая поверхность составляет:

Из выбранного ряда подходит теплообменник с длиной труб L=3,0м и номинальной площадью поверхности Fн=130м2

Определим запас площади поверхности:

Масса теплообменника М=3550кг.

D кожуха=800 мм, d труб =25х2, число ходов z = 2, общее число труб n = 442.

Аналогично рассчитывается вариант теплообменника №2

Получаем:

Re1=17532, б1=2336 Re2=16304, б2=, K=808, F=117,2м2.

Из ряда теплообменников подходит с длиной труб L=4,0м и номинальной площадью поверхности Fн=130м2.

Запас площади поверхности:

Масса теплообменника М=4350кг.

Вариант 3

D кожуха=600 мм, d труб =20х2, число ходов z = 1, общее число труб n = 389.

Аналогично рассчитывается вариант теплообменника №3

Получаем:

Re1=13073, б1=2425 Re2=22270, б2=, K=926, F=91м2.

Из ряда теплообменников подходит с длиной труб L=4,0м и номинальной площадью поверхности Fн=98м2.

Запас площади поверхности:

Масса теплообменника М=2480кг.

Вариант 4

D кожуха=600 мм, d труб =25х2, число ходов z = 1, общее число труб n = 257.

Аналогично рассчитывается вариант теплообменника №4

Получаем:

Re1=15076, б1=2071 Re2=28533, б2=, K=857, F=99м2.

Из ряда теплообменников подходит с длиной труб L=6,0м и номинальной площадью поверхности Fн=121м2.

Запас площади поверхности:

Масса теплообменника М=3450кг.

Сведем основные данные в таблицу 1

Таблица 1. Параметры расчета теплообменников.

Вариант

D, диаметр кожуха, мм

d, диаметр труб, мм

n, число

труб

z, число ходов

L, длина труб, м

K, коэффициент теплпередачи, Вт/м2·К

F, площадь поверхности теплообмена, м2

Fном, номинальная площадь поверхности теплообмена, м2

Запас по поверхности в %

Масса,кг

1

800

20х2

690

2

3,0

870

109

130

19

3550

2

800

25х2

442

2

4,0

808

117

130

10,9

4350

3

600

20х2

370

1

4,0

926

91

98

7,7

2480

4

600

25х2

257

1

6,0

857

99

121

21

3450

5) Гидравлический расчет

Вариант 1

Скорость жидкости в трубах:

Коэффициент трения рассчитывается по формуле:

Диаметр штуцеров к распределительной камере d=200мм - трубного пространства, d=250мм - межтрубного пространства [3].

Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле:

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 1 поворот на 180 градусов, 2 входа в трубы и 2 выхода из них.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление по формуле:

Число рядов труб, омываемых водой в межтрубном пространстве, m?15 округлим в меньшую сторону: Число сегментных перегородок х=8, скорость раствора в штуцерах:

Скорость воды в наиболее узком сечении межтрубного пространства площадью Sмтр=0,069м2, равна:

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход жидкости через штуцера, 8 поворотов через сегментные перегородки и 9 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании (х+1).

Сопротивление межтрубного пространства равно:

Аналогично делаем гидравлический расчет для остальных вариантов, результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2. Данные гидравлического расчета теплообменников.

Параметр

Вариант

1

2

3

4

G1, кг/с

18

18

18

18

G2, кг/с

25,2

25,2

25,2

25,2

Sтр2

0,069

0,07

0,041

0,04

Sмтр, м2

0,069

0,07

0,041

0,04

Re1

14740

17532

13073

15076

Re2

13232

16304

22270

28533

z

2

2

1

1

n

690

442

389

257

L

3

4

4

6

dшт тр, м

0,25

0,25

0,15

0,1

dшт мтр, м

0,25

0,25

0,2

0,2

m

15

12

11

9

x

6

8

10

18

wтр, м/с

0,27

0,24

0,24

0,21

wшт тр, м/с

0,38

0,38

1,06

2,39

л

0,02

0,02

0,019

0,02

wмтр, м/с

0,37

0,33

0,32

0,28

wшт мтр, м/с

0,13

0,13

0,16

0,16

Ртр, Па

708

616

1813

8395

Рмтр, Па

671

651

993

1333

Из расчетов можно сделать вывод, что вариант теплообменника D кожуха=800 мм, d труб =20х2, поверхность теплообмена = 130м2, длина труб = 3,0м, число ходов z = 2, общее число труб n = 690 больше всего подходит, так как он имеет оптимальный запас площади поверхности теплообмена, меньшую массу и потери давления в нем незначительно превышают по сравнению с вариантом, который имеет минимальные потери, но значительно большую массу.

2. Расчет пластинчатого теплообменника

Эффективность пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников близка. Поэтому ориентировочный выбор пластинчатого теплообменника целесообразно сделать, сравнив его с лучшим вариантом кожухотрубчатого.

Из [1] следует, что поверхности, близкие в 63м2, имеют теплообменники с пластинами площадью 0,5м2 Выберем для поверочного расчета 2 варианта:

1. F=140.0 м2, число пластин N=280, тип пластин 0,5;

2. F=140.0 м2, число пластин N=236, тип пластин 0,6;

Уточненный расчет требуемой поверхности.

Вариант 1.

Пусть компоновка пластин самая простая Сх:140/140, т.е. по одному пакету (ходу) для обоих потоков. Скорость раствора в 140 канале с проходным сечением 0,0018м2 равна:

Эквивалентный диаметр каналов dЭ=0,008м,

т.е. режим турбулентный, поэтому по формуле находим:

Скорость воды в 140 канале:

Сумма термических сопротивлений гофрированной стенки из нержавеющей стали толщиной 1,0мм и загрязнений составляет

Коэффициент теплопередачи равен

Требуемая поверхность составляет

Теплообменник номинальной поверхностью FIп=140м2 подходит с запасом

Его масса М1=3345кг.

Вариант 2

Компоновка пластин Сх:140/140, Скорость раствора в 140 канале с проходным сечением 0,00245м2 равна:

Эквивалентный диаметр каналов dЭ=0,0083м,

т.е. режим турбулентный, поэтому по формуле находим:

Скорость воды в 140 канале:

Сумма термических сопротивлений гофрированной стенки из нержавеющей стали толщиной 1,0мм и загрязнений составляет

Коэффициент теплопередачи равен

Требуемая поверхность составляет

Теплообменник номинальной поверхностью FIп=140м2 подходит с запасом

Его масса МIп=2290кг.

Расчет гидравлического сопротивления.

Для каждого теплоносителя гидравлическое сопротивление в пластинчатых теплообменниках определяют по формуле:

где L - приведенная длина каналов, м; х - число пакетов для данного теплоносителя; wшт - скорость в штуцерах на входе и на выходе, м/с; - для турбулентного движения; a2=22,4 для выбранного типа пластин.

Вариант 1.

Результаты расчета гидравлических сопротивлений:

; x1=1; L=1.15м; dш=0,15м;

; x2=1; L=1.15м; dш=0,15м;

Вариант 2.

Результаты расчета гидравлических сопротивлений:

; x1=1; L=1.15м; dш=0,15м;

; x2=1; L=1.15м; dш=0,15м;

Вариант 2 является наиболее подходящим, так как имеет меньшую массу и гидравлические потери

Выводы

В данной курсовой работе были подобраны кожухотрубчатый и пластинчатый теплообменные аппараты, произведены тепловые и гидравлические расчеты.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат имеет диаметр кожуха D кожуха=800 мм, d труб =20х2, поверхность теплообмена = 130м2, длина труб = 3,0м, число ходов z = 2, общее число труб n = 690 М=3550 кг. В результате гидравлического расчета кожухотрубчатого теплообменника было определено:

1) потери давления Ртр=708 Па в трубном пространстве;

2) потери давления Рмтр=671 Па в межтрубном пространстве.

Пластинчатый теплообменный аппарат F=140.0 м2, число пластин N=236, тип пластин 0,6 М=2290кг.

В результате гидравлического расчета пластинчатого теплообменника было определено:

1) потери давления Р1= Па;

2) потери давления Р2= Па в межтрубном пространстве.

Пластинчатый теплообменник имеет меньшую массу, но в кожухотрубчатом теплообменнике гидравлическое сопротивление меньше, следовательно, он предпочтительнее.

Список литературы

1. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по курсовому проектированию под ред. Дытнерского - М: Химик,

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Технологический расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата для установки АВТ. Определение начальной температуры нефти и выбор теплообменника. Расчет гидравлического сопротивления. Описание схемы работы аппарата. Схема контроля и регулирования.

    курсовая работа [624,1 K], добавлен 11.03.2011

  • Определение тепловой нагрузки аппарата, расхода пара и температуры его насыщения, режима теплообменника. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления. Подсчет расходов на приобретение, монтаж и эксплуатацию теплообменного аппарата.

    курсовая работа [544,4 K], добавлен 28.04.2015

  • Расчет кожухотрубчатого теплообменника, средней разницы температур между теплоносителями, объемного и массового расхода теплоносителя, тепловой нагрузки на аппарат, массового и объемного расхода хладагента. Теплофизические свойства теплоносителей.

    контрольная работа [342,0 K], добавлен 08.10.2008

  • Тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический и прочностной расчёты горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата. Тепловые и основные конструктивные характеристики теплообменного аппарата, гидравлические потери по ходу водяного тракта.

    курсовая работа [120,4 K], добавлен 16.02.2011

  • Математическая модель рекуперативного теплообменного аппарата. Теплофизические свойства и расчёт параметров горячего и холодного теплоносителей, гидравлический и аэродинамический, тепловой расчёты. Эскизная компоновка, интенсификация теплообменника.

    курсовая работа [251,7 K], добавлен 20.04.2011

  • Проектирование теплообменного аппарата: расчет диаметров штуцеров, выбор конструктивных материалов для изготовления устройства и крепежных элементов, определение величины различных участков трубопроводов, подбор насоса, оценка напора при перекачке молока.

    курсовая работа [471,5 K], добавлен 16.07.2011

  • Механический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата. Определение коэффициента теплопередачи бойлера-аккумулятора. Расчет патрубков, толщины стенки аппарата, днищ и крышек, изоляции аппарата. Контрольно-измерительные и регулирующие приборы.

    курсовая работа [218,3 K], добавлен 28.04.2016

  • Механический и гидравлический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата. Определение внутреннего диаметра корпуса, коэффициента теплопередачи и диаметров патрубков. Расчет линейного сопротивления трения и местных сопротивлений для воды.

    курсовая работа [183,2 K], добавлен 15.12.2015

  • Классификация теплообменных аппаратов. Проведение поверочного теплового и гидравлического расчётов нормализованного кожухотрубного теплообменного аппарата, предназначенного для охлаждения масла водой с заданной начальной и конечной температурой.

    контрольная работа [64,1 K], добавлен 16.03.2012

  • Тепловой, механический, конструктивный и гидравлический расчет теплообменника, который предназначен для проведения теплообменных процессов: нагревания, охлаждения, конденсации испарения. Определение гидравлического сопротивления трубного пространства.

    курсовая работа [393,7 K], добавлен 17.05.2011

  • Конструкторский расчет рекуперативного кожухотрубного вертикального теплообменника, определение эскизной площади поверхности теплообмена. Компоновка трубного пучка и межтрубного пространства. Гидравлический и прочностной расчет теплообменного аппарата.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.12.2013

  • Методика и критерии подбора спирального теплообменника, который необходим при производстве виноградного сока. Расчет теплообменного аппарата: определение необходимой поверхности теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции.

    курсовая работа [25,7 K], добавлен 21.03.2011

  • Преимущества и недостатки спиральных теплообменников. Температурный режим аппарата. Средняя разность температур теплоносителей. Тепловая нагрузка аппарата. Массовый расход воды. Уточнённый расчёт теплообменного аппарата. Тепловое сопротивление стенки.

    курсовая работа [43,8 K], добавлен 14.06.2012

  • Сущность процесса передачи энергии в форме тепла, виды теплообменных аппаратов. Подбор теплообменного аппарата на базе расчетных данных. Ход процесса охлаждения жидкости с заданным расходом, если исходными материалами являются ацетон и скважинная вода.

    курсовая работа [202,5 K], добавлен 20.03.2011

  • Предварительный расчет теплообменного аппарата и определение площадей теплообмена. Выбор геометрии трубы и определение конструктивных параметров АВОМ. Поверочный тепловой и гидравлический расчет аппарата. Расчет конструктивных элементов теплообменника.

    курсовая работа [578,0 K], добавлен 15.02.2012

  • Проектирование теплообменного аппарата. Термодинамический и гидродинамический расчет. Теплофизические свойства теплоносителей, компоновка теплообменной системы. Определение потери давления горячего и холодного теплоносителя при прохождении через аппарат.

    курсовая работа [290,0 K], добавлен 19.01.2010

  • Расчет вертикального теплообменного аппарата с жесткой трубной решеткой, который применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации теплоносителей в различных технологических процессах. Расчет местных сопротивлений.

    курсовая работа [212,3 K], добавлен 17.06.2011

  • Методика теплового расчета подогревателя. Определение температурного напора и тепловой нагрузки. Расчет греющего пара, коэффициента наполнения трубного пучка, скоростных и тепловых показателей, гидравлического сопротивления. Прочностной расчет деталей.

    курсовая работа [64,6 K], добавлен 05.04.2010

  • Процессы получения жидкого хлора. Конструкторская разработка кожухотрубчатого теплообменного аппарата взамен существующего в настоящее время конденсатора хлора. Патентные проработки конструкций змеевиковых испарителей и реконструкция теплообменника.

    дипломная работа [351,5 K], добавлен 23.05.2009

  • Материальные и тепловые расчеты. Расчет изоляции и обечайки аппарата. Расчет теплообменника на прочность. Проверка прочности, устойчивости и крепления труб. Расчет фланцевых соединений. Строповые устройства и опоры. Расчет теплообменного аппарата.

    курсовая работа [256,3 K], добавлен 12.10.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.