Технологический расчет теплообменного аппарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Пермского края

ГБПОУ «Уральский химико-технологический колледж»

Пояснительная записка

к курсовому проекту

Технологический расчет теплообменного аппарата

Разработал К.Д. Орищенко

Губаха 2018

Введение

Тепловые процессы и теплообмен - обобщающее название процессов передачи энергии в виде теплоты между телами, имеющими различную температуру.

Движущей силой процесса теплообмена является разность температур.

Причем передача теплоты осуществляется от тела с большей к телу с меньшей температурой.

Целью курсовой работы является расчет теплообменного аппарата, по результатам которого будет сделано заключение об эффективности работы теплообменного оборудования.

Задачи:

1. Провести характеристику процесса

2. Провести анализ известных в промышленности, научно-технической и патентной литературе, аппаратов

3. Произвести расчет теплообменного аппарата

4. Произвести расчет гидравлического аппарата

1. Теоретическая часть

1.1 Краткая характеристика процесса

Вопросы подвода и отвода тепла в ряде производств играют исключительную роль. Так, с помощью подвода или отвода тепла происходит управление процессами разделения гомогенных систем (выпаривание, перегонка, ректификация и др.). Для тепловых процессов на производствах характерен широкий диапазон температур и количества передаваемого тепла, что требует применения различных способов передачи тепла и материалов, наилучшим образом обеспечивающих этот процесс.

Теплообмен - самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел (или участков тел) к менее нагретым телам. Теплообмен, происходящий между двумя теплоносителями через разделяющую их твердую стенку, называется теплопередачей.

Теплоноситель - движущая среда (газ, пар, жидкость), используемая для переноса теплоты. Среда с более высокой температурой, отдающая при теплообмене теплоту, является горячим теплоносителем, а среда с более низкой температурой, воспринимающая теплоту - холодным теплоносителем (хладагентом).

Теплопередача между средами может происходить в установившихся условиях и неустановившихся условиях. При установившемся процессе поле температур в каждой точке аппарата не изменяется во времени. При неустановившемся процессе температуры изменяются во времени. Установившиеся процессы соответствуют непрерывной работе аппаратов с постоянным режимом, а неустановившиеся процессы протекают в аппаратах периодического действия и при изменении режима их работы.

Существуют два способа проведения тепловых процессов:

1. Путем непосредственного соприкосновения теплоносителей

2. Путем передачи тепла через стенку, разделяющую теплоносители.

При передаче тепла непосредственным соприкосновением теплоносители обычно смешиваются друг с другом, что не всегда допустимо. Поэтому данный способ применяется сравнительно редко, хотя он значительно проще в аппаратурном оформлении. При передаче тепла через стенку теплоносители не смешиваются, а каждый из них движется по отдельному каналу. Поверхность стенки, разделяющая теплоносители, используется для передачи тепла и называется поверхностью теплообмена.

Передача тепла от одного тела к другому может происходить посредством простых процессов: теплопроводности, конвекции и теплового излучения и сложных процессов, состоящих из простых процессов.

Теплопроводность

Передача тепла осуществляется путем переноса теплоты (внутренней энергии) при непосредственном соприкосновении тел с различной температурой. При этом энергия передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц и непосредственных соударений молекул. В твердых телах, обладающих упорядоченной молекулярной структурой, теплопроводность является основным видом распространения тепла. В газах и жидкостях из-за подвижности не только микрочастиц, но и микрообъемов вещества перенос тепла осуществляется также и другими способами.

Конвективный теплообмен (теплопередача)

Процесс теплообмена между поверхностью тела и окружающей средой происходит в жидкостях или газах от поверхности твердого тела или его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. От поверхности твердого тела к потоку жидкости теплота распространяется через пограничный слой за счет теплопроводности, а от пограничного слоя в ядро потока жидкости или газа - в основном конвекцией.

Различают теплоотдачу при свободной и вынужденной конвекции. Перемещение частиц жидкости или газа в объеме аппарата или теплообменных устройств в результате разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости или газа называется свободной или естественной конвекцией. Скорость естественной конвекции обусловлена физическими свойствами жидкости и разностью температур между горячими и холодными частицами, а также объемом, в котором происходит этот процесс.

Вынужденная, или принудительная, конвекция возникает под действием насоса или вентилятора. Она определяется физическими свойствами среды, скоростью ее движения, формой и размерами канала передвижения потока. При вынужденной конвекции теплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при естественной.

Передача тепла вынужденной конвекцией происходит, например, при перемешивании объема мешалкой.

Тепловое излучение (лучеиспускание)

Перенос теплоты осуществляется электромагнитными волнами. При этом происходит двойное преобразование энергии. Вначале теплового движения молекул преобразуется в энергии. Электромагнитного излучения. Затем происходит поглощение электромагнитного излучения другим телом и превращение ее в энергию теплового движения молекул. Воздух, через который передается тепловое излучение, практически не нагревается.

Тепловое излучение проводит теплоту к глубине высушиваемого материала, а не к ее поверхности в связи с тем, что обладает проникающей способностью электромагнитных волн в данном диапазоне их длин. Теплоту переносят волны длиной 0,6-104 мкм. Этот диапазон охватывает красное, инфракрасное и сверхвысокочастотное (СВЧ) радиоволновое излучение.

Интенсивность теплового излучения резко возрастает с повышением температуры и при температурах, превышающих +600°С, приобретает доминирующее значение по сравнению с другими способами передачи тепла.

1.2 Анализ известных в промышленности, научно-технической и патентной литературе, аппаратов

Виды и типы кожухотрубных теплообменников

Теплообменник - достаточно сложное устройство, и существует множество его разновидностей. Кожухотрубные теплообменники относятся к виду рекуперативных. Деление теплообменников на виды производится в зависимости от направления движения теплоносителя.

Теплообменники по типу движения среды делят на:

· перекрестноточные;

· противоточные;

· прямоточные.

Кожухотрубные теплообменники получили такое название потому, что тонкие трубки, по которым движется теплоноситель, находятся в середине основного кожуха. От того, какое количество трубок находится в середине кожуха, зависит то, с какой скоростью будет двигаться вещество. От скорости движения вещества будет зависеть, в свою очередь, коэффициент теплопередачи.

Для изготовления кожухотрубных теплообменников используются легированные и высокопрочные стали. Такие виды сталей используются потому, что данные устройства, как правило, работают в крайне агрессивной среде, которая способна вызывать коррозию.

Различают следующие типы кожухотрубных теплообменных аппаратов:

· Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками;

· Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с линзовым компенсатором на кожухе;

· Теплообменные аппараты с плавающей головкой;

· Теплообменные аппараты с U- образными трубками.

Кожухотрубные теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками отличаются простотой конструкции и, следовательно, меньшей стоимостью (рис. 1).

Рис. 1 Кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками: 1 -распределительная камера; 2 -кожух; 3 -теплообменная труба; 4 -поперечная перегородка; 5 -трубная решетка; 6 - задняя крышка кожуха; 7 -опора; 8- дистанционная трубка; 9-штуцеры; 10-перегородка в распределительной камере; 11 - отбойник

Кожухотрубный теплообменный аппарат представляет собой пучок теплообменных труб, находящихся в цилиндрическом корпусе (кожухе). Один из теплоносителей движется внутри теплообменных труб, а другой омывает наружную поверхность труб. Концы труб закрепляются с помощью вальцовки, сварки или пайки в трубных решетках. В кожух теплообменного аппарата с помощью дистанционных трубок устанавливаются перегородки. Перегородки поддерживают трубы от провисания и организуют поток теплоносителя в межтрубном пространстве, интенсифицируя теплообмен.

К кожуху теплообменного аппарата привариваются штуцеры для входа и выхода теплоносителя из межтрубного пространства. На входе теплоносителя в межтрубное пространство в ряде случаев устанавливают отбойники, необходимые для уменьшения вибрации пучка труб, равномерного распределения потока теплоносителя в межтрубном пространстве и снижения эрозии ближайших к входному штуцеру труб. К кожуху теплообменного аппарата с помощью фланцевого соединения крепятся распределительная камера и задняя крышка со штуцерами для входа и выхода продукта из трубного пространства.

В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типа.

В зависимости от числа перегородок в распределительной камере и задней крышке кожухотрубчатые теплообменные аппараты делятся на: одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве.

В зависимости от числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, кожухотрубные теплообменники делятся на одно- и многоходовые в межтрубном пространстве.

Теплообменники c неподвижными трубными решетками применяются, если максимальная разность температур теплоносителей не превышает 80⁰С, и при сравнительно небольшой длине аппарата. Эти ограничения объясняются возникающими в кожухе и в теплообменных трубах температурными напряжениями, способными нарушить герметичность конструкции аппарата.

Для частичной компенсации температурных напряжений в кожухе и в теплообменных трубах используются специальные гибкие элементы (расширители, компенсаторы), установленные на кожухе аппарата. Такие теплообменники называются теплообменными аппаратами с температурным компенсатором на кожухе (рис. 2).

В аппаратах подобного типа используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с плавающей головкой (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом кожухотрубных теплообменников (рис. 3). Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса, что значительно снижает температурные напряжения, как в кожухе, так и в теплообменных трубах.

Теплообменные аппараты данного типа выполняются с двумя или с четырьмя ходами по трубному пространству.

Рис.2 Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором на кожухе: 1-распределительная камера; 2 - трубные решетки; 3 - компенсатор; 4 - кожух; 5 -опора; 6 - теплообменная труба; 7 -поперечная перегородка; 8 - задняя крышка кожуха; 9 - дистанционная трубка; 10 - штуцеры

Аппараты с плавающей головкой чаще всего выполняются одноходовыми по межтрубному пространству. В аппаратах с двумя ходами по межтрубному пространству устанавливается продольная перегородка.

Кожухотрубчатые теплообменники с U-образными трубами (рис. 4) имеют одну трубную решетку, в которую завальцованы оба конца U-образных теплообменных труб. Отсутствие других жестких связей теплообменных U-образных труб с кожухом обеспечивает свободное удлинение труб при изменении их температуры.

Рис. 3. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой: 1 -крышка распределительной камеры; 2 - распределительная камера; 3 -неподвижная трубная решетка; 4 - кожух; 5 -теплообменная труба; 6 - поперечная перегородка; 7 - подвижная трубная решетка; 8 - задняя крышка кожуха; 9 - крышка плавающей головки; 10 - опора; 11 - катковая опора трубного пучка

Рис. 4. Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными теплообменными трубами: 1 -распределительная камера; 2 -трубная решетка; 3 -кожух; 4 -теплообменная труба; 5 -поперечная перегородка; 6 -крышка кожуха; 7 -опора; 8 -катковая опора трубного пучка

Кроме того, преимущество теплообменников с U-образными трубами заключается в отсутствии разъемного соединения внутри кожуха, что позволяет успешно применять их при повышенных давлениях теплоносителей, движущихся в трубном пространстве. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней и наружной поверхности труб, вследствие чего они используются преимущественно для чистых продуктов.

Эффективность кожухотрубчатых теплообменных аппаратов повышается с увеличением скорости движения потоков теплоносителей и степени их турбулизации. Для увеличения скорости движения потоков в межтрубном пространстве и их турбулизации, повышения качества омывания поверхности теплообмена в межтрубное пространство кожухотрубчатых теплообменных аппаратов устанавливаются специальные поперечные перегородки. Они также выполняют роль опор трубчатого пучка, фиксируя трубы в заданном положении, и уменьшают вибрацию труб.

Кожухотрубный теплообменник

Использование: используются в качестве воздухоподогревателей и утилизаторов тепла отходящих газов.

Сущность изобретения: внутри кожуха размещен пучок теплообменных труб с шестигранными высадками на концах, образующие при сборке трубные доски, ограниченные коллекторами среды трубного пространства. На наружной поверхности кожуха установлены коллекторы среды межтрубного пространства. Трубы в зоне коллекторов выполнены уменьшенного сечения. В центральной части между высадками трубы выполнены в виде многогранников, контактирующих продольными ребрами с гранями смежных труб. Грани каждой трубы выполнены с наклонными выдавками, обращенными внутрь трубы, имеющим уменьшающуюся у ребрам глубину.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в энергетических установках в качестве воздухоподогревателей и утилизаторов тепла отходящих газов. Целью изобретения является интенсификация теплообмена и повышение эксплуатационной надежности, компактности и технологичности.

На сопряженных гранях выдавки смещены друг относительно друга вдоль оси трубы при максимальном заполнении ими площади граней. На гранях по крайней стороне одной высадки каждой трубы выполнены чередующиеся выступы и впадины для соединения с высадками смежных труб. Трубный пучок заключен в обечайку, плотно прилегающую к пучку и имеющую на концах гофры. В местах стыка кожуха с коллекторами установлены стопорные планки для присоединения обечайки. Обечайка при этом имеет длину, не превышающую расстояние, между коллекторами и может быть выполнена из составных элементов, набранных из одинаковых профилированных пластин. Для обеспечения замены труб без разборки пучка контур поперечного сечения каждой трубы вписывается в контур поперечного сечения высадки.

Теплообменник работает следующим образом. Среда трубного пространства поступает в теплообменник через коллектор, двигается далее по трубам, обмениваясь при этом теплом со средой межтрубного пространства, и удаляется из теплообменника через другой патрубок.

Среда межтрубного пространства поступает в теплообменник через патрубок, протекает по каналам, образованным между гранями смежных труб, и удаляется затем из теплообменника.

Использование изобретения позволяет уменьшить габариты теплообменников за счет интенсификации теплообмена, а также их массу. Кроме того, обеспечивается уменьшение трудоемкости изготовления и повышение технологичности изготовления теплообменных аппаратов.

Достоинства

Основным и наиболее весомым достоинством является высокая стойкость данного типа агрегатов к гидроударам. Большинство производимых сегодня видов теплообменников таким качеством не обладают.

Вторым преимуществом является то, что кожухотрубные агрегаты не нуждаются в чистой среде. Большинство приборов в агрессивных средах работают нестабильно. Например, пластинчатые теплообменники таким свойством не обладают, и способны работать исключительно в чистых средах.

Третьим весомым преимуществом кожухотрубных теплообменников является их высокая эффективность. По уровню эффективности его можно сравнить с пластинчатым теплообменником, который по большинству параметров является наиболее эффективным.

Недостатки

Первый, и наиболее значительный недостаток - большие размеры. В некоторых случаях от использования таких агрегатов приходится отказываться именно из-за крупных габаритов.

Второй недостаток - высокая металлоемкость, которая является причиной высокой цены кожухотрубных теплообменников.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет основного аппарата. Выявление резервов увеличение производительности аппарата и интенсификации процесса

Рекуперативные теплообменные аппараты

Расчет теплообменного аппарата (поз.H-803.1)

Эти аппараты представляют собой цилиндрический корпус с установленным в него трубчатым пучком, который закреплен в трубной решетке, и эллиптических крышек. После соединения всех элементов в аппарате образуется две не сообщающиеся между собой камеры, по которым протекают теплоносители. Один из теплоносителей перемещается по трубам, а второй - по межтрубному пространству.

Наиболее простыми в этом классе аппаратов является одноходовой кожухотрубный теплообменник. Он обладает наибольшим коэффициентом теплоотдачи в виде низкого значения расхода и скорости движения среды по трубному пространству. Для увеличения этих показателей применяют многоходовые теплообменники. Для интенсификации движения среды в межтрубном пространстве устанавливают поперечные перегородки.

Кожухотрубные аппараты используются для теплообмена между потоками, которые могут находиться в разных агрегатных состояниях, например:

Пар - жидкость;

Жидкость - жидкость;

Газ - жидкость;

Газ - газ.

В зависимости от условий на месте установки рассмотренные аппараты могут быть ориентированы как горизонтально, так и вертикально.

Тепловой расчет

При постановке задачи технического расчета теплообменного оборудования должны быть известны исходные данные теплоносителей (расход, начальная и конечная температуры, физико-химические свойства). Недостающие величины определяют в ходу теплового расчета.

Тепловой расчет заключается в определении основных характеристик теплообменного оборудования, таких как: тепловая нагрузка, расход теплоносителей средней разности температур теплоносителей, коэффициента теплопередачи. Вычисление данных параметров происходит из уравнения теплового баланса.

Дано:

Расход несконденсированных паров метанола = 1500 кг/ч

Теплоемкость паров = 2470 Дж/(кг*К)

Температура паров (начальная) = 70^оС

Температура паров (конечная) = 30^оС

Температура оборотной воды (начальная) = 15^оС

Температура оборотной воды (конечная) = 20^оС

К = коэффициент равный 800

Построит температурную диаграмму:

Рис. 5

В межтрубном пространстве находится несконденсированные пары метанола, а в трубном - оборотная вода. Движение фаз - противоток.

Найдем общую тепловую нагрузку на теплообменник:

Q = G*с*(t_нач+t_кон), (1)

где G - расход, равный 1500 кг/ч

С - теплоемкость, равная 2470 Дж/(кг*К)

Переведем расход в систему СИ:

G = 1500 кг/ч = 1500/3600 = 0,42 кг/сек

Q = 0,42 * 2470 * (70 - 30) = 41496 Дж

Найдем общий расход воды необходимый для теплообмена:

, (2)

где - теплоёмкость оборотной воды ();

- температура на выходе из теплообменника (для оборотной воды 30⁰С);

- температура на входе в теплообменник (для оборотной воды 60⁰С).

Найдем среднюю движущую силу процесса теплопередачи:

Найдем общую поверхность теплообмена:

(3)

Q - тепловая нагрузка, равная 41496 Дж

K - коэффициент, равный 800

F

Выбираем по ГОСТ 15118-79 теплообменник:

F=24м²

z= 2(количество ходов)

d_{внутренний}=400 мм,

n = 100(общее число труб)

l_трубок = 3м

трубы 252 мм

Укрупненный расчет теплообменного аппарата

Охлаждение паров метанола

Межтрубное пространство (пары метанола):

1. Критерий Рейнольдца

, (4)

где - количество ходов;

- количество труб;

- диаметр эквивалентный ();

- вязкость паров метанола (для 50⁰С )

2. Критерий Прандтля:

, (5)

где - теплопроводность паров метанола (для 50⁰С )

3. Критерий Нусельда::

(6)

Ищём :

, (7)

где - коэффициент теплоотдачи для паров метанола;

- определяющий линейный размер (), м

Трубное пространство (вода):

1. Критерий Рейнольдца

, (8)

где - количество ходов;

- количество труб;

- диаметр эквивалентный ();

- вязкость воды (для 17,5⁰С )

2. Критерий Прандтля:

, (9)

где - теплопроводность воды (для 17,5⁰С )

3. Критерий Нусельда::

(10)

Ищём :

, (11)

где - коэффициент теплоотдачи для воды;

- определяющий линейный размер (), м

Найдем коэффициент теплоотдачи:

(12)

Находим расчетную площадь теплообмена для охлаждения пара :

(13)

С запасом:

2.2 Гидравлический расчет аппарата

Центробежный насос -- насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Центробежный насос предназначен для перемещения промышленных стоков, газов, двухфазных систем.

В центробежном насосе промышленные стоки из всасывающего трубопровода поступает вдоль оси рабочего колеса в корпус насоса и, попадая на лопатки, приобретает вращательное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим колесом, в котором скорость уменьшается до значения равного скорости в нагнетательной трубопроводе. При этом согласно уравнению Бернулли, которое представлено ниже, происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную, что обеспечивает повышение давления жидкости на входе в рабочее колесо и жидкость из приемной емкости непрерывно подается в насос.

Давление, развиваемое центробежным насосом, зависит от скорости вращения рабочего колеса.

Уравнение Бернулли:

где с - плотность жидкости, х -- скорость потока, h -- высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости, p-- давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости, g -- ускорение свободного падения.

На рисунке 9 представлено устройство центробежного насоса.

Рисунок 9 - Устройство центробежного насоса: 1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал; 5 - лопатка рабочего колеса; 6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок; 8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 11 - всасывающий патрубок.

Достоинства:

- простота и компактность конструкции центробежного насоса, небольшой вес, небольшие габариты при большой производительности, небольшая требуемая площадь в пределах машинного зала и относительно легкие фундаменты;

- простота непосредственного соединения центробежного насоса с электродвигателями и паровыми турбинами, что способствует компактности всей установки и повышает к. п. д. насосной установки;

- удобство монтажа и демонтажа;

- возможность быстрого пуска и простое регулирование насосной установки в широких пределах подаваемого количества воды;

- центробежные насосы осуществляют плавную и непрерывную подачу воды, благодаря чему устраняются гидравлические удары в напорном трубопроводе;

- небольшая стоимость насосной установки, простота и экономичность в эксплуатации;

- надежность в работе и долговечность такой насосной установки;

- возможность широкого применения центробежного насоса для перекачки загрязненных жидкостей (ввиду отсутствия клапанов).

Недостатки:

- необходимость заполнения насосов водой перед их пуском;

- ограниченность применения центробежных насосов для малых производительностей вследствие:

а) низкого КПД небольших насосов;

б) сложности отливки корпуса с узкими проточными каналами;

в) необходимости увеличения числа ступеней вследствие небольшой производительности насоса.

Проведем расчет центробежного насоса, как вспомогательного аппарата. Принимаем следующие данные для расчета и выбора центробежного насоса, осуществляющего перекачивание воды к механическим фильтрам:

- производительность насоса Q = 1,9 м³/час (0,53*10^-3 м³/с);

- фактическая скорость в трубе = 2 м/с;

- избыточное давление Р_изб = 0,5 МПа;

- геометрическая высота подъема Н_г = 25 м;

- температура воды t = 20 ⁰C;

- на линии всасывания L_вс = 10 м установлено: 2 прямоточных вентиля, 4 отвода под 90⁰;

- на линии нагнетания L_н = 30 м установлено: 4 отвода под 90⁰, 2 отводов под 110⁰, 2 нормальных вентиля, 1 прямоточный вентиль.

Проведем выбор трубопровода. Для всасывающего и нагнетательного трубопровода принимаем одинаковую скорость течения воды, равную 2 м/с. Диаметр трубопровода находим по формуле:

d = где(14)

- фактическая скорость в трубе, м/с;

Q- расход, м³/час.

d = = 0,02 м,

Выбираем стальной трубопровод с незначительной коррозией, диаметр трубопровода принимаем, равным 30 мм.

Определяем потери на трение и местные сопротивления. Определим режим течения жидкости (критерий Рейнольдса) по формуле:

Re = ( * d *) / , где(15)

 - фактическая скорость в трубе, м/с;

d - диаметр трубопровода, м;

- плотность жидкости, кг/м³;

, - динамический коэффициент вязкости, Па*с (кг/м*с).

Re = (2 * 0,03 * 998) / 1,005 * 10^-3 = 59582

Следовательно, режим течения воды - турбулентный, так как Re 10000.

Среднее значение абсолютной шероховатости стенок труб e=0,2 мм.

Коэффициент трения = 0,033

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.

Для всасывающей линии вход в трубу принимаем коэффициенты местных сопротивлений:

₁ = 0,5 - вход в трубу (с острыми краями);

₂ = 0,85 - 2 прямоточных вентиля для;

₃ = 0,11 - 4 отвода под 90⁰.

Находим сумму коэффициентов местных сопротивлений для всасывающей линии по формуле:

= ₁ + 2 * ₂ + 4 * ₃, (16)

где _1-3 - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

= 0,5 + 2 * 0,85 + 3 * 0,11 = 2,64.

Найдем потери на всасывающем трубопроводе:

, (17)

где - коэффициент трения;

d- диаметр трубопровода, м;

- фактическая скорость в трубе, м/с;

Потери напора во всасывающей линии находим по формуле:

h_{п вс} =/*g, (18)

где g - ускорение свободного падения, м/с².

Тогда h_{п вс} = 38204/ 998*9,81 = 3,9 м.

Для нагнетательной линии принимаем коэффициенты местных сопротивлений:

Выход из трубы =1

4 отвода под 90⁰₂ = 0,11;

2 отводов под 110⁰₃ = 0,12;

2 нормальных вентиля ₄ = 4,9;

1 прямоточный вентиль ₅ = 0,5.

Находим сумму коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии по формуле:

=+ 4*₂ + 2*₃ + 2*₄ + ₅, (19)

где ₁-₄ - коэффициенты местных сопротивлений.

=1+ 4*0,11 + 2*0,12 + 2*4,9 + 0,5 = 11,98

Найдем потери на нагнетательном трубопроводе:

, (20)

где - коэффициент трения;

d- диаметр трубопровода, м;

- фактическая скорость в трубе, м/с;

Потери напора в нагнетательной линии находим по формуле:

h_{п наг} =/*g, (21)

где g- ускорение свободного падения, м/с².

Тогда h_{п наг} = 122714/ 998*9,81 = 12,5 м.

Находим общие потери напора:

h_п = h_{п вс} + h_{п наг}, (22)

где h_{п вс}- потери напора во всасывающей линии, м;

h_{п наг} - потери напора в нагнетательной линии, м.

Тогда h_п = 3,9 + 12,5 = 16,4 м.

Произведем выбор насоса. Находим полный напор насоса по формуле:

Н = Р / ( * g) + Н_г + h_п, (23)

где Р - давление, Па;

- плотность жидкости, кг/м³;

Н_г - геометрическая высота подъема воды, м;

h_п - общие потери напора.

Н = 0,05 * 10⁶ / (998 * 9,81) + 25+ 16,4 = 46,5 м. ст. жидкости.

Определяем полезную мощность насоса по формуле:

N_п = * g * Q * H, (24)

где - плотность жидкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Q - расход, м³/ч;

Н - полный напор, м.

Тогда N_п = 1,9 * 9,81 * 998 * 46,5/3600 = 240,3 Вт = 0,3 кВт.

Находим мощность по вал двигателя:

N_дв = N_п / _нпер,

где _н- коэффициент полезного действия насоса;

_пер - коэффициент полезного действия передачи от электродвигателя к насосу.

Тогда N_дв = 0,3 / 0,6 * 1 = 0,5 кВт.

По расчетным данным получили необходимый напор не менее 30 м, мощность электродвигателя не менее 0,5 кВт. Выбираем насос марки Х20/53: Q = 5.5*10^-3м³/c; Н = 53 м; n = 48,3 об/с; ; тип электродвигателя BAO-52-2: N_H = 13 кВ, _g = 0,87.

теплообменник производительность насос

Заключение

В курсовом проекте описана краткая характеристика процесса теплообмена. Проведен анализ известных в промышленности, научно-технической и патентной литературе, теплообменных аппаратов. Проведен расчет основного теплообменного аппарата. Выявлены резервы увеличения производительности аппарата и интенсификации процесса. Произведен гидравлический расчет теплообменного аппарата. Произведен расчет центробежного насоса. Найдена полезная мощность насоса.

При расчете теплообменного аппарата получили:

Площадь поверхности теплообмена

Диаметр кожуха

Число ходов

Трубы 25*2 мм

Длина труб

Число труб

Число труб на 1 ход

Исходя из проведенных расчетов, устанавливаем, что по заданным производительности и напору больше всего соответствует многоступенчатый центробежный насос марки Х20/53, для которого при оптимальных условиях работы:

- производительность Q = 5,5*10^-3 м³/с;

- напор Н = 53 м. ст. жидкости,

- к.п.д. насоса _н = 0,50.

Насос обеспечен электродвигателем ВАО-52-2 номинальной мощностью N_н = 13 кВт (n_д = 0,87, частота вращения вала 48,3 об/с).

Таким образом, поставленные задачи в курсовом проекте выполнены.

Список использованных источников

1. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]: пособие по проектированию / Ю.И, Дытнерский, Г.С. Борисов, В.П. Брыков. - М.: Химия, 1991. - 496 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]: учебник для вузов / А.Г. Касаткин. - М.: Согласие, 2004. - 750 с.

3. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессы и аппаратов химической технологии [Текст]: учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

4. Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической технологии [Текст]: учебник для химических техникумов / А.Н. Плановский, В.М. Рамм, З.К. Соломон. - М.: Химия, 1967. - 848 с.

5. Сугак А.В. Процессы и аппараты химической технологии [Текст]: учебное пособие для начального профессионального образования / А.В. Сугак, В.К. Леонтьев, В.В. Туркин. - М.: Издат. центр Академия, 2005. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru

...