Расчет кожухотрубчатого нагревателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Волгоградский государственный технический университет»

Кафедра «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»

Контрольно-семестровая работа

по дисциплине «Машины и аппараты химических производств»

Тема: «Расчет кожухотрубчатого нагревателя»

Волгоград, 2021 г.

Содержание

Введение

1. Расчет теплообменного аппарата

2. Выбор теплообменного аппарата

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решётками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе применяются в тех случаях, когда нет необходимости в механической очистке межтрубного пространства (очистка от осадка возможна только для трубного пространства). Поэтому в трубное пространство подают ту жидкость (воду или водные растворы), которая при нагревании или выпаривании может выделять нерастворимый осадок на стенках труб, а в межтрубное пространство подают чистую жидкость или конденсирующийся пар.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом среддвижется внутри труб (в трубном пространстве), а другая - в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляются противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения её плотности при нагревании или охлаждении.

Целью данной работы является расчет теплообменного аппарата для нагревания рабочей среды согласно варианту. Также необходимо подобрать нормализованный теплообменный аппарат по каталогу, предоставить его рисунок и указать необходимые параметры.

1. Расчет теплообменного аппарата

теплообменный кожухотрубный аппарат нагревание

Рассчитать нормализованный теплообменный аппарат теплообмена между двумя теплоносителями. Подобрать нормализованный теплообменный аппарат по каталогу, показать теплообменник на рисунке (греющий агент - водяной насыщенный пар).

Нагреваемой средой является вода, который необходимо нагреть от температуры Т_хн = 290 К до Т_хк = 305 К. При средней температуре t_ср = (290 + 305) / 2 = 297,5 К = 24,5°C вода имеет следующие физико-химические характеристики: с = 997 кг/м³, м = 0,902·10^-3 Па·с, л = 0,605 Вт/(м·К), c = 4180 Дж/(кг·К).

Для нагрева будем использовать водяной пар с расходом G₁ = 5 кг/с. Начальная температура ацетона t_гн = 325 К, конечная температура t_гк = 305 К. Характеристики водяного пара при этой температуре: с₁ = 767,4 кг/м³, м₁ = 0,25·10^-3 Па·с, л₁ = 0,165 Вт/(м·К), с₁ = 2220 Дж/(кг·К).

Проведем расчет. Определим тепловую нагрузку аппарата:

Температурный режим:

Расход пара определим по формуле:

Средняя разность температур:

Произведем ориентировочный выбор теплообменника. В трубное пространство с меньшим проходным сечением направим теплоноситель с меньшим расходом, то есть воду. В таком случае в межтрубное пространство будет направлен ацетон.

Примем ориентировочное значение Re_ор=15000, что соответствует развитому турбулентному режиму течения в трубах. Такой режим возможен в теплообменнике, у которого число труб, приходящееся на один ход, равно:

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, которое соответствует турбулентному течению, K_ор=300 Вт/(м²·К). При этом значении значение поверхности теплообмена составит:

2. Выбор теплообменного аппарата

Проведем уточненный расчет следующих вариантов теплообменных аппаратов, которые подобрали по справочным данным (таблица 1).

Таблица 1

Параметры теплообменников для уточненного расчета

Рассмотрим 1 вариант вертикального теплообменника с наружным диаметром труб - 0,020 м, длиной труб - 4,0 м, n=316.

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, которая движется по трубам турбулентно, равен:

Площадь сечения потока в межтрубном пространстве между перегородками S_мтр=0,048 м². Тогда:

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, которая движется в межтрубном пространстве, равен:

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплопередачи равен:

При этом значении значение поверхности теплообмена составит:

Запас поверхности теплообмена составляет:

Рассмотрим 2 вариант вертикального теплообменника с наружным диаметром труб - 0,025 м, длиной труб - 5 м, n=206.

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, которая движется по трубам турбулентно, равен:

Площадь сечения потока в межтрубном пространстве между перегородками S_мтр=0,045 м². Тогда:

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, которая движется в межтрубном пространстве, равен:

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплопередачи равен:

При этом значении значение поверхности теплообмена составит:

Запас поверхности теплообмена составляет:

Рассмотрим 3 вариант вертикального теплообменника с наружным диаметром труб - 0,020 м, длиной труб - 3 м, n=334.

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, которая движется по трубам турбулентно, равен:

Площадь сечения потока в межтрубном пространстве между перегородками S_мтр=0,048 м². Тогда:

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, которая движется в межтрубном пространстве, равен:

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

Коэффициент теплопередачи равен:

При этом значении значение поверхности теплообмена составит:

Запас поверхности теплообмена составляет:

Таким образом, заданным технологическим условиям и экономической выгоде отвечает первый вариант теплообменника, который обеспечивает запас поверхности теплообмена 11,12%. Параметры теплообменника представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры выбранного теплообменника

Рисунок 1 Двухходовой кожухотрубный теплообменник жесткой конструкции с перекрестным ходом по межтрубному пространству: 1 - корпус; 2 - трубные решетки; 3 - трубы; 4 - днище; 5 - фланцы

Заключение

Для данного процесса (нагревания) был выбран в соответствие с расчетом кожухотрубчатый теплообменный аппарат с диаметром кожуха D=325 мм, диаметром труб d=20x2 мм, Числом ходов z=1, общим числом труб n=100 шт., поверхностью теплообмена F=9,5 м² при длине труб N=1,5 м. Запас поверхности теплообмена достаточен и составляет 12,5%. Масса аппарата составляет не более 5360 кг.

Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство: Альянс, - 2014 г. 576 с.

2. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. Издательство: М. «Химия», 1991г. 446 с.

3 Голованчиков, А. Б. Лабораторный практикум по машинам и аппаратам химических производств [Текст]: учеб.-метод. пособие / А. Б. Голованчиков, В. В. Савинов, П. С. Васильев ; ВолгГТУ. Волгоград: ВолгГТУ, 2016. 109, [2] с. ISBN 978-5-9948-2234-0.

4. Шагарова, А. А. Моделирование работы рекуперативных теплообменных аппаратов: учеб. пособие/ Сост. А. А. Шагарова, Н. А. Дулькина, Е. А. Селезнева, В. И. Лапицкий/ Волгоград, гос. техн. ун-т.Волгоград, 2004. 64 с.

5. Теплонасосные установки в отраслях агропромышленного комплекса [Текст]: учебник / Б. С. Бабакин, А. Э. Суслов, Ю. А. Фатыхов, В. Н. Эрлихман ; под ред. Ю. А. Фатыхова. Санкт-Петербург: Лань, 2014. 327 с. ISBN 978-5-8114-1435-2.

Размещено на Allbest.ru