Выбор и расчет кожухотрубного вертикального многоходового теплообменника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Задание на проектирование

2. Порядок расчета теплообменного аппарата

3. Тепловой расчет

3.1 Определение поверхности нагрева и основных размеров теплообменника

3.2 Проверочный расчет теплообменника

3.2.1 Определение коэффициентов теплоотдачи

3.2.2 Определение коэффициента теплопередачи

Заключение

Список литературы

Введение

Теплообменом называется самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты от более нагретых тел к менее нагретым.

Теплоиспользующие аппараты, применяемые в производстве для проведения теплообменных процессов, называют теплообменниками. Теплообменники в зависимости от конструкции подразделяют на кожухотрубные, пластинчатые, спиральные, оросительные и аппараты с рубашками.

Кожухотрубный вертикальный многоходовой теплообменник с неподвижными трубными решетками состоит из цилиндрического корпуса, который с двух сторон ограничен приваренными к нему трубными решетками с закрепленными в них греющими трубами. К корпусу прикреплены с помощью болтового соединения два днища. Для ввода и вывода теплоносителей корпус и днища имеются патрубки. Один поток теплоносителя (жидкость) направляют в трубные пространство и выходит через патрубок. Другой поток (пар), вводится в межтрубное пространство и выводится из корпуса теплообменника через патрубок; теплообмен между теплоносителями осуществляется через стенки труб.

Преимущества кожухотрубных теплообменников заключается в компактности, невысоком расходе металла, легкости очистки труб изнутри.

Недостатки: сложность достижения высоких скоростей теплоносителей; за исключением многоходовых теплообменников, малая доступность межтрубного пространства для очистки и ремонта, сложность изготовления из материалов, не поддающихся развальцовке и сварке.

1. Задание на проектирование

Рассчитать и выбрать кожухотрубчатый нагреватель для охлаждения 15000 кг/ч воздуха от 400 до 50 градусов при давлении 2,2·10⁵ Па.

2. Порядок расчета теплообменного аппарата

Исходными данными для простейшего теплового расчета являются: расход одного из теплоносителей и температуры обоих теплоносителей на входе и на выходе из аппарата. Расчет поверхности теплообмена состоит из следующих основных стадий.

1. Определение тепловой нагрузки аппарата, средней движущей силы и средних температур теплоносителей.

2. Определение расхода второго вещества из теплового баланса.

3. Определение ориентировочной площади поверхности теплообмена, а также выбор размеров теплообменных труб и, если возможно, расчет необходимого их количества при обеспечении заданного режима движения теплоносителей.

4. Предварительный выбор нормализованного теплообменника по принятым параметрам. Выписываются те фиксированные геометрические размеры аппарата, которые будут фигурировать в расчете (внутренний диаметр кожуха, число теплообменных труб и т.д.). Параметры, которые не будут непосредственно участвовать в расчете, можно варьировать для обеспечения расчетной поверхности теплообмена при окончательном выборе нормализованного аппарата.

5. Определение частных коэффициентов теплоотдачи для обоих теплоносителей с использованием критериальных уравнений для соответствующих тепловых процессов, режимов теплоносителей, геометрического расположения труб и т.д. Определение термических сопротивлений стенок и загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей.

6. Определение общего коэффициента теплопередачи и уточнение температур стенки со стороны горячего и холодного теплоносителей. Пересчет коэффициента теплопередачи.

7. Определение расчетной поверхности теплообмена по основному уравнению теплопередачи и окончательный выбор нормализованного теплообменника. Определение запаса поверхности теплообмена, необходимого для обеспечения длительной работы аппарата, так как на поверхности труб и кожуха образуются разного вида загрязнения (отложение нерастворимых осадков, накипеобразование, ржавчина и т.д.), которые снижают эффективность процесса теплообмена, уменьшая коэффициент теплопередачи.

теплообменник кожухотрубный многоходовой нагреватель

3. Тепловой расчет

3.1 Определение поверхности нагрева и основных размеров теплообменника

Поскольку род нагреваемого теплоносителя не задан в условии, принимаем для расчета воду с начальной температурой на входе t'₂ = 10єС и расходом G₂ = 10 кг/сек. Вода движется по трубкам, воздух в межтрубном пространстве.

Находим эквиваленты теплоносителей:

- воздух

,

где G₁ - массовый расход воздуха, G₁ = 15000 кг/ч = 4,167 кг/сек.

с₁ - массовая теплоемкость воздуха, определяем по средней температуре воздуха t_1ср = (400+50)/2=225єС по справочнику с₁ = 1,032 кДж/(кг·К);

,

Эквивалент для нагреваемого теплоносителя:

,

где G₂ - массовый расход воды, G₂ = 20,0 кг/сек.

с₂ - массовая теплоемкость воды. Поскольку данная величина меняется незначительно при относительно низких температурах, принимаем по справочнику с₂ =4,19 кДж/(кг·К).

,

Далее определяем температуру нагреваемого теплоносителя на выходе из аппарата:

,

отсюда:

Выбираем схему движения - противоток, т.к. она выгоднее экономически, имея по сравнению с прямотоком меньшую поверхность нагрева.

3.2.1 Определение коэффициентов теплоотдачи

Уточняем критерий Рейнольдса:

Получаем переходной режим течения жидкости в трубках, 10000?Re ?2320

при t_2ср = 19єС находим в справочнике значение критерия Прандтля для воды

Pr₂ = 5,45

Рассчитываем критерий Нуссельта:

Коэффициент теплоотдачи к нагреваемой воде:

Выписываем недостающие физические свойства воздуха при температуре

t_1ср = 225єС из справочника:

л₁ = 4,1·10^-2 Вт/(м·К);

Pr₁ = 0,679;

н₁ = 37,73·10^-6 м²/с.

с₂ = 0,71 м³/сек.

Объемный расход воздуха:

Скорость течения воздуха в межтрубном пространстве:

Число Рейнольдса:

Критерий Нуссельта для шахматных пучков при Re? 1000 вычисляем по формуле:

;

Коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке трубы:

,

где Dэкв - эквивалентный диаметр МТ пространства, м

3.2.2 Определение коэффициента теплопередачи

Коэффициент теплопередачи:

,

где R - термическое сопротивление теплопроводности загрязнений наружных и внутренних поверхностей трубок и термическое сопротивление теплопроводности материала трубок, принимаем, согласно методических указаний, 1/R = 2580

Расчетная площадь поверхности теплообмена:

Запас поверхности нагрева:

Заключение

На основании задания на курсовой проект спроектирована теплообменная установка, служащая для охлаждения воздуха.

В процессе курсового проектирования мы:

1) Систематизировали, закрепили и расширили теоретические знания.

2) Ознакомились с конструкцией типовых деталей и узлов и получили навыки самостоятельного решения инженерно-технических задач, а также расчета и конструирования теплообменных аппаратов.

3) Ознакомились с такими важными конструкторскими приемами, как метод подбора и метод последовательных приближений.

Но главное, работа над курсовым проектом по тепло- и масоообмену подготавливает к решению более сложных задач общетехнического характера.

Список литературы

1. В.В. Нащокин. Техническая термодинамика и теплопередача. Учебн. пособие для неэнергетических специальностей вузов. М. «Высшая школа» 1975. 496 с. с ил.

2. М.А. Михеев, И.М. Михеева Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М., «Энергия», 1977. 344 с. с ил.

2. Баскаков П.А. Теплотехника. М.: Энергоатомиздат, 1991, 224 с.

3. Романков, П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, и др. Л.: Химия, 1993, 496 с.

Размещено на Allbest.ru