Розрахунок теплообмінника
Методика та головні етапи проектування вертикального кожухотрубчастого пароводяного теплообмінника, його технічна характеристика та вимоги, обґрунтування вибору прийнятої схеми. Тепловий, конструктивний і гідравлічний розрахунок пароводяного апарату.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 14.06.2015 |
| Размер файла | 87,4 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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вступ
кожухотрубчастий теплообмінник гідравлічний
У хімічній промисловості широке розповсюдження отримали теплові процеси - нагрівання та охолодження рідин, газів та конденсація парів, що відбуваються у теплообмінних апаратах.
Теплообмінниками називаються апарати, що призначені для передачі тепла від одних речовин до інших. Речовини, що приймають участь у процесі передачі тепла називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру і віддають тепло прийнято називати нагріваючими агентами, а теплоносії з більш низькою температурою, ніж середовище, від якої вони сприймають тепло - охолоджуючими агентами.
Теплообмінні апарати призначені для проведення процесів теплообміну при необхідності нагрівати або охолоджувати середовища з метою її обробки або утилізації тепла.
Умова проведення процесів теплообміну у промислових апаратах дуже різноманітні. Ці апарати застосовуються для робочих середовищ з різним агрегатним станом та структурою (газ, пар, емульсія та інші) в широкому діапазоні температур, тиску та фізико-хімічних властивостей.
Через різні вимоги, що застосовують до теплообмінників, застосовують апарати самих різних конструкції та типів: «труба у трубі», кожухотрубні, пластинчасті, спіральні, змієподібні, повітряного охолодження та інші.
Серед цих апаратів біля 80% займають кожухотрубні теплообмінники, так як вони прості у виготовлені, надійні в експлуатації та універсальні.
Кожухотрубні теплообмінники застосовуються у хімічній, нафтовій, нафтопереробній, газовій та інших галузях промисловості для нагріву, охолодження, конденсації та випарювання рідини, пару та суміші [4].
1. Проектування вертикального кожухотрубчастого пароводяного теплообмінника
Обґрунтування вибору прийнятої схеми об'єкту проектування
Даний об'єкт проектування вибраний тому, що пароводяний кожухотрубчастий підігрівник є досить універсальний, компактний та з високою інтенсивністю теплопередачі. В цьому підігрівнику ми отримуємо додатковий нагрів теплоносія, так як тут здійснюється процес передачі теплоти від одного теплоносія до іншого.
Розмірні ряди теплообмінних апаратів мають градації також по припустимих тисках і температурам робітничого середовища. Для забезпечення достатньої корозійної стійкості поверхні теплообміну розмірні ряди теплообмінників крім градацій по параметрах повинні мати градації по марках матеріалів, з яких виготовлений апарат [1].
Очевидно, що однієї універсальної конструкції теплообмінного апарата, що відповідала б багатьом вимогам для різних областей застосування і працювала б при цьому досить ефективно, не існує. Серед різноманітних умов експлуатації вдається для конкретних галузей промисловості виділити найбільше часто повторювані. Для цих умов створюють типові конструкції теплообмінних апаратів, так називані апарати загального призначення. Так, у промисловості в системах теплопостачання до 70% теплообмінників застосовують для середовищ рідина - рідина і пара-рідина при тисках до 1,0 МПа і температурах до 200°С. Для цих умов розроблені і серійно виготовляються теплообмінні апарати загального призначення: кожухотрубні, спіральні, а також більш ефективні пластинчасті.
Найбільшого поширення набули кожухотрубчаcті теплообмінники. У кожухотрубчастих теплообмінниках промислових технологічних установок, в конденсаторах парових турбін, водопідігрівачах теплових електростанцій і теплових мереж зазвичай застосовують труби з внутрішнім діаметром не меншого 12 мм (для зручності чищення поверхонь) і не більше 38 мм, оскільки при збільшенні діаметру труб значно знижується компактність теплообмінника і зростає його металоємність. Довжина трубного пучка коливається від 0,9 до 5-6 м; товщина стінки труб - від 0,5 до 2,5 мм [2].
Гладкі поверхні теплообміну прямих каналів круглої форми найбільш прийнятні для виготовлення теплообмінних поверхонь рекуперативних апаратів, перш за все, через максимальну простоту технології виготовлення апарату. Крім того, гладкі круглі труби володіють мінімальним гідравлічним опором при еквівалентних живих перетинах каналу, що мінімізує витрати потужності на прокачування теплоносія. При роботі під тиском такі канали мають максимальну міцність в порівнянні з іншими каналами еквівалентного живого перерізу.
Кожухотрубчасті апарати виконують з горизонтальним і вертикальні розташуванням корпусу. Зазвичай корпус розташовують горизонтально в апаратах типу рідина-рідина і рідше газ-рідина, пара-рідина. Вертикальні теплообмінники простіші в експлуатації і займають меншу виробничу площу.
Кожухотрубчасті апарати вертикального типу можуть виконуватися з трьома трубними системами: прямотрубною, U - подібною, спірально подібною [3].
2. Тепловий розрахунок пароводяного теплообмінного апарату
Вихідні дані:
Тиск насиченої пари: Р=1,2 бар (0,12 МПа);
Теплова потужність:
Q = 2 МВт;
Температура води на вході в теплообмінник: t=70°С;
Температура води на виході з теплообмінника: t=85°С.
Запишемо теплофізичні властивості для пари:
;
;
;
;
.
Витрата грійної пари:
(2.1)
Витрата мережної води:
(2.2)
Визначимо середню температуру води:
(2.3)
Запишемо теплофізичні властивості для води:
;
;
;
.
Задамося діаметром труб: , довжиною труб: і швидкістю води в трубах, яку будемо змінювати до найбільш оптимального варіанту: .
Визначимо площу перерізу однієї труби (внутрішню):
(2.4)
Визначимо площу перерізу однієї труби (зовнішню):
(2.5)
Визначимо об'ємну витрату води:
(2.6)
Кількість труб:
(2.7)
Площа грійної поверхні:
(2.8)
Середньотемпературний напір:
(2.9)
(2.10)
(2.11)
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі . Визначимо значення А і В для водяної пари при температурі насичення: А = 60,7/мС, В = 6,9510м / Вт [5].
Приймемо орієнтовно :
Температура зовнішньої стінки:
(2.12)
(2.13)
Приведена довжина поверхні (число Григуля):
(2.14)
За умови Z > 2300 - отже течія змішана (турбулентна), тоді число Рейнольдса визначимо за формулою:
(2.15)
Тоді коефіцієнт тепловіддачі:
(2.16)
Визначимо коефіцієнт тепловіддачі :
- питомий тепловий потік:
(2.17)
- температура внутрішньої стінки труби:
(2.18)
де - товщина стінки труби дорівнює 1 мм,
- теплопровідність матеріалу стінки (сталь звичайна) дорівнює 4510 Вт/мК;
За температурою внутрішньої стінки труби визначаємо, що Pr стінки дорівнює 1,98.
Визначимо число Рейнольдса:
(2.19)
Визначимо число Нусельта:
(2.20)
Тоді коефіцієнт тепловіддачі :
(2.21)
Визначимо коефіцієнт теплопередачі :
(2.22)
Перевіримо температуру зовнішньої стінки труби:
(2.23)
Визначимо площу грійної поверхні теплообмінника:
(2.24)
Загальна довжина труб теплообмінника:
(2.25)
3. Конструктивний розрахунок теплообмінника
Кількість ходів в теплообміннику:
(3.1)
Кількість ходів приймаємо k = 1.
Внутрішній діаметр корпусу:
, (3.2)
де n - загальна кількість труб;
ц - коефіцієнт заповнення трубної решітки, приймається в межах 0,75 - 0,85.
Крок між трубами
(3.3)
.
Підставивши отриманні значення у формулу (3.2) маємо:
Приймаємо трубу діаметром 273 мм, з товщиною стінки =16 мм.
Діаметр водяного штуцера:
, (3.4)
де - швидкість води на вході в штуцер, приймаємо 3 м/с
.
Приймаємо два штуцера діаметром умовного проходу 80 мм, і товщиною стінки 6 мм.
Діаметр парового штуцера:
, (3.5)
де - швидкість пари на вході в штуцер, приймаємо 25 м/с.
Обє'мна витрата пари:
, (3.6)
Підставивши отримані значення в формулу (4.5) маємо
Приймаємо штуцер діаметром умовного проходу 200 мм, і товщиною стінки 8 мм.
Діаметр конденсатного штуцера
(3.7)
де - швидкість конденсату на виході з штуцера, приймаємо 3 м/с,
Приймаємо штуцер діаметром умовного проходу 25 мм, і товщиною стінки 3,5 мм.
4. Гідравлічний розрахунок теплообмінного апарату
Коефіцієнт тертя по довжині труби
(4.1)
де Ке = 0,06 мм - коефіцієнт еквівалентної шорсткуватості,
Втрати тиску по довжині труби
; (4.2)
Місцеві втрати напору
, (4.3)
де - сума місцевих опорів.
Коефіцієнти місцевого опору:
- вхід в камеру - 0,5;
- вхід в труби - 0,5 х 27 = 13,5;
- вихід із труби - 1 х 27 = 27;
- поворот на 180° - 1,5 х 27 = 40,5;
- вхід в труби - 0,5 х 27 = 13,5;
- вихід із труби - 1 х 27 = 27;
- вихід із камери - 1,1.
= 0,5 + 13,5 + 27 + 40,5 + 13,5 + 27 +1,1 = 123,1.
Підставивши отримані значення в формулу (5.3) маємо, що:
Сумарні втрати тиску:
, (4.4)
Електрична потужність насоса:
(4.5)
Висновки
В даній курсовій роботі спроектований вертикальний кожухотрубчастий пароводяний теплообмінник для підігріву мережної води, схема якого наведена на кресленні. В результаті було виконано тепловий, конструктивний та гідравлічний розрахунок, визначено діаметри штуцерів. В результаті розрахунку отримано так результати: швидкість води в трубах ; діаметр труб ; коефіцієнт теплопередачі ; площа грійної поверхні теплообмінника ; сумарні втрати тиску електрична потужність насоса загальна довжина труб теплообмінника кількість труб
Література
1. Кэйс В.М., Компактные теплообменники / Кэйс В.М., Лондон А.Л. - М.: Энергия. 1967. - 220 с.
2. Грязнов Н.Д., Теплообменние устройства газотурбинных и комбинированных установок / Грязнов Н.Д., Епифанов В.М., - М:, 1985. - 360 с.
3. Коваленко Л.М., Теплообменники с интенсификацией теплооддачи / Коваленко Л.М., Глушков А.Ф. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 151 с.
4. Чепурний М.М., Теплові розрахунки промислових парогенераторів / Чепурний М.М., Ткаченко С.Й. - Вінниця: ВДТУ. - 29 с.
5. Чепурний М.М., Розрахунки тепломасообмінних апаратів. Навчальний посібник / Чепурний М.М., Ткаченко С.Й. - Вінниця: ВНТУ, 2006. - 130 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Вибір конструкції теплообмінних апаратів. Теплове навантаження теплообмінника. Коефіцієнт використання поверхні нагріву, гідравлічного тертя для ізотермічного турбулентного руху в трубах. Розрахунок теплової ізоляції. Потужність електродвигунів насосів.
курсовая работа [133,6 K], добавлен 25.11.2014Конструкція КТАНів-теплоутилізаторів. Жалюзійний сепаратор теплообмінника. Перевірочний тепловий розрахунок КТАНів-утилізаторів. Параметри димових газів на вході в КТАН. Теплобалансовий розрахунок. Визначення умов конденсації водяної пари в димарі.
курсовая работа [300,3 K], добавлен 09.02.2012Опис схеми гідравлічної принципової. Розрахунок основних параметрів гідросистеми. Розрахунок втрат тиску на лінії насос-гідродвигун-бак. Конструкція, принцип дії та призначення насосу. Робота гідравлічних приводів машин, технічна дігностика насосу.
курсовая работа [186,4 K], добавлен 20.12.2010Технологічний розрахунок апарату: визначення теплового навантаження, витрати гарячого теплоносія, середньої корисної різниці температур, вибір теплообмінника. Визначення міцності кріплення трубок в трубній плиті. Розрахунок допоміжного обладнання.
курсовая работа [259,3 K], добавлен 03.12.2012Розрахунковий тепловий потік на опалення промислового будинку. Гідравлічний розрахунок паропроводів, напірного конденсатопроводу. Тепловий розрахунок при надземному і безканальному прокладанні теплових мереж. Навантаження на безканальні трубопроводи.
курсовая работа [161,7 K], добавлен 30.01.2012Проектування підстанції ПС3, напругою 110/10 кВ. Обгрунтування вибору схеми електричних з’єднань з вищої та нижчої сторін, прийняття рішення щодо вибору обладнання і його компонування. Класифікація підстанцій. Розрахунок струмів короткого замикання.
курсовая работа [501,2 K], добавлен 22.04.2011Розрахунок коефіцієнту підсилення напруги. Попередній розподіл лінійних спотворень між каскадами. Обґрунтування вибору схеми електричної принципової. Розрахунок базового кола транзисторів вихідного каскаду. Розрахунок номіналів конденсаторів.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 12.12.2010Розрахунок витрати теплоти. Вибір теплоносія, його параметрів. Схеми теплопостачання і приєднання. Розрахунок теплової мережі. Графік тисків у водяних теплових мережах, компенсація втрат в насосній установці. Таблиця товщин теплової ізоляції трубопроводу.
курсовая работа [750,3 K], добавлен 02.01.2014Підрахунок кількості продуктів горіння. Розрахунок ентальпії газів. Тепловий баланс котла. Визначення теплонадходжень в топку. Розрахунок конвективної частини котла. Тепловий розрахунок економайзера. Перевірка теплового балансу котельного агрегату.
контрольная работа [84,8 K], добавлен 02.04.2013Визначення теплового навантаження району. Вибір теплоносія та визначення його параметрів. Характеристика котельного агрегату. Розрахунок теплової схеми котельної. Розробка засобів із ремонту і обслуговування димососу. Нагляд за технічним станом у роботі.
курсовая работа [8,5 M], добавлен 18.02.2013Технічні характеристики парогенератора. Розрахунок палива. Тепловий баланс парогенератора. Основні конструктивні характеристики топки. Розрахунок теплообміну в топці, фестону, перегрівника пари та хвостових поверхонь. Уточнення теплового балансу.
курсовая работа [283,3 K], добавлен 09.03.2012Визначення розрахункового навантаження заводу середнього машинобудування механічного цеху. Техніко-економічне обґрунтування вибору схеми зовнішнього електропостачання підприємства, схема цехової мережі. Розрахунок компенсації реактивної потужності.
курсовая работа [199,6 K], добавлен 20.01.2011Розрахунок магнітних провідностей повітряних зазорів. Побудова вебер-амперної характеристик ділянок магнітного кола, порядок та етапи складання схеми його заміщення. Розрахунок головних параметрів магнітного кола. Побудова тягової характеристики.
курсовая работа [695,2 K], добавлен 17.04.2012Проектування теплової установки для відбору теплоти з конденсатора холодильної машини. Забезпечення потреби підприємства в опаленні та гарячому водопостачанні. Розрахунок грійного контуру. Розрахунок теплового насоса на теплове навантаження випарника.
курсовая работа [269,9 K], добавлен 06.08.2013Характеристика котла ТП-230. Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння палива. Коефіцієнт надлишку повітря. Тепловий баланс котельного агрегату. Геометричні характеристики топки. Розрахунок теплоти, яка сприймається фестоном, теплопередачею.
курсовая работа [256,5 K], добавлен 18.04.2013Основні напрямки в конструюванні теплового устаткування. Тепловий розрахунок котла. Рівняння теплового балансу пристрою електричного варильного. Розрахунок трубчастого нагрівального елемента. Основні технологічні вимоги до конструкцій варильних апаратів.
курсовая работа [970,0 K], добавлен 13.03.2013Розрахунок енергетичних характеристик і техніко-економічних показників системи сонячного теплопостачання для нагріву гарячої води. Схема приєднання сонячного колектора до бака-акумулятора. Визначення оптимальної площі поверхні теплообмінника геліоконтури.
контрольная работа [352,2 K], добавлен 29.04.2013Повірочний тепловий розрахунок парового котлоагрегату, його теплові характеристики при різних навантаженнях. Вибір типу і конструктивних характеристик топки, перегрівника, економайзера. Визначення теплового балансу парогенератора й витрати палива.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 26.11.2014Загальна характеристика ТЕЦ. Організація водно хімічних режимів енергоблоків ТЕС. Обладнання й методи хімводопідготовки. Охорона навколишнього середовища від викидів на підприємстві. Розрахунок теплової схеми ТЕЦ. Зворотне водопостачання з градирнями.
курсовая работа [120,5 K], добавлен 31.07.2011Характеристика електрообладнання об’єкта, розрахунок параметрів електричного освітлення. Вибір схеми електропостачання та його обґрунтування, розрахунок навантажень. Вибір числа і типу силових трансформаторів. Параметри зони захисту від блискавки.
курсовая работа [66,4 K], добавлен 17.02.2014
