Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата

Реферат

Содержанием данного курсового проекта является проектирование тепломассообменного оборудования промышленных и транспортных предприятий. Проект включает в себя 28 страниц пояснительной записки, 2 чертежа формата А3, 2 диаграммы.

КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, РАСТВОРИТЕЛЬ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, МАССОВЫЙ РАСХОД, ПЛОТНОСТЬ РАСТВОРА, ЭНТАЛЬПИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС.

 

 

Содержание

 

Задание	2-3
Реферат
1.Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата	7-16
2.Проектирование выпарной установки	17-27
3.Используемая литература

 

Введение

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты в различных модификациях наиболее широко используются в промышленности и теплоэнергетике. Размеры теплообменной поверхности такого теплообменника можно варьировать в широких пределах, конструкция имеет достаточную прочность и хорошо выдерживает нагрузку, имеющие место при сборке, монтаже, перевозке и эксплуатации теплообменника. Конструктивные особенности позволяют применять этот тип теплообменников в самых разнообразных условиях, включая весьма низкие или высокие температуры и давления теплоносителей, большие градиенты температур.

Основными элементами конструкции кожухотрубчатого теплообменника являются: трубный пучок, трубные доски, кожух, входной и выходной патрубки.

Выпариванием называется процесс концентрирования растворов твердых нелетучих или малолетучих веществ посредством испарения растворителя и отвода образовавшихся паров. Выпаривание применяется в промышленности для повышения концентрации разбавленных растворов или выделения в них растворенного вещества путем кристаллизации. В результате выполнения теплового расчета определяется требуемая величина площади поверхности теплообмена и в соответствии с ней подбирается стандартный выпарной аппарат.

 

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата

Тепловой расчёт рекуперативного теплообменного аппарата основывается на уравнениях теплового баланса и теплопередачи. Для пароводяного кожухотрубчатого теплообменника уравнение теплового баланса можно записать в виде:

,

где Q₁ – тепловой поток, отдаваемый греющим теплоносителем, Вт;

Q₂ – тепловой поток, воспринимаемый нагреваемым теплоносителем, Вт;

- тепловой поток, отдаваемый в окружающую среду, Вт.

Тепловой поток, воспринимаемый нагреваемым теплоносителем (водой), определяется по формуле:

,

 

где c_pw – теплоемкость воды, ;

– массовый расход воды, кг/с;

- температура воды на выходе;

- температура воды на входе.

.

Тепловой поток, отдаваемый греющим теплоносителем:

,

где коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

По заданию

кВт.

Расход греющего теплоносителя:

где энтальпия водяного пара на входе в теплообменный аппарат, ;

энтальпия конденсата на выходе из теплообменного аппарата, .

Определяем по таблице «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения»: ,

Средняя разность температур теплоносителей рассчитывается по формуле:

,

где наибольшая разность температур теплоносителей, ;

наименьшая разность температур теплоносителей, .

; ,

где температура насыщения водяного пара;

температуры воды на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Имея давление водяного пара находим температуру насыщения:

;

;

.

Средняя температура воды:

Предварительно задаемся температурой стенки:

- со стороны нагреваемого теплоносителя:

- со стороны греющего теплоносителя:

Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя:

Предварительно задаемся значением скорости для капельных жидкости w₂ =1,3 м/с. Выбрав величину скорости движения воды по трубам, можем определить число труб в одном ходе трубного пучка:

,

где массовый расход воды, ;

плотность воды при средней температуре воды (определяем по таблице «Физические свойства воды на линии насыщения»), ;

скорость движения воды по трубам, ;

внутренний диаметр труб, м.

где d_н - наружный диаметр трубы, м;

d - толщина стенки трубы, м.

Общее число труб в пучке определим по формуле:

,

где z – число ходов по воде.

Трубы в трубных решётках обычно размещают по сторонам шестиугольников или по концентрическим окружностям. Выбираю размещение труб по сторонам шестиугольников. Тогда общее количество труб равно:

,

где порядковый номер шестиугольника, считая от центра.

Из последнего соотношения можно определить число шестиугольников:

Уточняем общее число труб в пучке:

;

Уточним значение w₂по формуле:

,

где массовый расход воды, ;

плотность воды при средней температуре воды, ;

скорость движения воды по трубам, ;

- число труб в одном ходе трубного пучка.

.

Определим число Рейнольдса:

Так как значение Re_ж,d>10000, то режим течения турбулентный.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде, движущейся внутри труб:

,

где число Рейнольдса;

число Прандтля для воды при средней температуре воды;

число Прандтля для воды при температуре внутренней поверхности стенки трубы (по таблице II [2]);

Определим коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде, движущейся внутри труб:

Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной поверхности вертикального трубного пучка.

Число Рейнольдса:

Безразмерный комплекс Z:

Разность температур:

где Н – характерный размер, м;

Для горизонтальных теплообменников характерный размер определяется по формуле:

где R– наружный радиус, м.

 

А, В – комплексы, А=60,07 1/(м×⁰С), В=6,9×10^-3 м/Вт.

Безразмерный комплекс Z:

Число Рейнольдса:

Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной поверхности вертикального трубного пучка:

Величину коэффициента теплопередачи будем рассчитывать по уравнению для плоской пластины, учитывая термические сопротивления загрязнений поверхности теплообмена со стороны обоих теплоносителей:

,

где коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной поверхности трубного пучка, ;

коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к нагреваемому теплоносителю, ;

толщина стенки теплопередающей поверхности (трубы), м;

толщины загрязнений со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей, м;

коэффициент теплопроводности материала трубы (латунь), ;

коэффициенты теплопроводности загрязнений поверхности

теплообмена со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей,

 

Уточним значения и :

 

Определим расчётную величину площади поверхности теплообмена:

Основные размеры теплообменного аппарата.

Длина теплообменного аппарата:

Внутренний диаметр кожуха:

,

где коэффициент заполнения трубной решётки, равный отношению площади, занятой трубами, к полной площади решётки. Принимаем .

Шаг труб:

Длина теплообменного аппарата:

Внутренний диаметр кожуха:

Полученное значение внутреннего диаметра кожуха округляем до ближайшего стандартного D=0,3 м