Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Расчет и проектирование холодильника-конденсатора для конденсации перегретого водяного пара



Введение

кожухотрубчатый теплообменник конденсат холодильник

Теплообменные аппараты являются составной частью практически всех технологических установок на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах. Теплообменные аппараты используют для нагрева, испарения, конденсации, охлаждения, кристаллизации, плавления и затвердевания участвующих в процессе продуктов, а также как парогенераторы или котлы-утилизаторы.

Среды, используемые для подвода или отвода, тепла называются теплоносителями и хладоагентами. В качестве теплоносителей могут быть применены нагретые газообразные, жидкие или твёрдые вещества. Водяной пар как теплоноситель используется главным образом в насыщенном состоянии - как высокого давления, так и отработанный от паровых машин и насосов.

Кожухотрубчатые теплообменники изготовляют с поверхностью теплообмены 11-350 м² для работы под давлением 2-25 атм. Трубные пучки выполняют из стальных трубок диаметром 25 или 38 мм и длиной 3-6 м. Теплообменники этого типа экономичны и имеют минимальное число соединений на прокладках. Основным недостатком таких аппаратов является невозможность механической очистки межтрубного пространства

По способу монтажа различают вертикальные, горизонтальные и наклонные теплообменные аппараты. Вертикальные теплообменники занимают меньше места, но они менее удобны при очистке. На нефтеперерабатывающих заводах наибольшее распространение получили горизонтальные теплообменники.



1. Тепловой баланс кожухотрубчатого теплообменника

В межтрубном пространстве находится насыщенный пар, в трубном - оборотная вода (как более грязное вещество). Движение фаз - противоток.

Тепловая нагрузка:

- расход пара (по заданию )

- удельная теплота парообразования (из табл. ХLV [1] )

- теплоёмкость конденсата (по табл. XXXIX [1] при )

- удельная энтальпия насыщенного пара при

- удельная энтальпия конденсации пара при

- температура конденсации пара

- температура конденсата

Расход оборотной воды:

, где



- теплоёмкость оборотной воды (по табл. XXXIX [1] при )

- температура на выходе из теплообменника (для оборотной воды 50⁰С)

- температура на входе в теплообменник (для оборотной воды 30⁰С)

Определяем из теплового баланса:

Средняя движущая сила :

Определяем из теплового баланса:



Средняя движущая сила :

Средняя движущая сила :

1.1 Подбор коэффициентов теплоотдачи и расчёт площади теплообменника

Задаёмся коэффициентом К₁:

(по табл. 4.8 [1])

Площадь теплообмена F₁:

Задаёмся коэффициентом К₂:

(по табл. 4.8 [1])

Площадь теплообмена F₂:



Задаёмся коэффициентом К₃:

(по табл. 4.8 [1])

Площадь теплообмена F₃:

Общая площадь теплообмена:

Выбираем по ГОСТ 15118-79 теплообменник (из табл. 2.3):

Конденсатор:

· S=17.5м²

· (количество ходов)

· d_{внутренний}=325 мм,

· (общее число труб)

· число трубок на 1 ход = 28

·

· трубы



2. Первая часть теплообмена. Охлаждение паров НП

2.1 Расчет параметров для трубного пространства (оборотная вода)

Критерий Рейнольдса:

- количество ходов

- количество труб

- диаметр эквивалентный ()

- вязкость воды (по табл. XXXIX [1]: для 50⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

- теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1]: для 50⁰С )

Критерий Nu:

Отношение принимаем за единицу, т.к. разница между температурами стенки min:



(из примера со стр. 33 [2])

Расчет проведён для всех процессов с оборотной водой, т.к. в процессе теплообмена в малом интервале температур вода практически не изменяет физические свойства.

Находим :

- коэффициент теплоотдачи для воды

- определяющий линейный размер (), м

2.2 Расчет параметров для межтрубного пространства (насыщенный пар)

Критерий Рейнольдса:

- расход пара, (по условию )

- наружный диаметр трубок ()

- проходное сечение межтрубного пространства (по табл. II.3 [2] )

- вязкость пара (по рис VI для 115⁰С )

Критерий Прандтля:



, где

- удельная теплоёмкость пара,

- теплопроводность пара (по табл. XXXIX [1]: для 115⁰С )

Критерий Nu (для 2300<R<1000):

Находим :

- коэффициент теплоотдачи для пара

- определяющий линейный размер (), м

Находим расчётный коэффициент :

, где

- загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI [1] )

- загрязнение стенок со стороны оборотной воды (по табл.XXXI [1] )

- толщина трубок, м

- теплопроводность материала стали (по табл. XXVIII )



Находим расчетную площадь теплообмена для охлаждения пара:



3. Вторая часть теплообмена. Конденсация паров

3.1 Расчет параметров для трубного пространства (оборотная вода)

Критерий Рейнольдса:

- количество ходов

- количество труб

- диаметр эквивалентный ()

- вязкость воды (по табл. XXXIX [1]: для 40⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

- теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1]: для 40⁰С )

Критерий Nu:

Аналогично принимает отношение за единицу (расчёт и пояснение выше)

Находим :



- коэффициент теплоотдачи для воды

- определяющий линейный размер (), м

3.2 Расчет параметров для межтрубного пространства (конденсат)

(формула для горизонтальной труб), где:

- коэффициент (при )

- длина трубок, м

- число трубок

- расход пара, (по условию )

- теплопроводность пара (по табл. XXXIX [1]: )

- вязкость пара (по рис VI [1] )

Находим расчётный коэффициент :

, где

- загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI [1] )

- загрязнение стенок со стороны оборотной воды (по табл.XXXI [1] )

- толщина трубок, м

- теплопроводность материала стали (по табл. XXVIII )

Находим расчетную площадь теплообмена для охлаждения пара:



4. Третья часть теплообмена. Охлаждение конденсата

4.1 Расчет параметров для трубного пространства (оборотная вода)

Критерий Рейнольдса:

- количество ходов

- количество труб

- диаметр эквивалентный ()

- вязкость воды (по табл. XXXIX [1]: для 30⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

- теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1]: для 30⁰С )

Критерий Nu:

Аналогично принимает отношение за единицу (расчёт и пояснение выше)

Находим :



- коэффициент теплоотдачи для воды

- определяющий линейный размер (), м

4.2 Расчет параметров для межтрубного пространства (конденсат)

Критерий Рейнольдса:

- расход пара, (по условию )

- наружный диаметр трубок ()

- проходное сечение межтрубного пространства (по табл. II.3 [2] )

- вязкость пара (по рис VI для 115⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

- удельная теплоёмкость пара,

- теплопроводность пара (по табл. XXXIX [1]: для 80⁰С )

Критерий Nu:



Отношение принимаем за единицу, т.к. разница между температурами стенки min:

(из примера со стр. 33 [2])

Находим :

- коэффициент теплоотдачи для пара

- определяющий линейный размер (), м

Находим расчётный коэффициент :

, где

- загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI[1] )

- загрязнение стенок со стороны оборотной воды (по табл. XXXI [1] )

- толщина трубок, м

- теплопроводность материала стали (по табл. XXVIII )



Находим расчетную площадь теплообмена для охлаждения пара:



5. Расчетная площадь теплообмена

Суммарная площадь теплообмена:

Запас по теплообмену:

Масса аппарата (по табл.) = 1260 кг



6. Гидравлический расчёт кожухотрубчатого теплообменника

6.1 Расчёт гидравлического сопротивления для трубного пространства (оборотная вода)

Скорость движения воды в трубах:

, где

- расход оборотной воды

- диаметр трубки, м

- плотность воды (по табл. XXXIX [1] при )

- количество труб

- число ходов

Коэффициент трения:

, где - относительная шероховатость труб

Скорость воды в штуцерах:

, где



- диаметр условного прохода штуцеров (по табл. II.8 [2] )

Гидравлическое сопротивление воды в трубном пространстве:

6.2 Расчёт гидравлического сопротивления для межтрубного пространства (перегретый пар)

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве:

Число сегментных перегородок:

(по табл. при ):

Скорость потока в штуцерах:

, где

- диаметр условного прохода штуцеров к кожуху (по табл. II.8 [2] )

- плотность пара (по табл. LVI при )

Скорость потока в наиболее узком сечении межтрубного пространства:



Гидравлическое сопротивление пара в межтрубном пространстве:

6.3 Расчёт гидравлического сопротивления для межтрубного пространства (конденсат)

Скорость потока конденсата в штуцерах:

, где

- диаметр условного прохода штуцеров к кожуху (по табл. II.8 [2] )

- плотность конденсата (по табл. ХХХIX при )

Скорость конденсата в наиболее узком сечении межтрубного пространства:

Гидравлическое сопротивление конденсата в межтрубном пространстве:





Вывод

По ГОСТ 15119-79 рассчитан и запроектирован кожухотрубчатый теплообменник для конденсации перегретого водяного пара

Параметры кожухотрубчатого конденсатора:

· площадь поверхности теплообмена

· запас по поверхности теплообмена

· диаметр кожуха

· число ходов

· трубы 25*2 мм

· длина труб

· число труб

· число труб на 1 ход

· тепловая нагрузка

· масса

Параметры перегретого пара (межтрубное пространство):

· расход

· температура на входе

· температура на выходе

· гидравлическое сопротивление конденсата

· гидравлическое сопротивление пара

Параметры оборотной воды (трубное пространство):

· расход

· температура на входе

· температура на выходе

· гидравлическое сопротивление воды

Движение фаз - противоток.

Список литературы

1. Примеры и задачи курсу процессов и аппаратов химической технологии. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков: Химия, Ленинград, 1987.

2. Основные процессы и аппараты химической технологи. Пособие по проектированию. Под ред. Дытнерского Ю.И.: Химия, Москва, 1983

Размещено на Allbest.ru