Проектирование теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности

Спиральные теплообменники различных конструкций нашли применение для систем жидкость-жидкость, для систем жидкость-пар в качестве конденсаторов, нагревателей и испарителей, для охлаждения и нагревания парогазовых смесей. Спиральные теплообменники специальной конструкции могут компоноваться с ректификационными колоннами и применяться в качестве дефлегматоров. Одно из назначений спиральных теплообменников -- нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей. Так как вязкая жидкость проходит по одному каналу, то устраняется проблема равномерного распределения вязкой жидкости по трубам. Нами для вязких жидкостей (прядильный раствор синтетического волокна "нитрон") испытывался спиральный теплообменник со сквозными каналами для прядильного раствора и спиральным каналом, по которому поступали пар или охлаждающая вода (рисунке 26). Спиральные теплообменники могут успешно применяться для шламов и жидкостей, содержащих волокнистые материалы. Применение специальных теплообменников для газов ограничено малым поперечным сечением канала.

Рисунок 26 - Схема движения жидкости в спиральном теплообменнике

Спиральные теплообменники применяются в гидролизной промышленности в качестве дефлегматоров, рекуператоров тепла в отбелочных отделениях, конденсаторов терпентиновых паров и поверхностных конденсаторов в выпарных отделениях; в химической промышленности - в качестве теплообменников при производстве серной, азотной и фосфорной кислот, в качестве конденсаторов для различных органических соединений; в коксогазовой промышленности - для охлаждения аммиачной воды, бензола и поглотительного масла, в алюминиевой промышленности -- в качестве теплообменников для алюминатных растворов; в сахарной и пищевой промышленности -- для нагрева и охлаждения раствора сахара и фруктовых соков.

Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки -- керна.

По видам уплотнения торцов каналы делятся на три основных типа:

- тупиковые каналы, каждый из которых заваривается с противоположной стороны при помощи вставленной ленты. Такой способ уплотнения исключает возможность смешения теплоносителей при прорыве прокладки. После снятия крышек оба канала легко подвергаются чистке. Этот способ уплотнения каналов наиболее распространен;

-- глухие каналы, в которых канал заваривается на торцах с обеих сторон. Недостаток этого типа уплотнения заключается в невозможности чистки каналов;

-- сквозные каналы, открытые с торцов. Уплотнение достигается при помощи манжет U-образного сечения или листового прокладочного материала. Каналы такого типа легко поддаются чистке; основной их недостаток заключается в возможности перетока теплоносителя из одного канала в другой.

В конструкциях теплообменников встречаются и различные комбинации вышеуказанных каналов. Для придания спиральным теплообменникам жесткости, особенно при давлении выше 0,3 МПа (3 кгс/см²), в большинстве теплообменников к одной из лент перед навивкой приваривают штифты. Кроме создания жесткости, штифты фиксируют расстояние между спиралями.

Согласно ГОСТ 12067 навивка спиральных теплообменников производится из рулонной стали шириной от 0,2 до 1,5 м, поверхность нагрева теплообменников от 3,2 до 100 м², ширина канала 8 или 12 мм, давление до 1 МПа (10 кгс/см²). Толщина стенок при давлении до 0,3 МПа - 2 мм, до 0,6 МПа - 3 мм.

Спиральные теплообменники выпускаются двух типов; тип 1 с тупиковыми каналами (с крышами) и тип 2 с глухими каналами (без крышек). Тип 1 выпускается в четырех исполнениях: горизонтальный теплообменник на лапах для жидкостей (рисунок 27а); горизонтальный теплообменник на цапфах для жидкостей (рисунок 276); вертикальный теплообменник на цапфах для конденсации паров (рисунок 27в); вертикальный теплообменник на цапфах для парогазовой смеси (рисунок 27г).



Рисунок 27- Спиральные теплообменники с тупиковыми каналами (тип 1): а -- горизонтальные на лапах для жидкостей; б -- горизонтальные на цапфах для жидкостей; в -- вертикальные на цапфах для конденсации пара; г -- вертикальные на цапфах для парогазовых смесей

Тип 2 выпускается в трех исполнениях: горизонтальный на лапах; горизонтальный на цапфах; вертикальный на лапах (рисунок 28). Спиральные теплообменники изготовляют из углеродистой стали СтЗ и из легированных марок 12Х18Н10Т, 0Х18Н10Т и Х17Н12М2Т. Для изготовления крышек может применяться двухслойная сталь марок СтЗ+12Х18Н10Т и 20К + Х17Н13М2Т и др. В качестве прокладок применяют резину, паронит, фторопласт, асбестовый картон и др.

Теплообменники спиральные для жидкости состоят из корпуса спирали с тупиковыми каналами, двух плоских крышек по торцам с прокладками, четырех штуцеров для входа и выхода теплоносителей, два из которых установлены в центральной части крышки, а два -- в верхней части корпуса на коллекторах. Корпус спирали выполняется на лапах для установки непосредственно на фундаменте в горизонтальном исполнении или на цапфах для установки в любом положении: вертикальном, горизонтальном и наклонном.

Принцип работы спиральных теплообменников для жидкостей заключается в следующем: первый теплоноситель поступает под давлением через штуцер на одной из крышек в камеру центровика, а затем по каналу спирали -- в коллектор и через штуцер выходит из теплообменника. Второй теплоноситель через штуцер коллектора поступает в смежный канал спирали противотоком по отношению к первому теплоносителю и выходит через штуцер второй крышки. Спиральные теплообменники для конденсации паров изготовляются только в вертикальном варианте и состоят из корпуса спирали с тупиковыми каналами, двух крышек (верхней -- с конусом для подвода пара к каналам и нижней с прокладками для уплотнения каналов), четырех штуцеров для входа и выхода теплоносителей, два из которых установлены в крышках, а два -- в боковых коллекторах, причем один из них для вывода конденсата установлен в нижней части коллектора.

Рисунок 28 - Вертикальный теплообменник на лапах с глухими каналами (тип 2)

Спиральные теплообменники для парогазовой смеси отличаются от теплообменников для конденсации паров только тем, что они имеют еще штуцер для выхода газов после отделения от них конденсата, который установлен в середине коллектора, на котором имеется штуцер для выхода конденсата. Вертикальное расположение каналов конденсаторов исключает образование пробок конденсата и гидравлические удары. Пар или парогазовая смесь поступает в аппарат через штуцер большого диаметра одновременно в большинство каналов, кроме нескольких крайних наружных. Образующийся конденсат стекает по вертикальной стенке каналов, собирается в нижней части каналов теплообменника и стекает по спирали в штуцер для конденсата, расположенный у нижней стороны канала. Остатки не конденсировавшегося пара или парогазовой смеси проходят несколько наружных витков канала по спирали и после охлаждения отводятся через штуцер на коллекторе тупиковых каналов.

Гидравлическое сопротивление каналов по паровой стороне невелико вследствие достаточно большого поперечного сечения каналов, включенных на входе пара параллельно. Охлаждающая среда подается через наружный коллектор и движется по спиральному каналу к центру, откуда выводится через штуцер на нижней крышке. Спиральные теплообменники могут выполняться для движения теплоносителей по спиральному потоку, по поперечному, пересекающему спираль потоку и по комбинированному потоку, сочетающему поперечный и спиральный поток. Конструктивное оформление таких теплообменников может быть разнообразным.

Зарубежные фирмы навивку спиральных теплообменников производят из рулонного материала шириной от 0,1 до 1,8 м и толщиной от 2 до 8 мм. Диаметр сердечника (керна) 200... 300 мм. Ширина канала от 5 до 25 мм, поверхность нагрева выпускаемых теплообменников от 0,5 до 160 м². Для получения больших поверхностей теплообменники могут быть соединены в блоки.

За рубежом спиральные теплообменники изготовляют из углеродистой и коррозионностоикой сталей, хастеллоя В и С, никеля и никелевых сплавов, алюминиевых сплавов и титана. При относительно высоких давлениях в каналах часть зарубежных фирм в целях снижения веса и придания достаточной прочности производит навивку теплообменников из стали разной толщины. Внутренние витки с меньшим радиусом навиваются из более тонкого материала, а наружные витки с большим радиусом -- из металла большей толщины. Полотнища разной толщины свариваются под углом, для того чтобы более жесткий шов не мешал навивке спирали.

В ряде случаев спиральные теплообменники конструируют с расчетом на применение анодной антикоррозионной защиты или защитных покрытий.

2. Технологический расчет оборудования

Технологический расчет установки, отделения, цеха включает:

- материальный баланс;

- тепловой баланс;

- технологический расчет основного аппарата;

- расчет и подбор вспомогательного оборудования;

- гидравлический расчет аппаратов.

Задачей материального баланса является определение расхода материальных потоков, необходимых концентраций; теплового баланса - определение расхода нагревающих и охлаждающих агентов. Технологический расчет аппаратов выполняется с целью определения их основных размеров (диаметра, высоты, площади поверхности теплопередачи и т.д.). По рассчитанным основным размерам выбирается аппарат по нормативным документам - ГОСТу, ОСТу и т.д. Далее рассчитываются или выбираются остальные элементы аппаратов (перемешивающие и контактные устройства, штуцеры, крышки и т.д.). При необходимости в этом разделе выполняется расчет тепловой изоляции. Необходимые для выполнения расчетов физико-химические свойства перерабатываемых веществ (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость и др.) находят по справочникам или рассчитывают по формулам. В этом же разделе выполняется расчет остальных аппаратов установки (теплообменников, циклонов, барометрических конденсаторов и др.) и выбор их по каталогам и ГОСТам. Расчет гидравлического сопротивления аппаратов и трубопроводов осуществляется для расчета и выбора машин, перемещающих жидкости и газы (насосов, вентиляторов, компрессоров). Емкостное оборудование для хранения сырья и продукции рассчитывается и подбирается по нормалям, каталогам или ГОСТам с учетом конкретных условий их работы. Все расчеты должны выполняться в Международной системе единиц измерений (СИ).

2.1 Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов

При выборе типа и конструкции теплообменника учитываются следующие факторы:

- назначение аппарата и протекающие в нем процессы;

- удельная теплопроизводительность аппарата (количество теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме);

- гидравлическое сопротивление;

- химическая агрессивность теплоносителей к конструкционному материалу;

- степень загрязненности теплоносителей и характер отложений;

- термодинамические параметры (температура, давление, объемы и агрегатное состояние теплоносителей);

- физико-химические свойства;

- температурные напряжения, возникающие при различном тепловом удлинении различных частей теплообменника;

- конструктивное совершенство: простота устройства, малые масса и габаритные размеры, технологичность конструкции, высокий к.п.д.;

- себестоимость продукции.

Предварительный выбор типа теплообменника можно сделать, ориентируясь на данные, приведенные в табл. 1 и 2.

Таблица 1 - Ориентировочные условия работы теплообменных аппаратов

Вид и тип аппарата	Условное давление, МПа	Допустимая температура, оС	Рабочая среда, теплоноситель
	в трубном пространстве	в межтрубном пространстве		в трубном пространстве	в межтрубном пространстве
Кожухотрубчатые	ТН	0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0	0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0	от -30 до +350	Жидкость, газ, пар, загрязненные Коррозионные, высокого давления и температуры	Газы при низких давлениях, чистые
	ТК	0,6; 1,0; 1,6; 2,5	0,6; 1,0; 1,6			Жидкости, конденсирующиеся пары
	ТП	1,6; 2,5; 4,0; 6,4	1,6; 2,5; 4,0; 6,4	от +30 до +450		Загрязненные жидкости и газы
	ТУ	1,6; 2,5; 4,0; 6,4	1,6; 2,5; 4,0; 6,4	от -30 до +350		Чистые жидкости, кипящие жидкости
Спиральный	До 1,0	от -20 до +200	Чистые жидкости и конденсирующиеся пары
Пластинчатый	До 1,0	от +20 до +140	Жидкости с твердым осадком, растворы солей, щелочей, кислоты
Воздушного охлаждения	0,6; 2,5; 6,4	от -40 до +475	Загрязненные жидкости, конденсирующиеся пары	Атмосферный воздух

Таблица 2 - Сравнительная характеристика теплообменных аппаратов различных типов

Тип теплообменников	Простота и легкость изготовления	Возможность осуществления чистого противотока	Достижение высоких скоростей	Легкость очистки	Доступность для осмотра и ремонта	Поверхность нагрева на единицу объема, м2/м3	Расход металла кг/м2	Относительный расход металла на единицу передаваемой теплоты
			в трубах	в межтрубном пространстве	труб	межтрубного пространства
Кожухотрубные: одноходовые многоходовые батарейные	-	+ - +	- + +	-	+ + +	- - -		18-40 18-40 7-16	35-80 35-80 35-80	1 1 1
Типа "труба в трубе"	+	+	+	+	+	-		4-15	175	1,5-4,5
Погружные	+	-	+	-	-	+	+	4-12	90-120	1,0-6,5
Оросительные	+	-	+	не требуется	-	+	+	3-6	45-60	0,45-2,0
Спиральные	-	+	+	+			-	34-72	30-50	0,2-0,9
Пластинчатые: с гладкими листами штампованный волнистый с ребрами		+	+	+	+	+		10-60 300-600 600-1800	5-20 5-10 2-4

Примечание. В таблице приняты обозначения: "+" - соответствие требованиям; "" - частное соответствие требованиям; "-"- несоответствие требованиям.

Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов проводится в последовательности, приведенной на рисунке 29.

Рисунок 29 - Схема расчета теплообменного аппарата: z - число ходов; n - общее количество трубок; d - диаметр трубок; l - длина трубок; D - диаметр кожуха; F_норм - поверхность нормализованного аппарата

2.2 Тепловые балансы теплообменных аппаратов

Тепловую нагрузку теплообменного аппарата или количество теплоты, переданной от горячего теплоносителя к холодному в единицу времени, можно определить по уравнению теплового баланса.

В общем виде уравнение теплового баланса имеет вид

- для идеального теплового процесса (без учета потерь теплоты в окружающую среду)

Q = Q₁ = Q₂; (1)

- для реального теплового процесса (с учетом потерь теплоты в окружающую среду)

Q₁ = Q₂ + Q_пот. (2)

Здесь Q₁ - количество теплоты, отданной горячим теплоносителем, Вт; Q₂ - количество теплоты, сообщенной холодному теплоносителю, Вт; Q_пот - потери теплоты в окружающую среду, Вт. При наличии теплоизоляции тепловые потери незначительны, поэтому в расчете их можно не учитывать. Для теплообмена, протекающего без изменения фазового состояния теплоносителей, уравнение теплового баланса имеет вид

G₁C₁(t_1н - t_1к) = G₂C₂(t_2к - t_2н), (3)

где G₁; G₂ - массовый расход горячего и холодного теплоносителей соответственно, кг/с;

t_1н; t_1к - температура горячего теплоносителя на входе (начальная температура t_1н) и на выходе (конечная температура t_1к), град;

t_2н; t_2к - то же самое для холодного теплоносителя;

С₁ - удельная теплоемкость горячего теплоносителя при средней температуре t_ср1, кДж/(кг ^. град);

С₂ - то же самое для холодного теплоносителя при t_ср2.

Из уравнения (3) определяется неизвестный расход одного из теплоносителей или неизвестная температура одного из теплоносителей. Например

- расход холодного теплоносителя определится по выражению

; (4)

температура горячего теплоносителя на выходе из аппарата

. (5)

При изменении фазового состояния одного из теплоносителей (например, конденсация насыщенного водяного пара) уравнение теплового баланса запишется в виде

, (6)

где r₁ - удельная теплота конденсации, кДж/кг. (свойства насыщенного водяного пара приведены в таблице I приложения);

х₁ - степень сухости пара.

При конденсации перегретого пара с охлаждением конденсата тепловая нагрузка будет равна

Q = Q_пер + Q_конд + Q_охл. (7)

Здесь Q_пер = G₁C_п(t_1н - t_нас) - количество теплоты, отдаваемой при охлаждении перегретого пара; Q_конд = G₁r - количество теплоты, отдаваемой при конденсации пара; Q_охл = G₁C_ж(t_нас - t_1к) - количество теплоты, отдаваемой при охлаждении конденсата; t_нас - температура насыщенного пара; С_п - теплоемкость пара; С_ж - теплоемкость конденсата.

Средняя температура теплоносителя, фазовое состояние которого не меняется, можно определить как среднеарифметическую между начальной и конечной температурами

t_{ср i} = , i = 1, 2. (8)

Более точное значение средней температуры одного из теплоносителей определяется из уравнения

t_{ср i} = t_j t_ср, (9)

где t_j - среднеарифметическая температура теплоносителя с меньшим перепадом температуры вдоль поверхности теплообмена;

t_ср - средняя разность температур теплоносителей, град.

Уравнение (1.9) справедливо и при изменении фазового состояния теплоносителя (кипение или конденсация), когда его температура вдоль поверхности теплопередачи остается постоянной и зависит от давления и состава теплоносителя.

2.3 Средняя разность температур теплоносителей

Средняя разность температур потоков (средняя движущая сила процесса теплопередачи) зависит от относительного движения теплоносителей. В непрерывных процессах теплообмена различают прямоток (или параллельный ток), при котором теплоносители движутся в одном и том же направлении (рисунок 30 а); противоток, при котором теплоносители движутся в противоположных направлениях (рисунок 30 б); перекрестный ток (рисунок 30 в); смешанный ток (простой - рисунок 30 г и многократный - рисунок 30 д).



Рисунок 30 - Схемы относительного движения теплоносителей в теплообменниках: а - прямоток; б - противоток; в - перекрестный ток; г - простой (однократный) смешанный ток; д - многократный смешанный ток

При изменении фазового состояния теплоносителя его температура постоянна вдоль всей поверхности теплопередачи и равна температуре кипения (или конденсации) t_s, зависящей от давления и состава теплоносителя.

В аппаратах с прямо- или противоточным движением теплоносителей средняя разность температур потоков определяется как средне логарифмическая между большей и меньшей разностями температур теплоносителей на концах аппарата

(10)

Если эти разности температур одинаковы или , то среднюю разность температур можно приближенно определить как среднеарифметическую между ними

. (11)

Возможное изменение температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена и расчет t_б и t_м в зависимости от относительного движения теплоносителей и при изменении фазового состояния горячего теплоносителя показано на рисунке 31.

Рисунок 31 - Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена F (м²) и расчет большей (t_б) и меньшей (t_м) разностей температур на концах аппарата при противотоке (а, b), прямотоке (с) и при изменении фазового состояния горячего теплоносителя (d; t_s - температура конденсации; t_1н=t_1к=t_s)

1 - горячий теплоноситель; 2 - холодный теплоноситель

В аппаратах с противоточным движением теплоносителей t_ср при прочих равных условиях больше, чем в случае прямотока. Это различие практически исчезает при очень малом изменении температуры одного из теплоносителей и оказывается равным нулю при изменении фазового состояния теплоносителей (либо одного из них). При сложном взаимном движении теплоносителей, например при смешанном или перекрестном токе, t_ср принимает промежуточное значение между значениями при противотоке и прямотоке. Его можно рассчитать, вводя поправку _t1 к средне логарифмической разности температур для противотока, рассчитанной по формуле

t_ср=_t t_ср.лог. (12)

Эту поправку для наиболее распространенных схем взаимного направления движения теплоносителей можно рассчитать теоретически [1, с.46], либо графически [1, с.42].

В многоходовых теплообменниках с простым смешанным током (один ход в межтрубном пространстве и четное число ходов в трубном) среднюю разность температур можно рассчитать по формуле [2]

, (13)

где t_б и t_м - бульшая и меньшая разности температур на концах теплообменника при противотоке с теми же начальными и конечными температурами теплоносителей; ; Т = t_н1 - t_к1 - изменение температуры горячего теплоносителя; t = t_к2 - t_н2 - изменение температуры холодного теплоносителя.

2.4 Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи

Коэффициент теплопередачи для плоской поверхности теплообмена определяется по формуле

, Вт/(м²град), (14)

где ₁ и ₂ - коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м²град); r_ст - сумма термических сопротивлений всех слоев, из которых состоит стенка, включая слои загрязнений, (м²град)/Вт.

Это уравнение с достаточной степенью точности можно применять для расчета теплопередачи через цилиндрическую стенку, если d_н/d_вн<2 (d_н,d_вн - соответственно наружный и внутренний диаметры цилиндра), что имеет место в теплообменных аппаратах.

Для предварительных расчетов площади поверхности теплообмена можно использовать ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К, которые приведены в таблице 1.3.

Сумма термических сопротивлений стенки определяется выражением

, (15)

где _ст - толщина стенки трубы, м;

_ст - коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/(м^.град);

r_загр - сумма термических сопротивлений загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей.

Тепловая проводимость загрязнений на стенках (1/r_загр) зависит от рода теплоносителя, его температуры и скорости, а также от материала стенки, температуры нагревающей среды и длительности работы аппарата без очистки, т.е. в конечном счете от рода осадка или продукта коррозии. Точные данные о r_загр можно получить только опытным путем.

Ориентировочные значения тепловой проводимости загрязнений приведены в таблице 4. При редких чистках аппарата или сильной коррозии значение 1/r_загр может уменьшаться до 500 Вт/(м^2.град) и ниже.

Для расчета коэффициента теплопередачи К по уравнению (1.14) необходимо определить коэффициенты теплоотдачи ₁ и ₂.

Таблица 3 - Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи К, Вт/(м^2.град)

Вид теплообмена	Вынужденное движение теплоносителя	Свободное движение теплоносителя
От газа к газу (при невысоких давлениях) От газа к жидкости (газовые холодильники) От конденсирующего пара к газу (воздухоподогреватели) От жидкости к жидкости (вода) От жидкости к жидкости (углеводороды, масла) От конденсирующего водяного пара к воде (конденсаторы, подогреватели) От конденсирующего пара органических веществ жидкостям (подогреватели) От конденсирующегося пара органических веществ к воде (конденсаторы) От конденсирующегося пара к кипящей жидкости (испарители)	10-40 10-60 10-60 800-1700 120-270 800-3500 120-340 300-800 -	4-12 6-20 6-12 140-340 30-60 300-1200 60-460 230-460 300-2500

Таблица 4 - Тепловая проводимость загрязнений 1/r_загр, Вт/(м^2.град)

Теплоносители	1/rзагр
Вода: загрязненная среднего качества хорошего качества дистиллированная Конденсат Раствор: аммиачный солей щелочей Кислота: уксусная соляная, фосфорная, серная Водяной пар (с содержанием масла) Нефтепродукты чистые, масла, пары хладагентов Сероуглерод Углеводороды низкокипящие Ацетон, растворители Аммиак Органические жидкости, рассолы, жидкие хладагенты Органические пары Углеводороды ароматические Полимеризующиеся вещества Воздух Дымовые газы	1 400-1 800 1 860-2 900 2 900-5 800 11 600 25 000 6 670 5 000 2 500 2 000 2 000 5 800 2 900 5 000 5 000 10 000 4 000 5 800 11 600 5 560 2 200 2 800 1 700

Выбор уравнений для расчета коэффициентов теплоотдачи зависит от характера теплообмена, вида выбранной поверхности теплообмена, режима движения теплоносителей. Основные виды теплоотдачи в теплообменных аппаратах приведены в таблице 5.

Таблица 5 -Возможные виды теплоотдачи в теплообменных аппаратах

Вид теплоотдачи
А 1 2 3 4 5 Б 1 2 В	Конвективная теплоотдача, не сопровождающаяся изменением агрегатного состояния I. Вынужденное движение Течение в трубах и каналах: а) развитое турбулентное течение (Re > 10 000) б) Re < 10 000 Поперечное обтекание пучков труб: а) гладких б) оребренных Течение вдоль плоской поверхности Стекание жидкости пленкой по вертикальной поверхности Перемешивание жидкостей мешалками II. Свободное движение (естественная конвекция) Теплоотдача при изменении агрегатного состояния Пленочная конденсация пара Кипение жидкостей Теплоотдача при тепловом излучении твердых тел

В общем виде критериальная зависимость для определения коэффициентов теплоотдачи имеет вид

Nu = f (Re; Pr; Gr; Г₁; Г₂; …), (16)

где - критерий Нуссельта;

- критерий Рейнольдса;

- критерий Прандтля;

Г₁, Г₂, … - симплексы геометрического подобия.

Кроме указанных в критериальные уравнения могут входить

- критерий Галилея ;

- критерий Грасгофа ;

- критерий Пекле .

Эти критерии учитывают, соответственно, влияние физических свойств теплоносителя и особенностей гидромеханики его движения на интенсивность теплоотдачи.

Величины, входящие в выражения для критериев подобия, и их единицы измерения приведены в таблице 6.

Критериальные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи указанных в таблице 5 случаев теплообмена приведены в [1, с. 49-54; 2, с. 152-168; 3, с. 70-76].

Физико-химические свойства жидкости (газа), входящие в критериальные уравнения, необходимо брать при так называемой определяющей температуре. Какая температура принимается за определяющую, указывается для каждого частного случая теплоотдачи.

Таблица 6 - Величины, входящие в критериальные уравнения конвективного теплообмена

Величина	Наименование	Единица измерения в СИ
а=/(с) с g r t	Коэффициент теплоотдачи Коэффициент объемного расширения Коэффициент теплопроводности Динамический коэффициент вязкости Кинематический коэффициент вязкости Плотность Коэффициент температуропроводности Удельная теплоемкость ( при постоянном давлении) Ускорение свободного падения Определяющий геометрический размер (для каждой формулы указывается, какой размер является определяющим) Теплота парообразования (испарения) удельная Разность температур стенки и жидкости (или наоборот) Скорость	Вт/м2.град град-1 Вт/(м.град) Па.с м2/с кг/м3 м2/с Дж/(кг.град) м/с2 м Дж/кг Град м/с

2.5 Теплопередача в поверхностных теплообменниках

Количество теплоты, переданной в единицу времени от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку поверхностью F можно определить из основного уравнения теплопередачи

Q = K^.F^.t_ср, Вт. (17)

Уравнение (1.17) применяется для расчета необходимой площади поверхности теплопередачи при известных значениях тепловой нагрузки теплообменного аппарата Q, средней разности температур теплоносителей t_ср и коэффициента теплопередачи К

, м² (18)

По рассчитанной площади поверхности теплопередачи в зависимости от назначения подбирается теплообменный аппарат по ГОСТам: 15118-79, 15119-79, 15121-79, 15120-79, 15122-79, 14245-79, 14246-79, 14247-79, 14248-79 (параметры аппаратов в соответствии с указанными ГОСТами приведены в таблицах III - VII приложения. В приложении приведены также диаметры условного прохода штуцеров (таблица VIII, число сегментных перегородок (таблица IX) и масса кожухотрубчатых теплообменных аппаратов (таблица X)). ГОСТы на теплообменные аппараты других типов приведены в [4].

2.6 Последовательность расчета и подбора кожухотрубчатого теплообменника

Рассмотрим последовательность расчета и подбора кожухотрубчатого теплообменного аппарата для нагрева органической жидкости от начальной t_2н до конечной t_2к температуры при расходе жидкости G₂ (кг/с).

В качестве горячего теплоносителя выбираем насыщенный водяной пар давлением Р (МПа) при степени сухости х.

По таблице 1 принимаем тип аппарата, выбираем материал труб - сталь; аппарат вертикальный. Нагреваемая жидкость подается в трубы, пар - в межтрубное пространство.

По таблицам теплофизических свойств нагреваемой жидкости при t_2ср = 0,5^.( t_2н+ t_2к ) определяем плотность ₂ (кг/м³), теплоемкость С₂ (кДж/(кг^.град)), вязкость ₂ (Па^.с), теплопроводность ₂ (Вт/(м^2.град)) [1].

По таблице I приложения по давлению Р (МПа) определяем температуру насыщения пара t_1н = t_1к = t_s и удельную теплоту конденсации r (кДж/кг).

По таблице теплофизических свойств воды на линии насыщения (таблица II приложения) при t_s определяем свойства конденсата: плотность (кг/м³), теплопроводность (Вт/(м^.град)), вязкость (Па^.с) [1].

Расчет кожухотрубчатого аппарата проводится следующим образом:

1 Определяем тепловую нагрузку аппарата

Q₂ = G₂ ^. C₂ ^. ( t_2к - t_2н), кВт;

2 По уравнению теплового баланса (6) определяем расход насыщенного водяного пара

, кг/с;

3 При теплообмене между теплоносителями насыщенный водяной пар конденсируется при постоянной температуре t_s; поэтому схема движения теплоносителей не влияет на величину средней разности температур. t_ср определяем либо по уравнению (10), либо (11). Расчетная схема для определения t_б и t_м изображена на рисунке 31 d.

4 По таблице 3 принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К_ор с учетом вида теплоносителей и характера их движения (в данном примере - от конденсирующегося водяного пара к органической жидкости при ее вынужденном движении);

5 По уравнению (18) рассчитываем ориентировочную площадь поверхности нагрева

, м²;

6 Принимаем диаметр труб (202,0 мм или 252,0 мм; первая цифра обозначает наружный диаметр трубы d_н, вторая - толщину стенки . Тогда внутренний диаметр трубы d_вн = d_н - 2^., мм) и длину труб l (l = 2,0; 3,0; 4,0; 6,0 м в соответствии с ГОСТом на принятый к расчету аппарат.

7 Определяем общее число труб аппаратов, шт

;

8 Число труб n₁ (шт) на один ход определяем из условия турбулентного режима движения жидкости (Re = 10 000 - 20 000). Например, ориентировочно принимаем Re_{2 ор} = 15 000. Тогда

;

9 Рассчитываем число ходов трубного пространства аппарата

;

10 По рассчитанным величинам F_ор, n, z и выбранным размерам труб (d_вн и l) в соответствии с ГОСТом подбираем аппарат с наиболее близкими параметрами: F_норм, м²; n; z;

11 Проводим проверку выбранного аппарата, определив коэффициенты теплоотдачи со стороны конденсирующегося водяного пара (₁) и нагреваемой жидкости (₂) по критериальным уравнениям соответствующего вида и коэффициент теплопередачи К по уравнению (14);

12 Уточняем поверхность теплопередачи (F_расч, м²) по уравнению

;

13 Определяем запас поверхности нагрева , %

.

Если запас поверхности нагрева достаточен, то аппарат выбран правильно. В противном случае расчет повторяют, приняв другой режим движения, размеры труб и др.

При выполнении расчета (пункт 10) может оказаться, что для заданных исходных величин подходят несколько нормализованных аппаратов. В этом случае необходимо проверить возможность применения каждого из них. Сопоставление конкурентно-способных аппаратов проводят с учетом их массы (таблица X приложения) и гидравлического сопротивления.

2.7 Гидравлический расчет кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

Целью гидравлического расчета является определение величины потери давления теплоносителей при их движении через теплообменные аппараты. При этом раздельно проводится расчет потери давления при прохождении теплоносителей через трубы (Р_тр) и в межтрубном пространстве (Р_мтр).

2.7.1 Расчет потери давления в трубном пространстве

Гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменного аппарата определяется по уравнению

, Па (19)

где _тр - скорость теплоносителя в трубах, м/с;

- коэффициент трения;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Скорость теплоносителя в трубах

, (20)

где G_тр - массовый расход (кг/с) теплоносителя, подаваемого в трубное пространство (вопрос подачи теплоносителей в трубы и межтрубное пространство рассмотрен в 2.6).

Коэффициент трения при Re_тр > 2300 можно определить по выражению

, (21)

где - относительная шероховатость труб; - высота выступов шероховатости (для стальных труб можно принять = 0,2 мм; для труб из другого материала - по таблице XII [2, с. 519] или по таблице XI приложения).

Коэффициент трения можно определить графически (рисунок 32).

Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве:



Рисунок 1.4 - Зависимость коэффициента трения от критерия Re и степени

_тр1 =1,5 - входная и выходная камера;

_тр2 =2,5 - поворот между ходами;

_тр3 =1,0 - вход в трубы и выход из них.

Местные сопротивления на входе в распределительную камеру и на выходе из нее следует рассчитывать по скорости потока в штуцерах _{тр шт}. Диаметры штуцеров нормализованных кожухотрубчатых теплообменников приведены в таблице VIII приложения.

, м/с

где d_шт - диаметр штуцера, м.

С учетом изложенного уравнение (19) имеет вид

, (22)

где z - число ходов по трубам.

2.7.2 Расчет потери давления в межтрубном пространстве

В межтрубном пространстве гидравлическое сопротивление можно рассчитать по формуле

.(23)

Скорость жидкости в межтрубном пространстве определяют по формуле

, (24)

где S_мтр - наименьшее сечение потока в межтрубном пространстве (см. таблицы IV…VII приложения).

Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в межтрубном пространстве

_мтр1 =1,5 - вход и выход жидкости;

_мтр2 =1,5 - поворот через сегментную перегородку;

_мтр3 = - сопротивление пучка труб;

Где

;

m - число рядов труб, которое приближенно можно определить по выражению с последующим округлением полученного значения в большую сторону до целой величины.

Сопротивление входа и выхода следует также определять по скорости жидкости в штуцерах, диаметры условных проходов которых приведены в таблице VIII приложения.

Число сегментных перегородок зависит от длины и диаметра аппарата. Для нормализованных теплообменников эти числа приведены в таблице IX приложения.

Расчетная формула для определения гидравлического сопротивления в межтрубном пространстве имеет вид

, (25)

где х - число сегментных перегородок;

m - число рядов труб, преодолеваемых потоком теплоносителя в межтрубном пространстве.

Примеры теплотехнического и гидравлического расчетов поверхностных теплообменных аппаратов приведены в [1, с. 66-85; 2, с. 213-246; 3, с. 104-117; 5, с. 95-153].

3. Механический расчёт теплообменника

3.1 Выбор конструкционных материалов

Для изготовления кожуха, распределительной камеры, крышек, крышек теплообменника приняли конструкционный материал, согласно ГОСТ 14637-79

Для изготовления трубной решётки теплообменника приняли конструкционный материал согласно ГОСТ 8733-74.

Маркируем теплообменник:

800 ТНГ - 0,6 - 0,4 - М - 2

25 Г -6

3.2 Механические свойства сталей

Согласно [6, с.39, 57, 66] составим таблицу 7.

Таблица 7 - Механические свойства сталей

Материал	Технические требования	в		m
B Cm 3 Сп 5	ГОСТ 380 - 71	380	26	250
Сm 20	ГОСТ 8731 - 74	420	21

3.3 Определение допускаемых напряжений

Допускаемое напряжение для рабочих условий , МПа. для стали B Cm 3 Сп 5 определим по таблице:

Таблица 8 - Допускаемые напряжения для сталей

Расчетная температура, °С	Допускаемое напряжение у* МПа, для сталей
	ВСт3	20, 20К	09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1	10Г2	12ХМ	12ХМ	15Х5М	15Х5М-У	15Х5М-У	08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т	03Х21Н21 М4ГБ	03Х18Н11	03Х16Н15 МЗ	06ХН28М ДТ, 03ХН28МДТ
20	140	147	183	180	147	147	155	146	240	240	180	160	153	147
100	134	142	160	160	-	-	-	141	235	207	173	133	140	138
150	131	139	154	154	-	-	-	138	230	200	171	125	130	130
200	126	136	148	148	145	145	152	134	225	193	171	120	120	124
250	120	132	145	145	145	145	152	127	220	173	167	115	113	117
300	108	119	134	134	141	141	147	120	210	167	149	112	103	110
350	98	106	123	123	137	137	142	114	200	-	143	108	101	107
375	93	98	116	108	135	135	140	110	180	-	141	107	90	105
400	85	92	105	92	132	132	137	105	170	-	140	107	87	103
410	81	86	104	86	130	130	136	103	160	-	-	107	83	-
420	75	80	92	80	129	129	135	101	155	-	-	107	82	-
430	70	75	86	75	127	127	134	99	140	-	-	107	81	-
440	-	67	78	67	126	126	132	96	135	-	-	107	81	-
450	-	61	71	61	124	124	131	94	130	-	-	107	80	-
460	-	55	64	55	122	122	127	91	126	-	-	-	-	-
470	-	49	56	49	117	117	122	89	122	-	-	-	-	-
480	-	44	53	44	114	114	117	86	118	-	-	-	-	-
490	-	-	-	-	105	105	107	83	114	-	-	-	-	-
500	-	-	-	-	96	96	99	79	108	-	-	-	-	-
520	-	-	-	-	69	69	74	66	85	-	-	-	-	-
540	-	-	-	-	50	47	57	54	58	-	-	-	-	-
560	-	-	-	-	33	-	41	40	45	-	-	-	-	-

^* (22)

где n - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки

^* - нормативно допускаемое напряжение, МПа

Допускаемое напряжение из условия испытания , МПа определим по формуле

(23)

где _m20 - минимальное значение предела текучести при температуре 20 ⁰С, МПа.

Таблица 9 - Предел текущей стали

Температура t, 0С	Марка стали	Температура t, 0С	Марка стали
	ВСт3	10	20 20К	09Г2С 16ГС		ВСт3	10	20 20К	09Г2С 16ГС
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
20	210	195	220	280	350	147	132	159	185
100	201	188	213	240	375	140	123	147	174
150	197	183	209	231	400	-	-	-	158
200	189	177	204	222	410	-	-	-	156
250	180	168	198	218	420	-	-	-	138
300	162	150	179	201

3.4 Определение пробного давления испытания

Определение пробного давления испытания согласно [2, с.9]

(24)

где P_p - расчётное давление, МПа

3.5 Определение прибавки к расчётной толщине стенки

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии определяли согласно по формуле

(25)

где С_э - прибавка для компенсации эрозии;

П - проницаемость среды в материале ( скорость коррозии)

- срок службы аппарата.

3.6 Расчёт на прочность цилиндрической обечайки

Расчётная толщина стенки цилиндрической части корпуса, определяется по формуле:

(26)

где P_p - расчётное давление, МПа;

P_и - пробное давление, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва;

- допускаемое напряжение при рабочих условиях, МПа;

- допускаемое напряжение из условия испытания, МПа.

Коэффициент прочности сварного шва принимали по таблице 10.

Таблица 10 - Коэффициент прочности сварных швов (ц)

Вид сварного шва	ц
	при контроле 100% длины шва	при контроле от 10 до 50% длины шва
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой	1,0	0,9
Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполненный вручную	1,0	0,9
Стыковой, доступный сварке только с одной стороны и имеющий в про0цессе сварке металлическую подкладку со стороны корня шва	0,9	0,8
Тавровый, с конструктивны зазором свариваемых деталей	0,8	0,65
Стыковой, выполненный автоматической или полуавтоматической сваркой с одной стороны, с флюсовой или керамической подкладкой	0,9	0,8
Стыковой, выполненный вручную с одной стороны	0,9	0,65

Исполнительная толщина стенки S, м определяется по формуле:

S=S_p+C+C₀ (27)

где S_p - расчётная толщина стенки

C - прибавка к расчётной толщине стенки. М;

C₀ - прибавка на округление размера до стандартного размера, м

По рекомендациям ОСТ 26-91 и по соображениям жёсткости конструкции принимаем S = 6мм

3.7 Определение толщины крышки

Расчётная толщина крышки S_пр определяется по формуле:

(28)

где к - коэффициент, учитывающий тип закрепления крышки.

3.8 Определение толщины трубной решётки

Толщина трубной решётки S ,м, определяется исходя из условия закрепления труб сваркой по формуле:

(29)

где d_н - наружный диаметр трубок, м;

t - шаг трубок, м

3.9 Выбор фланцевого соединения

Согласно [ 2, с.91] приняли плоские приварные фланцы типа выступ-впадина. Материал BCm 3 Сп 3

3.10 Расчёт температурных напряжений в трубах и корпусе

Расчёт ведём по формуле

(30)

где - коэффициент линейного расширения материала и труб соответственно

t_к,t_т - средняя температура корпуса и труб;

Е_к,Е_т - модуль продольной упругости материала корпуса и труб соответственно Па;

F_т,F_к - площадь сечения труб и корпуса соответственно.

F_т=n··(d_н²-d_вн²) (31)

где n- общее число труб;

d_н- наружный диаметр труб, м;

d_вн- внутренний диаметр труб, м

Площадь сечения корпуса

F_к = (Д_н²-Д_вн²) (32)

где Д_н - наружный диаметр аппарата, м;

Д_вн - внутренний диаметр аппарата, м.

Примеры технологического, гидравлического и механического расчетов теплообменных аппаратов приведены в [8].

Варианты контрольных заданий

Рассчитать и пообобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого теплообменного аппарата при следующих данных:

Рабочая среда	Назначение аппарата	Параметры рабочей среды
		Массовый расход G, кг/ч	температура, 0С	абсолютное давление Pх10-5, Па	допускаемые потери давления Pх10-5, Па
			начальная	конечная
Спирт этиловый	холодильник	22000	90	40	1,5	0,20
Бензол		30000	100	30	2,0	0,13
Толуол		16000	110	25	1,3	0,12
Этилацетат		18000	77	30	10,0	0,15
Азот		26000	150	20	2,0	0,3
Хлорбензол		12000	130	30	1,5	0,15
Кислота уксусная (50%)		24000	90	40	1,0	0,11
Воздух	нагреватель	12000	20	110	2,5	0,19
Хлорбензол		20000	30	100	1,3	0,20
Четырёххлористый углерод		14000	25	90	2,0	0,13
Спирт метиловый		22000	35	100	3,0	0,25
Азот		7000	30	130	2,0	0,30
Толуол		16000	25	95	1,3	0,12
Спирт этиловый		26000	40	90	1,5	0,20
Бензол		10000	40	70	1,0	0,14
Бензол	конденсатор	9500	-	-	2,5	0,16
Толуол		12000	-	-	1,3	0,23
Уксусная кислота (50%)		2000	-	-	1,5	0,16
Спирт бутиловый		5500	-	-	1,0	0,11
Толуол		10000	-	-	1,5	0,20
Спирт метиловый		18000	-	-	1,5	0,12
хлорбензол		3500	-	-	1,2	0,14
Спирт этиловый		8000	-	-	1,5	0,18
Четырёххлористый углерод		21000	-	-	2,0	0,16
Бензол	испаритель	18000	40	-	1,4	-
Толуол		32000	30	-	1,2	-
Спирт этиловый		24000	25	-	1,0	-
Спирт бутиловый		48000	20	-	1,1	-
Четырёххлористый углерод		21000	28	-	1,2	-
Уксусная кислота (50%)		20000	35	-	1,3	-

Литература

1 Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1991. - 496 с.

2 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. учебное пособие для вузов / Под ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

3 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов. - Л.: Химия, 1991. - 352 с.

4 Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: справочник. - Изд. 2-е, перераб. и доп. Т.2. - Калуга: Изд. Н.Бочкаревой, 2002. - 1028 с.

5 Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., Химия, 1974. - 344 с.

6 Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.- Л.: Машиностроение, 1970. - 752 с.

7 Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование МАХП.- Л.: Машиностроение, 1984. - 301 с.

8 Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки (примеры и задачи): учебное пособие. - М.: Альфа-М, 2008. - 720 с.

Приложение

Таблица I - Свойства насыщенного водяного пара в зависимости от давления

Пересчет в СИ: 1 кгс/см² = 9,81^.10⁴ Па.

Давление (абсолютное) Р, кгс/см2	Температура t, оС	Удельный объем , м3/кг	Плотность , кг/м3	Удельная энтальпия жидкости i/, кДж/кг	Удельная энтальпия пара i//, кДж/кг	Удельная теплота парообразования r, кДж/кг
1	2	3	4	5	6	7
0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 11	6,6 12,7 17,1 20,7 23,7 28,6 32,5 35,8 41,1 45,4 49,0 53,6 59,7 68,7 75,4 80,9 85,5 89,3 93,0 96,2 99,1 104,2 108,7 112,7 116,3 119,6 132,9 142,9 151,1 158,1 164,2 169,6 174,5 179,0 183,2	131,60 89,64 68,27 55,28 46,53 35,46 28,73 24,19 18,45 14,96 12,60 10,22 7,977 5,331 4,072 3,304 2,785 2,411 2,128 1,906 1,727 1,457 1,261 1,113 0,997 0,903 0,6180 0,4718 0,3825 0,3222 0,2785 0,2454 0,2195 0,1985 0,1813	0,00760 0,01116 0,01465 0,01809 0,02149 0,02820 0,03481 0,04133 0,05420 0,06686 0,07937 0,09789 0,1283 0,1876 0,2456 0,3027 0,3590 0,4147 0,4699 0,5246 0,5790 0,6865 0,7931 0,898 1,003 1,107 1,618 2,120 2,614 3,104 3,591 4,075 4,536 5,037 5,516	27,7 53,2 71,6 86,7 99,3 119,8 136,2 150,0 172,2 190,2 205,3 224,6 250,1 287,9 315,9 339,0 358,2 375,0 389,7 403,1 415,2 437,0 456,3 473,1 483,6 502,4 558,9 601,1 637,7 667,9 694,3 718,4 740,0 759,6 778,1	2506 2518 2526 2533 2539 2548 2556 2562 2573 2581 2588 2596 2607 2620 2632 2642 2650 2657 2663 2668 2677 2686 2693 2703 2709 2710 2730 2744 2754 2768 2769 2776 2780 2784 2787	2478 2465 2455 2447 2440 2429 2420 2413 2400 2390 2382 2372 2358 2336 2320 2307 2296 2286 2278 2270 2264 2249 2237 2227 2217 2208 2171 2141 2117 2095 2075 2057 2040 2024 2009
12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 225	187,1 190,7 194,1 197,4 200,4 203,4 206,2 208,8 211,4 232,8 249,2 262,7 274,3 284,5 293,6 301,9 309,5 323,1 335,0 345,7 355,4 364,2 374,0	0,1668 0,1545 0,1438 0,1346 0,1264 0,1192 0,1128 0,1070 0,1017 0,06802 0,05069 0,04007 0,03289 0,02769 0,02374 0,02064 0,01815 0,01437 0,01164 0,00956 0,00782 0,00614 0,00310	5,996 6,474 6,952 7,431 7,909 8,389 8,868 9,349 9,83 14,70 19,73 24,96 30,41 36,12 42,13 48,45 55,11 69,60 85,91 104,6 128,0 162,9 322,6	795,3 811,2 826,7 840,9 854,8 867,7 880,3 892,5 904,2 1002 1079 1143 1199 1249 1294 1337 1377 1455 1531 1606 1684 1783 2100	2790 2793 2795 2796 2798 2799 2800 2801 2802 2801 2793 2780 2763 2746 2726 2705 2684 2638 2592 2540 2483 2400 2100	1995 1984 1968 1956 1943 1931 1920 1909 1898 1800 1715 1637 1565 1497 1432 1369 1306 1183 1061 934 799 617 0

теплообменный нефтепромышленность кожухотрубчатый фланцевый

Таблица II - Физические свойства воды (на линии насыщения)

Пересчет в СИ: 1 кгс/см²=9,81^.10⁴ Па.

Давление Р, кгс/см2	Температура t, оС	Плотность , кг/м3	Удельная энтальпия i, кДж/кг	Удельная теплоемкость с, кДж/(кг.К)	Коэффициент теплопроводности .102, Вт/м.К	Коэффициент температуропроводности а.107, м2/с	Коэффициент динамической вязкости .106, Па.с	Коэффициент кинематической вязкости .106, м2/с	Коэффициент объемного расширения .104, К-1	Коэффициент поверхностного натяжения .104, кг/с2	Критерий Прандтля Pr
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,03 1,46 2,02 2,75 3,68 4,85 6,30 8,08 10,23	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180	1000 1000 998 996 992 988 983 978 972 965 958 951 943 935 926 917 907 897 887	0 41,9 83,8 126 168 210 251 293 335 377 419 461 503 545 587 629 671 713 755	4,23 4,19 4,19 4,18 4,18 4,18 4,18 4,19 4,19 4,19 4,23 4,23 4,23 4,27 4,27 4,32 4,36 4,40 4,44	55,1 57,5 59,9 61,8 63,4 64,8 65,9 66,8 67,5 68,0 68,3 68,5 68,6 68,6 68,5 68,4 68,3 67,9 67,5	1,31 1,37 1,43 1,49 1,53 1,57 1,61 1,63 1,66 1,68 1,69 1,69 1,72 1,72 1,72 1,72 1,72 1,72 1,72	1790 1310 1000 804 657 549 470 406 355 315 282 256 231 212 196 185 174 163 153	1,79 1,31 1,01 0,81 0,66 0,556 0,478 0,415 0,365 0,326 0,295 0,268 0,244 0,226 0,212 0,202 0,191 0,181 0,173	-0,63 +0,70 1,82 3,21 3,87 4,49 5,11 5,70 6,32 6,95 7,5 8,0 8,6 9,2 9,7 10,3 10,8 11,5 12,2	756 762 727 712 697 677 662 643 626 607 589 569 549 529 507 487 466 444 424	13,70 9,52 7,02 5,42 4,31 3,54 2,98 2,55 2,21 1,95 1,75 1,58 1,43 1,32 1,23 1,17 1,10 1,05 1,01

Таблица III - Параметры кожухотрубных конденсаторов и испарителей* в соответствии с ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79

Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	Площадь поверхности теплообмена (в м2)** при длине (в м)	Площадь сечения одного хода по трубам, м2
				2,0	3,0	4,0	6,0
1	2	3	4	5	6	7	8	9
600 800 1000 1200 1400	202 252 202 252 202 252 202 252 202	2 4 6 1 2 4 6 2 4 6 1 2 4 6 2 4 6 1 2 4 6 2 4 6 1 2 4 6 2 4	370 334 316 257 240 206 196 690 638 618 465 442 404 384 1138 1072 1044 747 718 666 642 1658 1580 1544 1083 1048 986 958 2298 2204	- - - 40 - - - - - - 73 - - - - - - 117 - - - - - - - - - - - -	70 63 60 61 57 49 46 130 120 116 109 104 95 90 214 202 197 176 169 157 151 - - - 256 - - - - -	93 84 79 81 75 65 61 173 160 155 146 139 127 121 286 269 262 235 226 209 202 417 397 388 340 329 310 301 - -	139 126 119 - 113 97 91 260 240 233 - 208 190 181 429 404 393 - 338 314 302 625 595 582 - 494 464 451 865 831	0,037 0,016 0,009 - 0,042 0,018 0,011 0,069 0,030 0,020 - 0,077 0,030 0,022 0,114 0,051 0,034 - 0,124 0,055 0,036 0,165 0,079 0,049 - 0,179 0,084 0,052 0,230 0,110
	252	6 1 2 4 6	2162 1545 1504 1430 1396	- - - - -	- 372 - - -	- 486 - - -	816 - 708 673 657	0,072 - 0,260 0,118 0,080

* Испарители могут быть только одноходовыми.

** Рассчитана по наружному диаметру труб.

Таблица IV - Параметры кожухотрубных холодильников в соответствии с ГОСТ 15118-79, ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79

Диаметр кожуха, мм	Диаметр труб, мм	Число ходов	Общее число труб, шт.	Площадь поверхности теплообмена (в м2) при длине труб (в м)	Площадь самого узкого сечения потока в межтрубном пространстве, м2	Площадь сечения одного хода по трубам, м2
				1,0	1,5	2,0	3,0	4,0	6,0	9,0
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	12
159 273 325 400 600	202 252 202 252 202 252 202 252 202 252	1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 4 6 1 2	19 13 61 37 100 90 62 56 181 166 111 100 389 370 334 316 257 240	1,0 1,0 4,0 3,0 - - - - - - - - - - - - - -	2,0 1,5 6,0 4,5 9,5 8,5 7,5 6,5 - - - - - - - - - -	2,5 2,0 7,5 6,0 12,5 11,0 10,0 9,0 23,0 21,0 17,0 16,0 49 47 42 40 40 38	3,5 3,0 11,5 9,0 19,0 17,0 14,5 13,0 34,0 31,0 26,0 24,0 73 70 63 60 61 57	- - - - 25,0 22,5 19,5 17,5 46,0 42,0 35,0 31,0 98 93 84 79 81 75	- - - - - - - - 68 63 52 47 147 139 126 119 121 113	- - - - - - - - - - - - - - - - - -	0,003 0,004 0,007 0,009 0,011 0,011 0,013 0,013 0,017 0,017 0,020 0,020 0,041 0,041 0,041 0,037 0,040 0,040	0,004 0,005 0,012 0,013 0,020 0,009 0,021 0,010 0,036 0,017 0,038 0,017 0,078 0,037 0,016 0,009 0,089 0,042
800 1000 1200	202 252 202 252 202 252	4 6 1 2 4 1 2 4 6 1 2 4 6 1 2 4 6 1 2 4 6 1 2 4 6	206 196 717 690 638 465 442 404 385 1173 1138 1072 1044 747 718 666 642 1701 1658 1580 1544 1083 1048 986 958	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -	32 31 90 87 80 73 69 63 60 - - - - - - - - - - - - - - - -	49 46 135 130 120 109 104 95 90 221 214 202 197 176 169 157 151 - - - - - - - -	65 61 180 173 160 146 139 127 121 295 286 269 262 235 226 209 202 427 417 397 388 380 329 310 301	97 91 270 260 240 219 208 190 181 442 429 404 393 352 338 314 302 641 625 595 582 510 494 646 451	- - 405 390 361 329 312 285 271 663 643 606 590 528 507 471 454 961 937 893 873 765 740 697 677	0,040 0,037 0,069 0,069 0,069 0,070 0,070 0,070 0,065 0,101 0,101 0,101 0,096 0,106 0,106 0,106 0,102 0,145 0,145 0,145 0,131 0,164 0,164 0,164 0,142	0,018 0,011 0,144 0,069 0,030 0,161 0,077 0,030 0,022 0,236 0,114 0,051 0,034 0,259 0,124

Страница:

•  1 
•  2 
•  3 

дипломная работа "Проектирование теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности" скачать

Подобные документы

• Расчет теплообменных аппаратов

  Применение теплообменных аппаратов типа "труба в трубе" и кожухотрубчатых для нагрева уксусной кислоты и охлаждения насыщенного водяного пара. Обеспечение должного теплообмена и достижения более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата.
  
  курсовая работа [462,6 K], добавлен 06.11.2012
  

• Технология ремонта центробежных насосов и теплообменных аппаратов цеха НПЗ ОАО "Салаватнефтеоргсинтез"

  Технология ремонта центробежных насосов и теплообменных аппаратов, входящих в состав технологических установок: назначение конденсатора и насоса, описание конструкции и расчет, требования к монтажу и эксплуатации. Техника безопасности при ремонте.
  
  дипломная работа [3,8 M], добавлен 26.08.2009
  

• Теплообменный аппарат блока наружной установки газоразделения установки низкотемпературной конденсации

  Обоснование и выбор исходных данных для расчета теплообменного аппарата. Подбор и обоснование выбора типа фланцевого соединения. Выбор конструктивных параметров некоторых элементов теплообменных аппаратов. Расчет толщины стенки корпуса и трубной решетки.
  
  курсовая работа [812,6 K], добавлен 11.12.2012
  

• Теплообменные аппараты двигателей внутреннего сгорания

  Основная роль теплообменных аппаратов при работе современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Классификация теплообменных аппаратов ДВС. Охладители воды и масла. Водо-водяные и воздухо-водяные охладители. Охладители наддувочного воздуха ДВС.
  
  реферат [611,2 K], добавлен 20.12.2013
  

• Проектирование парового компрессионного холодильника

  Описание конструкции бытового холодильника. Расчет теплопритоков в шкаф. Тепловой расчет холодильной машины. Теплоприток при открывании двери оборудования. Расчет поршневого компрессора и теплообменных аппаратов. Обоснование выбора основных материалов.
  
  курсовая работа [514,7 K], добавлен 14.12.2012
  

• Теплообменные аппараты. Теплопередача

  Изучение устройства и определение назначения теплообменных аппаратов, основы их теплового расчета. Конструкторское описание основных элементов криогенных машин и установок, их назначение. Понятие теплообмена и изучение основных законов теплопередачи.
  
  контрольная работа [486,6 K], добавлен 07.07.2014
  

• Расчет химических аппаратов

  Расчёт цилиндрических обечаек согласно ГОСТ 14249-89. Расчет горизонтальных аппаратов с различными видами днищ. Оценка требуемых свойст и размеров опор для вертикальных аппаратов. Конструирование фланцевого соединения. Определение размеров отверстий.
  
  курсовая работа [5,3 M], добавлен 17.09.2012
  

• Конструкции кожухотрубчатого испарителя

  Диаграмма изменения составов жидкости и пара от температуры. Описание технологической схемы ректификационной установки. Классификация ректификационных установок. Клапанные тарелки. Способы проведения тепловых процессов. Обзор теплообменных аппаратов.
  
  курсовая работа [1012,6 K], добавлен 17.04.2014
  

• Теплообменные аппараты

  Общие сведения о теплообменных аппаратах: их конструктивное оформление, характер протекающих в них процессов. Классификация теплообменников по назначению, схеме движения носителей, периодичности действия. Конструкции основных поверхностных аппаратов.
  
  реферат [3,5 M], добавлен 15.10.2011
  

• Тепловой и конструктивный расчет секционного водо-водяного подогревателя теплосети

  Классификация теплообменных аппаратов и теплоносителей. Конструкции трубчатых, пластинчатых и спиральных аппаратов поверхностного типа. Определение поверхности нагрева, длины и количества секций прямоточного водяного обогревателя горячего водоснабжения.
  
  курсовая работа [961,6 K], добавлен 23.04.2010
  

Другие документы, подобные "Проектирование теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам