Проектирование теплообменных аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности

Ознакомление с конструкцией теплообменных аппаратов нефтепромышленности; типы и конструктивное исполнение кожухотрубчатых установок. Описание технологического и механического расчета оборудования. Выбор конструкционных материалов и фланцевого соединения.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 17.04.2014
Размер файла 3,3 M

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.

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, м23

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; Fнорм - 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 + Qпот. (2)

Здесь Q1 - количество теплоты, отданной горячим теплоносителем, Вт; Q2 - количество теплоты, сообщенной холодному теплоносителю, Вт; Qпот - 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 - t) = G2C2(t - t), (3)

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

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

t; t - то же самое для холодного теплоносителя;

С1 - удельная теплоемкость горячего теплоносителя при средней температуре tср1, кДж/(кг . град);

С2 - то же самое для холодного теплоносителя при tср2.

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 = Qпер + Qконд + Qохл. (7)

Здесь Qпер = G1Cп(t - tнас) - количество теплоты, отдаваемой при охлаждении перегретого пара; Qконд = G1r - количество теплоты, отдаваемой при конденсации пара; Qохл = G1Cж(tнас - t) - количество теплоты, отдаваемой при охлаждении конденсата; tнас - температура насыщенного пара; Сп - теплоемкость пара; Сж - теплоемкость конденсата.

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

tср i = , i = 1, 2. (8)

Более точное значение средней температуры одного из теплоносителей определяется из уравнения

tср i = tj tср, (9)

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

tср - 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) ts, 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 tб и tм 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 (tб) и меньшей (tм) разностей температур на концах аппарата при противотоке (а, b), прямотоке (с) и при изменении фазового состояния горячего теплоносителя (d; ts - температура конденсации; t=t=ts)

1 - горячий теплоноситель; 2 - холодный теплоноситель

В аппаратах с противоточным движением теплоносителей tср 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, tср 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

tср=t tср.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 tб и tм - бульшая и меньшая разности температур на концах теплообменника при противотоке с теми же начальными и конечными температурами теплоносителей; ; Т = tн1 - tк1 - изменение температуры горячего теплоносителя; t = tк2 - tн2 - 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); rст - 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 dн/dвн<2 (dн,dвн - 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);

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

Тепловая проводимость загрязнений на стенках (1/rзагр) 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 rзагр можно получить только опытным путем.

Ориентировочные значения тепловой проводимости загрязнений приведены в таблице 4. При редких чистках аппарата или сильной коррозии значение 1/rзагр может уменьшаться до 500 Вт/(м2.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/(м2.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/rзагр, Вт/(м2.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

кг/м3

м2

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.tср, Вт. (17)

Уравнение (1.17) применяется для расчета необходимой площади поверхности теплопередачи при известных значениях тепловой нагрузки теплообменного аппарата Q, средней разности температур теплоносителей tср 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 до конечной t 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 t2ср = 0,5.( t+ t) определяем плотность 2 (кг/м3), теплоемкость С2 (кДж/(кг.град)), вязкость 2 (Па.с), теплопроводность 2 (Вт/(м2.град)) [1].

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

По таблице теплофизических свойств воды на линии насыщения (таблица II приложения) при ts 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- t), 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 ts; поэтому схема движения теплоносителей не влияет на величину средней разности температур. tср определяем либо по уравнению (10), либо (11). Расчетная схема для определения tб и tм изображена на рисунке 31 d.

4 По таблице 3 принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор 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 dн, вторая - толщину стенки . Тогда внутренний диаметр трубы dвн = dн - 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 Re2 ор = 15 000. Тогда

;

9 Рассчитываем число ходов трубного пространства аппарата

;

10 По рассчитанным величинам Fор, n, z и выбранным размерам труб (dвн и l) в соответствии с ГОСТом подбираем аппарат с наиболее близкими параметрами: Fнорм, 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 (Fрасч, 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 (Ртр) и в межтрубном пространстве (Рмтр).

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

Коэффициент трения при Reтр > 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 dшт - 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 Sмтр - 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 Pp - расчётное давление, МПа

3.5 Определение прибавки к расчётной толщине стенки

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии определяли согласно по формуле

(25)

где Сэ - 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 Pp - расчётное давление, МПа;

Pи - 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=Sp+C+C0 (27)

где Sp - 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 Sпр 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 dн - 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

tк,tт - средняя температура корпуса и труб;

Ект - модуль продольной упругости материала корпуса и труб соответственно Па;

Fт,Fк - площадь сечения труб и корпуса соответственно.

Fт=n··(dн2-dвн2) (31)

где n- общее число труб;

dн- наружный диаметр труб, м;

dвн- внутренний диаметр труб, м

Площадь сечения корпуса

Fк = (Дн2вн2) (32)

где Дн - наружный диаметр аппарата, м;

Двн - 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

Коэффициент динамической вязкости .106, Па.с

Коэффициент кинематической вязкости .106, м2

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

Подобные документы

  • 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, 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.