Тепловой и гидравлический расчёт кожухотрубчатого теплообменника

Классификация теплообменных аппаратов. Проведение поверочного теплового и гидравлического расчётов нормализованного кожухотрубного теплообменного аппарата, предназначенного для охлаждения масла водой с заданной начальной и конечной температурой.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 16.03.2012
Размер файла 64,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Задание

2. Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменного аппарата

3. Гидравлический расчёт теплообменного аппарата

4. Заключение

Литература

Общее количество листов

Введение

Теплообменные аппараты (теплообменники) представляют собой устройства, предназначенные для передачи тепла от одной рабочей среды (теплоносителя) к другой. Теплоносители могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Теплообменники имеют различные назначения. В них могут протекать процессы нагревания, охлаждения, кипения, конденсации, расплавления и затвердевания. А также сложные термохимические процессы: выпаривание, ректификация, полимеризация, вулканизация и многие другие.

По характеру обмена теплом теплообменные аппараты разделяются на:

-поверхностные;

-смесительные.

По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на:

- рекуперативные;

- регенеративные;

-смесительные.

Выделяются еще теплообменные устройства, в которых нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляются за счет внутренних источников теплоты.

Кожухотрубчатые теплообменники - аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, ограниченные кожухами и крышками со штуцерами.

Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов.

Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости и интенсивности теплообмена теплоносителей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между паром и жидкостями или между жидкостями и газами. Они применяются тогда, когда требуется большая поверхность теплообмена.

Трубки теплообменников изготавливают прямыми, поэтому они легко доступны для очистки и замены в случае течи.

В большинстве случаев греющий теплоноситель вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубам. Конденсат из межтрубного пространства выходит к конденсатоотводчику через штуцер, расположенный в нижней части кожуха.

Для компенсации температурных удлинений, возникающих между кожухом и трубками, предусматривается возможность свободного удлинения труб за счет различного рода компенсаторов.

Кожухотрубные аппараты могут быть:

-вертикальными;

-горизонтальными.

Вертикальные аппараты имеют большее распространение, так как они занимают меньше места и более удобно располагаются в рабочем помещении. Для удобства монтажа и эксплуатации максимальную длину трубок для них следует брать не больше 5 м.

Во избежание резкого снижения теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке в корпусе теплообменника должны быть предусмотрены краны для выпуска воздуха как из нижней части аппарата над поверхностью конденсата, так и из верхней его части.

Обычно корпус расположен горизонтально в аппараты типа жидкость-жидкость. Трубный пучок здесь прямотрубный, трубки жестко заделываются в трубные доски.

Компенсация тепловых расширений корпуса относительно трубного пучка обеспечивается компенсатором тепловых удлинений.

В межтрубном пространстве при течении жидкости для организованного эффективного поперечного обтекания трубного пучка устанавливаются промежуточные перегородки.

Физическое описание кожухотрубчатого теплообменника.

Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства, в которых две жидкости с различными температурами текут в пространстве, разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и теплопроводности стенки.

Конвекция теплоты - процесс переноса теплоты макрочастицами . жидкости в пространстве из области с одной температурой .

в область с другой температурой.

Конвекция возможна только в текучей среде, в которой перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

Конвективный теплообмен между потоками жидкости и поверхностью соприкасающегося с ним тела называется конвективной теплоотдачей.

При расчетах теплоотдачи используют закон Ньютона-Рихмана:

В зависимости от физических свойств жидкостей процесс теплообмена может протекать различно и своеобразно. Особенно большое влияние оказывают коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, коэффициент температуропроводности и коэффициент вязкости.

Процесс теплоотдачи при течении жидкости в трубах является более сложным по сравнению с процессом теплоотдачи при омывании поверхности неограниченным потоком. Поперечное сечение трубы имеет конечные размеры. В результате, начиная с некоторого расстояния от входа, жидкость по всему поперечному сечению трубы испытывает тормозящее действие сил вязкости, происходит изменение температур жидкости как по сечению, так и по длине канала. Всё это сказывается на теплоотдаче.

Течение жидкости может быть ламинарным и турбулентным.

О режиме течения в трубах судят по значению числа Рейнольдса:

- если Re меньше Re1критического приблизительно равным 2000, то течение является ламинарным.

- развитое турбулентное течение в технических трубах устанавливается при Re>Re2 критического приблизительно равным 10000.

- течение при Re=2000?10000 называют переходным. Ему соответствует и переходной режим теплоотдачи.

Теплообменные устройства сравнительно редко выполняются из одной поперечно-омываемой трубы, обычно трубы собирают в пучок. В технике часто встречаются два основных типа трубных пучков: шахматный и коридорный.

Течение жидкости в пучке имеет достаточно сложный характер. Рядом стоящие трубы пучка оказывают воздействие на омывание соседних. Обычно пучок труб устанавливают в каком-либо канале, поэтому движение в пучке может быть связано с течением в канале. Известны два основных режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. Форма течения жидкости в пучке во многом зависит от характера течения в канале перед пучком. Если при данном расходе и температурах течение в канале, где установлен пучок, турбулентное при отсутствии пучка, то оно будет обязательно турбулентным и в пучке, так как пучок является прекрасным турбулизатором. Однако, если пучок помещён в канале, в котором до его установки имел место ламинарный режим течения, то в этом случае в зависимости от числа Re можно иметь как одну, так и другую форму течения.

В настоящее время наиболее изученным является смешанный режим, который часто встречается в технике. Смешанному режиму соответствует числа Re от 1000 до 100000. Рассмотрим его основные особенности.

Омывание первого ряда труб и шахматного и коридорного пучков аналогично омыванию одиночного цилиндра. Характер омывания остальных труб сильно зависит от типа пучка. В коридорных пучках все трубы второго и последующих рядов находятся в вихревой зоне впереди стоящих труб, причём циркуляция жидкости в вихревой зоне слабая, так как поток в основном проходит в продольных зазорах между трубами (“в коридорах”). Поэтому в коридорных пучках как лобовая, так и кормовая часть трубок омываются со значительно меньшей интенсивностью, чем те же части одиночной трубки или лобовая часть трубки первого ряда в пучке. В шахматных пучках характер омывания глубоко расположенных трубок качественно мало отличается от характера омывания трубок первого ряда.

Теплоотдача пучков труб зависит также от расстояния между трубами, которое принято выражать в виде безразмерных характеристик s1/d и s2/d, называемых соответственно относительными поперечным и продольным шагами.

1. Задание

теплообменный аппарат кожухотрубный расчет

Выполнить поверочный тепловой и гидравлический расчёты нормализованного кожухотрубного теплообменного аппарата по ГОСТ 14245- ,14246- ,1427-79 - предназначен для охлаждения масла типа масло МС-20 в количестве G1=4 кг/с от начальной температуры масло охлаждается до . Охлаждение осуществляется водой с начальной температурой и конечной .

2. Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменного аппарата

1. Определение тепловой нагрузки :

Вт

2. Определим расход воды из уравнения теплового баланса :

=7,42 кг/с

3. Определение среднелогарифмической разности температур :

=43,28

4. Ориентировочный выбор теплообменника. В трубное пространство с меньшим проходным сечением целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом , т.е. горячий раствор . Это позволит выровнять скорости движения теплоносителей и соответвующие коэффициенты теплоотдачи , увеличивая таким образом коэффициент теплопередачи . Кроме того , направляя поток холодной жидкости в межтрубное пространство , можно отказаться от теплоизоляции кожуха теплообменника.

Примем ориентировочное значение , что соответствует развитому турбулентному режиму течения в трубах. Очевидно , такой режим возможен в теплообменнике , у которого число труб диаметром

мм :

принимаем

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, соответствующее турбулентному течению :

Ориентировочное значение поверхности теплообмена :

Поправка для среднелогарифмической разности температур определим по уравнению :

С учётом поправки ориентировочная поверхность составит :

Целесообразно произвести расчёт следующего варианта :

, ,

5. Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи :

По значению числа Рейнольдса определяем , что у нас переходной режим течения :

Площадь сечения потока в межтрубном пространстве между перегородками -

Термические сопротивления

.

Повышенная коррозионная активность этих жидкостей диктует выбор нержавеющей стали в качестве материала труб . Теплопроводность нержавеющей стали примем равной

Сумма термических сопротивлений стенки и загрязненной воды равна

Коэффициент теплопередачи равен

Требуемая поверхность составит

Из выбранного ряда подходит теплообменник с трубами длиной 3,0 м и номинальной поверхностью

При этом запас

Масса теплообменника :

4. Гидравлический расчёт теплообменного аппарата

Скорость жидкости в трубах :

- относительная шероховатость труб;

- высота выступов шероховатостей равна 0,2 мм .

Коэффициент трения :

Диаметр штуцеров в распределительной камере

;

Скорость в штуцерах :

В трубном пространстве следующие местные сопротивления : вход в камеру и выход из неё , 1 поворот на , четыре входа в трубы и четыре выхода из них .

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно :

Число рядов труб , омываемых потоком в межтрубном пространстве :

Принимаем n=8 .

Число сегментных перегородок x=10 .

Диаметр штуцеров к кожуху :

Скорость потока в штуцерах :

Скорость жидкости в самом узком сечении межтрубного пространства площадью

равна :

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления : вход и выход жидкости через штуцера , 10 поворотов через сегментные перегородки и 11 сопротивлений трубного пучка при его поперечном обтекании

Сопротивление межтрубного пространства равно :

Литература

1) «Основные процессы и аппараты химической технологии. Курсовое проектирование.» под редакцией Дытнерского. Москва-Химия 1983 г.

2) «Теплопередача» Исаченко Сукомел

3) «Основы теплопередачи» Беляев

Размещено на Allbest


Подобные документы

  • Тепловой, механический, конструктивный и гидравлический расчет теплообменника, который предназначен для проведения теплообменных процессов: нагревания, охлаждения, конденсации испарения. Определение гидравлического сопротивления трубного пространства.

    курсовая работа [393,7 K], добавлен 17.05.2011

  • Характеристика и классификация теплообменных аппаратов. Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации перегретого пара; тепловой, гидравлический и механический расчеты; определение толщины тепловой изоляции; техника безопасности.

    курсовая работа [176,2 K], добавлен 13.08.2011

  • Понятие и назначение, сферы применения и устройство, основные элементы кожухотрубного теплообменника. Последовательность теплового, гидравлического и прочностного расчетов кожухотрубного теплообменника, исследование необходимых справочных данных.

    методичка [85,6 K], добавлен 23.01.2011

  • Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, а также тепловой расчёт пластинчатого теплообменника. Расчет гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей.

    курсовая работа [562,3 K], добавлен 29.12.2010

  • Математическая модель рекуперативного теплообменного аппарата. Теплофизические свойства и расчёт параметров горячего и холодного теплоносителей, гидравлический и аэродинамический, тепловой расчёты. Эскизная компоновка, интенсификация теплообменника.

    курсовая работа [251,7 K], добавлен 20.04.2011

  • Сущность процесса передачи энергии в форме тепла, виды теплообменных аппаратов. Подбор теплообменного аппарата на базе расчетных данных. Ход процесса охлаждения жидкости с заданным расходом, если исходными материалами являются ацетон и скважинная вода.

    курсовая работа [202,5 K], добавлен 20.03.2011

  • Тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический и прочностной расчёты горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата. Тепловые и основные конструктивные характеристики теплообменного аппарата, гидравлические потери по ходу водяного тракта.

    курсовая работа [120,4 K], добавлен 16.02.2011

  • Определение тепловой нагрузки аппарата, расхода пара и температуры его насыщения, режима теплообменника. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления. Подсчет расходов на приобретение, монтаж и эксплуатацию теплообменного аппарата.

    курсовая работа [544,4 K], добавлен 28.04.2015

  • Конструкторский расчет рекуперативного кожухотрубного вертикального теплообменника, определение эскизной площади поверхности теплообмена. Компоновка трубного пучка и межтрубного пространства. Гидравлический и прочностной расчет теплообменного аппарата.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.12.2013

  • Предварительный расчет теплообменного аппарата и определение площадей теплообмена. Выбор геометрии трубы и определение конструктивных параметров АВОМ. Поверочный тепловой и гидравлический расчет аппарата. Расчет конструктивных элементов теплообменника.

    курсовая работа [578,0 K], добавлен 15.02.2012

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.