Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата

Реферат

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

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

Содержание

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

Введение

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

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

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

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

Q2 – тепловой поток, воспринимаемый нагреваемым теплоносителем, Вт;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru - тепловой поток, отдаваемый в окружающую среду, Вт.

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где cpw – теплоемкость воды, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru – массовый расход воды, кг/с;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru - температура воды на выходе;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru - температура воды на входе.

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru .

Тепловой поток, отдаваемый греющим теплоносителем:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

По заданию Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru кВт.

Расход греющего теплоносителя:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru энтальпия водяного пара на входе в теплообменный аппарат, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru энтальпия конденсата на выходе из теплообменного аппарата, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru .

Определяем по таблице «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения» : Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru , Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Средняя разность температур теплоносителей рассчитывается по формуле:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru наибольшая разность температур теплоносителей, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru наименьшая разность температур теплоносителей, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru .

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ; Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru температура насыщения водяного пара;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru температуры воды на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Имея давление водяного пара Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru находим температуру насыщения: Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru .

Средняя температура воды:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Предварительно задаемся температурой стенки:

- со стороны нагреваемого теплоносителя:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

- со стороны греющего теплоносителя:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемого теплоносителя:

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru массовый расход воды, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru плотность воды при средней температуре воды (определяем по таблице «Физические свойства воды на линии насыщения» ), Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru скорость движения воды по трубам, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru внутренний диаметр труб, м.

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

где dн - наружный диаметр трубы, м;

d - толщина стенки трубы, м.

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Общее число труб в пучке определим по формуле:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где z – число ходов по воде.

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru порядковый номер шестиугольника, считая от центра.

Из последнего соотношения можно определить число шестиугольников:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Уточняем общее число труб в пучке:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Уточним значение w2по формуле:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru массовый расход воды, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru плотность воды при средней температуре воды, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru скорость движения воды по трубам, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru - число труб в одном ходе трубного пучка.

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru .

Определим число Рейнольдса:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru число Рейнольдса;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru число Прандтля для воды при средней температуре воды;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru число Прандтля для воды при температуре внутренней поверхности стенки трубы (по таблице II [2]);

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Число Рейнольдса:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Безразмерный комплекс Z:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Разность температур:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

где Н – характерный размер, м;

Для горизонтальных теплообменников характерный размер определяется по формуле:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

где R– наружный радиус, м.

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Безразмерный комплекс Z:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Число Рейнольдса:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной поверхности трубного пучка, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к нагреваемому теплоносителю, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru толщина стенки теплопередающей поверхности (трубы), м;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru толщины загрязнений со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей, м;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru коэффициент теплопроводности материала трубы (латунь), Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ;

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru коэффициенты теплопроводности загрязнений поверхности

теплообмена со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей, Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Уточним значения Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru и Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru :

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Определим расчётную величину площади поверхности теплообмена:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Основные размеры теплообменного аппарата.

Длина теплообменного аппарата:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Внутренний диаметр кожуха:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru ,

где Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru коэффициент заполнения трубной решётки, равный отношению площади, занятой трубами, к полной площади решётки. Принимаем Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru .

Шаг труб:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Длина теплообменного аппарата:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

Внутренний диаметр кожуха:

Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата - student2.ru

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

Наши рекомендации