теплообменники. ТО + защита Терпугов. Лабораторная работа изучение теплопередачи в четырехходовом кожухотрубчатом теплообменнике
 Скачать 246.1 Kb.
|
|
РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЧЕТЫРЕХХОДОВОМ КОЖУХОТРУБЧАТОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ» ВЫПОЛНИЛИ: ГРУППА: О ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить принцип действия и устройство четырехходового кожухотрубчатого теплообменника; определить по экспериментальным данным коэффициенты теплопередачи  от конденсирующегося на наружной поверхности труб водяного пара к нагреваемой воде, движущейся внутри труб; рассчитать коэффициент теплопередачи  ; сопоставить экспериментальное и расчетное значения коэффициентов теплопередачи. СХЕМА УСТАНОВКИС – мерный сосуд; КО – конденсатоотводчик; ВР1, ВР2, ВР3 – вентили регулирующие; ВЗ1, ВЗ2, ВЗ3 – вентили запорные; Рт – ротаметр. Характеристика основного оборудования и контрольно-измерительных приборов: 1. Кожухотрубчатый ТО: число труб – 20; число ходов – 4; диаметр труб 22×3 мм; высота труб 0,985 м; диаметр кожуха 174×4,5 мм; материал – нержавеющая сталь с коэффиицентом теплопроводности 17,5 Вт/(м·К); аппарат покрыт тепловой изоляцией из асбеста толщиной 40 мм. 2. Мерный сосуд: диаметр 219×8 мм; высота цилиндрической части 770 мм; высота конического днища 100 мм; объем 26 дм3; покрыт слоем изоляции из асбеста толщиной 40 мм. 3. Конденсатоотводчик: тип ВНИИСТО. 4. Ротаметр: РТ – прибор для измерения расхода воды типа РС-7. 5. Манометр для измерения избыточного давления пара в теплообменнике: шкала от 0 до 10 кгс/см2 (ати). 6. Автоматические равновесные мосты (2 шт.): тип МСР-01, самопишущие, на одну точку каждый, с датчиками – термометрами сопротивления платиновыми типа ЭТП-1. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Обработка экспериментальных данных. 1).  при рабс = 1,18 кгс/см2;2).  при рабс = 1,12 кгс/см2.Расчёт экспериментального значения коэффициента теплопередачи от конденсирующегося пара к воде , Вт/(м2 ·К).1. Q2 = ṁ2 ∙ Сp2 ∙ (Т2к - Т2н) 1). Т2ср = 23,15 ℃; Сp2 = 4190 Дж/кг∙К; ṁ2 = V̇2 ∙ ρ = 3,33∙10-4 ∙ 998 = 0,33 (кг/с); Q2 = 0,33 ∙ 4190 ∙ (43,3 – 3) = 55722,81 (Вт); 2). Т2ср = 16,3 ℃; Сp2 = 4190 Дж/кг∙К; ṁ2 = V̇2 ∙ ρ = 5,28∙10-4 ∙ 1000 = 0,528 (кг/с); Q2 = 0,528 ∙ 4190 ∙ (30,2 – 2,4) = 61502,5 (Вт). 2. А = n ∙ π∙d ∙ h = 20 ∙ 3,14 ∙ 0,019 ∙ 0,985 = 1,175 (м2). 3.  1).  2).  4.  1).  ;2).  Расчет коэффициентов теплоотдачи: от пара к стенкам труб α1 и от стенок труб к воде α2. 1.  1).  ; 2).  ;2.  ; ; ; ;1).  ; 2).   Расчетный коэффициент теплопередачи.  ;1).  ;2).  ;Определение расхождения между опытным и расчётным значениями коэффициента теплопередачи.  1).  2).  = 5,32 %.Вывод: по экспериментальным данным определены коэффициенты теплопередачи  и  для первого и второго опытов соответственно. По уравнению аддитивности термических сопротивлений рассчитаны коэффициенты теплопередачи  для первого опыта и  для второго опыта. Расхождение между экспериментальными и расчетными значениями составило 11,7% в первом случае и 5,3% во втором. В опыте с большими расходами (№2) теплоносителей коэф. теплопередачи выше, а расхождение между экспериментальным и расчетным значениями меньше.РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ДВУХТРУБНОМ ТЕПЛООБМЕННИКЕ» ВЫПОЛНИЛИ: ГРУППА: О- ЦЕЛЬ РАБОТЫ: знакомство с устройством и действием двухтрубного теплообменника; определение величины коэффициента теплопередачи на основании экспериментальных данных; сравнение полученных значений коэффициентов теплопередач.  СХЕМА УСТАНОВКИХарактеристика основного оборудования и контрольно измерительных приборов: 1. Змеевиковый подогреватель (П): Диаметр трубы змеевика 201,5 мм Диаметр витка 290 мм Число витков 9 Шаг витка 90 мм Диаметр кожуха 3455 мм Высота кожуха 870 мм Материал сталь Ст3 2. Теплообменник «труба в трубе» (ТО): Диаметр внутренней трубы 253 мм Диаметр наружной трубы 423,5 мм Длина одного элемента 1300 мм Количество элементов 4 шт. Материал сталь Ст3 3. Сборник конденсата (С): Диаметр 2308 мм Высота 650 мм Объём 25 л Материал сталь Ст3 4. Конденсатоотводчик (КО): тип ВНИИСТО № 3 5. Водомерное стекло (поз. 10) 6. Ротаметры стеклянные поплавковые (поз. 7 и 8) типа РС-7 7. Равновесный мост ЭМП-209 на 6 точек (поз. 1–6) Датчики – термометры сопротивления ЭТП-1 8. Манометр (поз. 9) ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ Экспериментальные данные
Расчётные данные
 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬРасчёт средней движущей силы процесса: Δtср =  =  42,9 °CМассовый расход теплоносителей:  = 983,84*0,179*10-3 = 0,176 кг/с = 999,81*0,326*10-3 = 0,326 кг/сРасчёт количества теплоты:  T1н - T1к)*Cp* = (58,8-45,9)*4190*0,176 = 9,512 кВт T2к – T2н)*Cp* = (11,1-7,6)*4190*0,326 = 4,78 кВтРасчёт поверхности теплообмена: F = 4*π*d*l = 4*3.14*0.025*1.3 = 0,4082 м2 Расчёт экспериментальной константы теплопередачи:  = 543,18  T2ср =  = 9,35 °CT1ср = T2ср +  = 9,35 + 42,9 = 52,25 °CРасчёт теоретической константы теплопередачи:  1) ρT1 ср =  = 986,98 кг/м3μT1 ср =  = 0,532 мПа*сλT1 ср =  = 0,6505  Pr1 =  = 3,43Re1 =  ω1 =  = 0,63 м/сRe1 =  = 22207Nu1 = 0,021*Re10,8*Pr10,43 = 0,021*222070,8*3,430,43 = 107,05 α1 =  = 3665,05 2) dэкв = 0,035-0,025 = 0,010 м ρT2 ср =  = 999,74 кг/м3μT2 ср =  = 1,34 мПа*сλT2 ср =  = 0,57344 ω2 =  = 4,15 м/сRe2 =  = 30991,5Pr2 =  = 9,79Nu2 = 0,021*Re20,8*Pr20,43 = 0,021*30991,50,8*9,790,43 = 219,4 α2 =  = 12581,67  = 550,4 Δ =  = 1,31 %Вывод: по экспериментальным данным определен коэффициент теплопередачи  . По уравнению аддитивности термических сопротивлений рассчитан коэффициент теплопередачи  . Расхождение между экспериментальным и расчетным значениями составило 1,31%.Достоинства_и_недостатки_кожухотрубчатого_теплообменника_и_теплообменника_типа_«труба_в_трубе».'>КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕПЛООБМЕННЫМ АППАРАТАМ. 1. Достоинства и недостатки кожухотрубчатого теплообменника и теплообменника типа «труба в трубе». Кожухотрубчатый теплообменник
Двухтрубный однопоточный теплообменник типа «труба в трубе»
2. Способы очистки теплообменных аппаратов от накипи. Изначально воду можно подготовить и смягчить. Среди механизмов очистки воды в первую очередь можно выделить обычные фильтры, а также инновационные технологии – магнитная очистка воды, которая представляет собой воздействие на молекулы воды и растворенные в ней соли магнитным полем. Еще один способ предотвращения появления накипи – это специальная полировка стенок теплообменника, которая препятствует быстрому образованию налета и использование металлов менее всего активных при данном химическом процессе. Также не рекомендуется оставлять теплообменник сухим в периоды его простоя от работы, он должен быть заполнен водой. В качестве профилактики следует использовать химические добавки в воду (например, соль или кислота для «жёсткой» воды). Также есть варианты химический очистки и варианты механической (проволочные щетки, специальные сверла для удаления накипи). Однако, в обоих случаях поверхности теплообменников либо будут поцарапаны, либо средство от накипи их разъест. Даже микротрещины – это место, куда потом отложится новая накипь и начнет разъедать эти трещины, делая их больше. Здесь же в последствии развивается коррозия, поэтому устранение известкового налета хоть и нужная процедура, но не без недостатков. Один из способов борьбы с образованием слоев загрязнения – это увеличение скорости потока жидкости в теплообменнике, что создает турбулентность и пограничный слой срывается с поверхностей теплообменника. Также существует электрогидроимпульсный метод. Принцип работы построен на импульсном электрическом разряде в жидкости (воде), в результате которого происходит локальный микровзрыв и разрушение твердых отложений, которые сразу вымываются потоками воды. Метод экологический безопасен и более щадящий в отличие от химической механической чистки. 3. Как сочетать достоинства кожухотрубчатого теплообменника и ТО «труба в трубе» в одном аппарате? Ответ 1: Каждый из теплообменников имеет свои достоинства и недостатки, и создать аппарат только с одними достоинствами и без недостатков невозможно. Достоинства и недостатки каждого из теплообменников зависят от особенностей их конструкции, поэтому если совместить два аппарата в одну конструкцию, то она будет обладать взаимоисключающими свойствами, которые будут сводиться к недостаткам. Например, двухтрубный ТО способен работать при низких расходах теплоносителей, а кожухотрубчатый ТО не способен. Объединённый аппарат ввиду особенностей кожухотрубчатого ТО потеряет способность работать при небольших расходах. Ввиду накопления недостатков, нивелирующих достоинства аппаратов, взятых по отдельности, совмещение двух данных теплообменников будет экономически невыгодно. Наиболее целесообразно подбирать конкретный теплообменник под конкретную производственную задачу. Ответ 2:  В промышленности применяется особая конструкция ТО: горизонтальный секционный скоростной кожухотрубчатый теплообменник.Данный теплообменник состоит из горизонтальных секций, которые соединяются между собой калачами по трубному пространству и патрубками - по межтрубному. Каждая секция, по сути, представляет из себя горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник, а способ их соединения напоминает двухтрубный теплообменник типа «труба в трубе». Теплообменники подобного устройства применяются в качестве альтернативы многоходовым, так как при той же массе многоходовые теплообменники имеют большее гидравлическое сопротивление. Однако ввиду специфики конструкции горизонтальные секционные ТО используют для весьма ограниченного спектра задач, в основном как водонагреватели в системе «холодная вода – горячая вода». Такая конструкция опорных перегородок облегчает установку трубок и их замену в условиях эксплуатации, так как отверстия опорных перегородок расположены соосно с отверстиями трубных решеток. Ниже представлена таблица достоинств и недостатков горизонтального секционного скоростного кожухотрубчатого теплообменника.
Спорные моменты: • простота очистки – благодаря наличию снимающихся патрубков, трубные решётки в торцах теплообменника легко чистить, но сами секции представляют из себя кожухотрубчатые ТО, чья очистка затруднена • высокие площади поверхности теплопередачи при незначительных габаритных размерах теплообменника – кожухотрубчатый ТО и вправду обладает подобным достоинством, но при наращивании числа секций габариты аппарата будут увеличиваться быстрее, чем будет нарастать полезная площадь теплопередачи • расход материала на изготовление сравнительно невелик – как и в предыдущем пункте, чем больше число секций, тем более материал затратной выйдет конструкция, поэтому секционный ТО будет проигрывать в расходе материала обычному кожухотрубчатому ТО при равной производительности | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кВт
, кВт
увеличиваются коэфф. теплопередачи и тепловые нагрузки; замедляется отложение накипи и загрязнений на стенках труб.