Кожухотрубный ТО. КТО. Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата
![]()
|
![]() Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики» (Университет ИТМО) Факультет низкотемпературной энергетики 16.03.03 Технологии производства сжиженного природного газа Расчетно-графическая работа №3 «Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата» Выполнил: Щербаков Д.А. Группа: W34052 Преподаватель: Василенок А.В. Работу принял: ________________ Санкт-Петербург 2021 год Исходные данные.
Решение. При заданном давлении ![]() ![]() Т.к. пар перегрет, имеются 2 зоны теплообмена 1) охлаждение от ![]() ![]() 2)конденсация насыщенного пара на вертикальных трубах 2. Определение тепловой нагрузки аппарат 2.1Средняя температура воды: ![]() ![]() ![]() ![]() 2.2 Средняя температура пара: ![]() ![]() ![]() ![]() 2.3 Количество теплоты, передаваемой паром воде ,кВт ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Где ![]() ![]() ![]() ![]() 2.4 Массовый расход пара ![]() ![]() 3 Расчет коэффициента теплопередачи и конструктивных размеров аппарата Наружный диаметр трубок ![]() Скорость воды в трубках ![]() 3.1 Определяем режим течения воды в трубах ![]() ![]() Далее необходимо рассчитать в зависимости от режима течения жидкости критерий Нуссельта: - для турбулентного течения жидкости Re>4000 ![]() ![]() ![]() 3.3 Из критериального уравнения Нуссельта находим коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стенки трубки к водe ![]() ![]() 3.4 Рассчитывают количество трубок в трубной решетке ![]() ![]() 3.6 Принимаем ромбическое расположение труб в трубной решетке. Ближайшее значение ![]() Относительный диаметр трубной решетки ![]() Шаг между трубками диаметром ![]() ![]() 3.7 Диаметр трубной решетки ![]() ![]() 3.8 Внутренний диаметр корпуса аппарата ![]() k-кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом, принимаем равным 10 мм Расчетное значение внутреннего диаметра кожуха округляют до ближайшего размера: ![]() 3.9 При ромбическом расположении труб число шестиугольников для размещения труб определяется ![]() ![]() 3.10 Число труб по диагонали наибольшего шестиугольника составит l = 2m+1 l = 2 * 5 + 1 = 11 3.11 Площадь межтрубного пространства без учета перегородок для прохода пара ![]() ![]() 3.12 Скорость пара в межтрубном пространстве ![]() ![]() 3.13 Критерий Рейнольдса для пара ![]() ![]() ![]() ![]() 3.14 Критерий Нуссельта для турбулентного режима ![]() ![]() ![]() 3.15 Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубки ![]() 3.16 Коэффициент теплопередачи в 1 зоне, Вт ![]() ![]() Считаем , что температурный напор в 1-й зоне не изменится ![]() 3.17 Температурный напор в 1-й зоне, 0С Δ ![]() Δ ![]() ![]() ![]() ![]() 3.18 Поверхность теплообмена 1-й зоны составит ![]() ![]() Поверхность теплообмена во 2-й зоне Предполагают, что во 2-й зоне коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубки к жидкости равен коэффициенту теплоотдачи в 1-й зоне. Это допустимо, так как свойства воды во 2-й зоне мало отличаются от свойств воды в 1-й зоне. Удельный тепловой поток от пара к стенке: ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Δt1 = tп – tст1 Задаемся рядом значений Δt1(от 10 до 90 ˚С) и вычисляют соответствующие им величины q1. По полученным данным строим кривую Δt1 = f(q1) Средний температурный напор во 2-й зоне: ![]() ![]() Заполним сводную таблицу для построения графика зависимости ∑Δt = f(q) Определяем dt2 и dt3 при плотности теплового потока q1 по формулам: ![]() ![]()
![]() Определяем значение q, при котором ∑dt = Δt2* С помощью встроенной функции Excel «Подбор параметра» (вкладка «Данные» => «Анализ «что если» => «Подбор параметра») Получаем: ![]() ![]() 3.19 Коэффициент теплопередачи во 2-й зоне ![]() ![]() 3.20 Поверхность теплообмена во 2-й зоне: ![]() ![]() 3.21 Суммарная поверхность теплообмена: ![]() ![]() 3.22 Общая длина трубок: Щербаков Дмитрий Алексеевич ![]() ![]() 3.23 Число ходов подогревателя: ![]() ![]() 3.24 Общее число трубок подогревателя составит: ![]() Принимаем ромбическое расположение труб в трубной решетке. Находим ближайшее значение ![]() Определяем относительный диаметр трубной решетки dтр/t = 20. Для полученных типоразмеров определяем шаг t = 32 мм, между трубками диаметром dнар = 25 мм. 3.25 Диаметр трубной решетки ![]() ![]() 3.26 Внутренний диаметр корпуса аппарата: ![]() ![]() Расчетное значение внутреннего диаметра кожуха округляем до ближайшего табличного размера ![]() 3.27 Площадь межтрубного пространства без учета перегородок для прохода пара: ![]() ![]() 3.28 Коэффициент, учитывающий сужение живого сечения межтрубного пространства: ![]() ![]() 3.29 Расстояние между сегментными перегородками: ![]() ![]() 3.30 Эквивалентная длина пути теплоносителя: ![]() ![]() ![]() 3.31 Площадь живого сечения межтрубного пространства с учетом перегородок: ![]() ![]() 3.32 Скорость пара в межтрубном пространстве: ![]() ![]() 3.33 Критерий Рейнольдса для пара ![]() ![]() где ![]() 3.34 Критерий Нуссельта для пара: ![]() ![]() 3.35 Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубки: ![]() ![]() 3.36 Коэффициент теплопередачи в 1-й зоне: ![]() ![]() 3.37 Поверхность теплообмена 1-й зоны: Считаем, что температурный напор в 1-й зоне не изменится Δt1* ![]() ![]() 3.38 Суммарная поверхность теплообмена: Так как температурный напор Δt2* во 2-й зоне не изменяется, то коэффициент теплопередачи останется прежним k2, а следовательно, поверхность теплообмена F2 также не изменится. ![]() ![]() 3.39 Длина трубок в одном ходу: ![]() ![]() 4 Гидравлический расчет кожухотрубного теплообменника 4.1 Полный напор ΔР, необходимый для движения жидкости или газа через теплообменник ![]() где ![]() ![]() ![]() 4.2 Коэффициент сопротивления трения для чистых трубок: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 4.3 Мощность, необходимая для перемещения воды через подогреватель ![]() ![]() Расчет диаметров патрубков: Размеры патрубка для воды: Площадь сечения: ![]() ![]() Диаметр: ![]() ![]() Размеры патрубка пара: Площадь сечения: ![]() ![]() Диаметр: ![]() ![]() Размеры патрубка конденсата: Площадь сечения: ![]() ![]() Диаметр: ![]() ![]() Размеры патрубка конденсата: Площадь сечения: ![]() ![]() Диаметр: ![]() ![]() |