расчет теплообменника. Введение 2 постановка задачи 3 выбор схемы и основных размеров теплообменника 4

Название	Введение 2 постановка задачи 3 выбор схемы и основных размеров теплообменника 4
Анкор	расчет теплообменника
Дата	29.09.2022
Размер	475.59 Kb.
Формат файла
Имя файла	123.docx
Тип	Реферат #705886

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 3

1. ВЫБОР СХЕМЫ И ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕПЛООБМЕННИКА 4

1.1. Выбор схемы теплообменника 4

1.2. Предварительное определение поверхности теплообмена 4

1.3. Выбор теплообменных труб 5

1.4 Определение числа ходов в теплообменнике, длины и числа труб 6

1.5. Размещение труб в трубной решетке 7

1.6. Диаметр корпуса теплообменника 7

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ 8

2.1. Тепловой баланс 8

2.2. Коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара 8

2.3. Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды 9

2.4. Коэффициент теплопередачи 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 10

ВВЕДЕНИЕ

Кожухотрубные теплообменники - это аппараты, которые используются для передачи тепловой энергии между двумя рабочими жидкостями – горячей и холодной. Суть теплообмена заключается в передаче тепловой энергии от теплоносителя, движущейся по трубам теплообменника, холодной рабочей среде которая движется в противоположном направлении в полости корпуса. В процессе перемещения нагретая жидкость отдает тепло холодной через стенки теплообменных труб.

Основным потребителем кожухотрубных теплообменников являются жилищно-коммунальные службы. Аппараты широко используются для комплектации инженерных коммуникаций. Теплосети активно применяют устройства для обеспечения горячего водоснабжения. По возможности, обустраиваются индивидуальные тепловые пункты, эффективность которых значительно выше, чем эффективность централизованных магистралей.

Кожухотрубные преобразователи тепловой энергии получили широкое распространение в нефтеперерабатывающей отрасли, химическом и газовом секторах. Востребованы аппараты и в теплоэнергетике. Кроме того, устройства незаменимы в пивоваренной и пищевой промышленности. Нередко кожухотрубчатые теплообменники используются в качестве конденсаторов, утилизаторов тепловой энергии отработанных газов и подогревателей.

Конструкция кожухотрубного теплообменника отличается простотой и надежностью, а также обеспечивает простой доступ к основным элементам для технического обслуживания и ремонта. Что касается принципа действия рассматриваемой установки, он также не отличается особой сложностью.

Главным преимуществом кожухотрубного преобразователя тепловой энергии и основной причиной популярности этих устройств является простота и надежность конструкции. Кожухотрубчатый теплообменник включает в себя распределительную камеру, оснащенную теплообменными трубами, корпус, чаще всего цилиндрической формы, и специальные решетки.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Исходные данные для расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Тип теплообменника – второй.

Цель работы:

Выбрать схему и основные размеров теплообменника.
Провести тепловой расчет для определения основной характеристики теплообменника – площади поверхности теплообмена.

Схема теплообменника представлена на рисунке 1.

1- цилиндрический корпус; 2 – теплообменные трубы; 3 – трубные решетки; 4 – крышки (днища); 5 – фланцевое соединение; 6 – патрубок для ввода теплоносителя; 7 – патрубок для отвода теплоносителя; 8 – патрубок для ввода другого теплоносителя; 9 – патрубок для отвода другого теплоносителя; 10 – перегородки для направления движения теплоносителя в межтрубном пространстве; 11 – перегородки для направления теплоносителя многоходовых теплообменников; 12 – компенсатор температурных напряжений.

1. ВЫБОР СХЕМЫ И ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕПЛООБМЕННИКА

1.1. Выбор схемы теплообменника

Выбираем тип теплообменника – горизонтальный, с неподвижными трубными решетками.

Согласно варианту, выбираем тип кожухотрубных теплообменников – 2 тип – подогреватели, в которых греющая среда – водяной пар, нагреваемая среда – вода.

Горизонтальные теплообменники удобнее в монтаже и эксплуатации, но занимают большую площадь.

Патрубки для подвода греющего пара обычно размещают в верхней части теплообменника, а патрубки вывода конденсата – всегда в самой нижней точке корпуса.

Охлаждаемую среду и газообразные теплоносители предпочтительно направлять в межтрубное пространство, так как лучше всего в трубы направлять более загрязненный, более коррозионно-активный теплоноситель, с меньшим коэффициентом теплоотдачи, с меньшим объемным расходом, с большим давлением. В водоподогревателях и конденсаторах, где греющая среда – пар, основным источником загрязнений поверхностей теплопередачи является нагреваемая вода. В этом случае предпочтительнее воду направлять в трубы, так как очистка труб с внутренней поверхности значительно проще.

1.2. Предварительное определение поверхности теплообмена

Для того чтобы определить основные конструктивные размеры элементов теплообменника, необходимые для расчета, следует ориентировочно определить величину поверхности теплообмена F. Для этого определяем количество тепла, передаваемого в теплообменнике, как

(1)

Площадь теплопроводящей поверхности:

(2)

где k-коэффициент теплопередачи, значение которого выбирают ориентировочно k=2000 Вт/(м²∙K). (Выбор k в пределах 800-3500 Вт/(м²∙K))

(3)

∆t− средняя разность температур между теплоносителями:

Где ∆t_б=t_Н-t₁ – наибольшая, ∆t_м=t_Н-t₂– наименьшая разность температур между теплоносителями, t_Н – температура насыщения греющего пара, которую определяют из таблицы приложения 1 по давлению греющего пара Р_Н.

∆t_б=t_Н-t₁=64,54-60=4,54

∆t_м=t_Н-t₂=64,54-70=5,54

(4)

Определили площадь теплопередающей поверхности аппарата –

1.3. Выбор теплообменных труб

Затем предварительно выбираем размеры труб: наружный диаметр d_H, внутренний диаметр d_В, длину труб L.

Выбираем цельнотянутые бесшовные трубы из латуни марки ЛОМш70-1-0.05.

В теплообменнике с неподвижной трубной решеткой (ТН и ТК) применим трубы с размерами:

d_H= 38 мм;

d_В= 36 мм;

L = 4 м;

_t= 1.6 мм.

1.4 Определение числа ходов в теплообменнике, длины и числа труб

Чем больше скорость теплоносителя в трубе, тем выше коэффициент теплоотдачи, соответственно требуется меньшая поверхность теплообмена, но при повышении скорости растет сопротивление движению теплоносителя в трубе, соответственно возрастает расход энергии на его прокачку.

Для того чтобы обеспечить приемлемые скорости воды в трубах, приходится делать многоходовые по воде теплообменники, для чего в торцевых крышках корпуса теплообменника устанавливают специальные перегородки, в результате чего вода в теплообменнике многократно проходит из конца в конец теплообменники по разным группам труб.

Рекомендованные скорости теплоносителей в трубе – w_В=50 м/с;

- _В=3200 кг/м³.

Массовый расход жидкости –

d_В=36 мм = 0,036 м– диаметр труб (определили в п. 1.3)

Число труб рассчитывают по формуле:

где: w_в - скорость жидкости в трубах, выбранная из рекомендованных значений,

- плотность жидкости, G_в - массовый расход жидкости.

Число ходов:

Так как был выбран горизонтальный теплообменник, можно оставить число ходов четным.

1.5. Размещение труб в трубной решетке

В теплообменниках жесткого типа трубы размещаем по вершинам квадратов с минимально возможным шагом. Трубы в трубчатых решетках крепятся развальцовкой, сваркой, пайкой и иногда склейкой.

Для труб диаметром 16≤ d ≤60 мм, шаг труб t ориентировочно можно определить как:

t = 1.4∙d_Н= 1.4∙38 мм = 53 мм.

Для того чтобы трубная решетка не деформировалась при креплении труб, шаг между трубами должен быть не менее:

─ при развальцовке t = d_Н+ 5 = 43 мм

─ при припайке t = d_Н+ 4 = 42 мм

─ при сварке t = d_Н+ 6 = 44 мм

При разметке трубной решетки трубы располагают, по возможности, заполняя всю площадь круга, предусматривая места для размещения перегородок, формирующих ходы в многоходовых теплообменниках.

1.6. Диаметр корпуса теплообменника

Внутренний диаметр корпуса теплообменника можно оценить как:

=1,28 – размещаем трубы по вершинам квадратов,

= 0,6 – так как обменник с количеством ходов равным единице,

D_В= 0,159 м

L= D·4 = 0,636 м

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

Тепловой расчёт теплообменника проводится для определения основной характеристики теплообменника – площади поверхности теплообмена.

2.1. Тепловой баланс

Тепловой баланс теплообменника: Q=Q₁+Q₂, где:

Q – количество тепла, отдаваемое греющим паром в единице времени, Вт:

Q=G_п*(i_п-i_к);

Q₁- тепло, расходуемое на нагрев воды:

Q₁=G_в*с_в*(t₂-t₁);

Q₂=Q*x – потери тепла в окружающую среду.

Q₁=Q, следовательно, потерь нет.

2.2. Коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара

α₁ = А*ε*

= 0,726*0,7*

= 804,81

- коэффициент теплопроводности,

- плотность,

- динамический коэффициент вязкости конденсата при его средней температуре, r – теплота парообразования при параметрах греющего пара,

Для горизонтальных труб (горизонтальные теплообменники) А = 0.726, ɛ= 0,7, L – длина трубы.

λ = 21,6 *10³

 =

r = 2318,9

= 649,292

= 649,292 *3600

 = 47,9*10^-6 = 47,9*10^-6

t = 10 К

L=0,038 м

2.3. Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды

q=Q/F=

м²=568,047 кВт/м²

λ_с = 100 Вт/м*К

d_в = 0,036 м

Re= w*d*/ = 5*10⁶

Pr_ж = 2,97

Pr_с = 0,94

2.4. Коэффициент теплопередачи

δ_с = 0,001 м

λ_с = 100 Вт/м*К

1/R₁ = 5000 Вт/(м²*К)

1/R₂ = 25000 Вт/(м²*К)

k =

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной расчетно-графической работе была выбрана схема теплообненника, определены его основные размеры.

Проведен тепловой расчет для определения основной характеристики теплообменника – площади поверхности теплообменника.

Площадь теплопередающей поверхности аппарата – 0,034 м², были выбраны цельнотянутые бесшовные трубы из латуни марки ЛОМш70-1-0.05.

В теплообменнике с неподвижной трубной решеткой (ТН и ТК) применили трубы с размерами: d_H= 38 мм; d_В= 36 мм; L = 4 м; _t= 1.6 мм.

Внутренний диаметр корпуса теплообменника = 88 мм.

Было определено количество труб теплообменника - 1 шт, а количество ходов для этого количества труб составило 1 ходов.

Произвели тепловой расчет, где были посчитаны тепловые коэффициенты, а именно коэффициенты теплоотдачи со стороны пара α₁ =804,81 и воды

и коэффициент теплопередачи k =

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов.Учебное пособие по проектированию. – Пенза: Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2003. - с.:ил., 12 библиогр.
Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2007.
Яворский А.И. Конструирование и расчет элементов технологического оборудования. Расчёт кожухотрубного теплообменника. Новосибирский государственный технический университет, 2006.