83015

Кожухотрубний теплообмінник

Курсовая

Энергетика

Схема теплообмінного апарата та її опис Кожухотрубні теплообмінники через простоту конструкції та надійність є на сьогоднішній день найпоширенішими апаратами серед рекуперативних теплообмінників що використовуються у промисловості.

Украинкский

2015-03-06

1.39 MB

50 чел.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

36

ОТ13.7.000008.54 ПЗ

Міністерство освіти та науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Кафедра теплотехніки та енергозбереження

Курсовий проект

з дисципліни «Теплотехнічні процеси та установки»

на тему «Кожухотрубний теплообмінник»

Керівник: Шкляр В.І.                   Виконала:

Допущено до захисту          студентка ІІІ курсу

«___»____________2013 р.         групи ОТ-01, ІЕЕ

Захищено з оцінкою          Губська О.В

Залікова книжка

______________________          № ОТ-01-04

______________________    

______________________

     

Київ 2013

Зміст

1.Мета та завдання до курсового проекту…………………………………….

2.Технологічна схема теплообмінного апарата та її опис……………………

3.Тепловий розрахунок кожухотрубного рекуперативного теплообмінника

4.Конструктивний розрахунок теплообмінника……………………………...

5.Гідравлічний розрахунок теплообмінника ………………………………….

6.Висновки……………………………………………………………………….

7.Використана література……………………………………………………….

8.Додаток (креслення теплообмінника)………………………………………..


  1. Мета та завдання до курсового проекту

Мета:

1)навчити студентів робити теплові, конструктивні та гідравлічні розрахунки кожухотрубного теплообмінника – конденсатора;

2) за результатами розрахунку правильно вибирати стандартизоване основне та допоміжне обладнання.

Завдання:

Розрахувати площу поверхні теплообміну та вибрати стандартний кожухотрубний теплообмінник-конденсатор для нагрівання рідини витратою mp=42000 кг/год від температури 0C до температури 0C. Нагрівання рідини відбувається за рахунок конденсації насиченої водяної пари, яка має тиск p=0,48 МПа. Пара подається у міжтрубний простір теплообмінника, а рідина у трубний простір. Приймається, що гарячий та холодний теплоносії рухаються протитоком.


2.Технологічна Схема теплообмінного апарата

та її опис

Кожухотрубні теплообмінники через простоту конструкції та надійність є на сьогоднішній день найпоширенішими апаратами серед рекуперативних теплообмінників, що використовуються у промисловості. У промисловості теплообмінні апарати застосовують для нагрівання „гарячим” теплоносієм „холодного” та охолодження або нагрівання різних речовин до заданих параметрів. Гарячим теплоносієм прийнято називати робоче тіло, яке віддає теплоту, а холодним теплоносієм – речовину, що сприймає цю теплоту. В якості гарячого теплоносія (у відповідності до умови завдання) було обрано насичену пару низького тиску, а в якості холодного – водний розчин солі, кислоти або технічну воду.

Рисунок 1.1 Кожухотрубні одно - (а) та багатоходовий - (б) теплообмінники: І - гарячий

теплоносій; II - холодний теплоносій; 1- корпус (обичайка); 2 - трубні решітки; 3 - труби;

4 - кришки; 5 - перегородки у кришках; 6 - перегородки у між трубному просторі.

Вертикальний кожухотрубний теплообмінник, який зображено на рис 1.1, складається з корпусу (1), приварених до нього трубних решіток (2), пучка труб (3), кінці яких закріплені в трубних решітках розвальцюванням або зварюванням. До трубних решіток прикріплюються кришки (4). Один з теплоносіїв рухається в середині труб, а другий - у між трубному просторі. Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники працюють з низьким коефіцієнтом теплопередачі. Тому для збільшення швидкості руху теплоносіїв і інтенсивності теплообміну пучок труб за допомогою поперечних перегородок (5), встановлених на кришках, розділяється на декілька секцій (ходів), по яких теплоносій проходить послідовно у трубному просторі. Швидкість руху теплоносія у міжтрубному просторі підвищують встановленням сегментних перегородок.

У теплообміннику теплоносії рухаються, звичайно, у протилежних напрямках один відносно другого. Робоче тіло, що нагрівається, направляється знизу вгору, а робоче тіло, яке віддає теплоту - у протилежному напрямку. Такий напрямок руху кожної речовини збігається з напрямком, в якому намагається рухатись рідина під впливом зміни її густини при нагріванні чи охолодженні.

3.Тепловий розрахунок кожухотрубного теплообмінника

Тепловий розрахунок теплообмінного апарата, в залежності від вихідних даних, проводять за одною з двох відомих методик: проектною або перевірочною.

Перевірочний тепловий розрахунок виконується у випадку, якщо відома поверхня нагріву теплообмінного апарата і необхідно визначити температури теплоносіїв та кількість переданої теплоти. Крім того, він проводиться для того, щоб відповісти на питання про придатність даної конструкції теплообмінника для використання в конкретних умовах експлуатації.

Проектний (конструктивний) тепловий розрахунок виконується при створенні нових апаратів, метою його є визначення поверхні теплообміну, яка б забезпечувала певне теплове навантаження.

3.1. Розрахунок теплового навантаження.

Теплове навантаження – це кількість теплоти, що передається від гарячого теплоносія до холодного. Кількість теплоти, яка була віддана холодному теплоносію, що не змінює агрегатного стану в трубках теплообмінного апарата, розраховується за формулою:

де - температури холодного теплоносія відповідно на вході та на виході з теплообмінника, ˚С;

– масова витрата рідини, що нагрівається від температури  до , кг/с;

– питома ізобарна теплоємність речовини,  Вибирається за таблицями теплофізичних властивостей, за середньою температурою теплоносія.

- коефіцієнт корисної дії теплообмінника, який враховує втрати теплоти у навколишнє середовище, а також втрати за рахунок забруднення поверхні теплообміну. В розрахунках приймається рівним

ср= 1,464 

Визначаємо за допомогою інтерполяції, але а даному випадку і надалі будемо користуватися спеціальною програмою.

.

З урахуванням втрат в навколишнє середовище (), нарешті, будемо мати:

Із рівняння теплового балансу можна визначити масову витрату пари, що конденсується на зовнішній поверхні труб теплообмінника:

За таблицями визначаємо при :

Витрата пари:


3.2.Встановленнятемпературного режиму теплообмінника

Рис. 3.2.1.Схема протиточного руху теплоносія.

Розрахувати температурний режим теплообмінника означає знайти середні температури гарячого та холодного теплоносіїв  та середню різницю температур між ними . Для цього необхідно обчислити більший  та менший  перепади температур між теплоносіями на кінцях поверхні теплообміну.

˚С

˚С

˚С.

3.3. Орієнтовне значення коефіцієнту теплопередачі та розмірів стандартного теплообмінника

Рівняння теплопередачі дає змогу, знаючи теплове навантаження, середню різницю, температур та коефіцієнт теплопередачі, знайти поверхню теплообміну. Приймаємо ·

Звідки:

За нормативними каталогами, знаючи розрахункову площу, вибираємо вертикальний кожухотрубний теплообмінник з нерухомими трубними дошками типу ТН з такими габаритними розмірами:

Поверхня теплообміну F = 7 м2,

Висота трубок Н = 1000 мм,

Діаметр корпусу апарата D = 400 мм,

Загальна кількість трубок в теплообмінному апараті n = 100.

Кількість ходів z = 4.

3. 4. Рівняння для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі

3.4.1. Процес тепловіддачі при конденсації насиченої водяної пари на

зовнішній поверхні труб

Коефіцієнт тепловіддачі α у випадку плівкової конденсації насиченої пари на зовнішній поверхні труб знаходиться з рівняння, в яке входить модифіковане безрозмірне число Рейнольдса:Re

З таблиці 3.1 вибираємо комплекси фізичних величин А та В при tH=150,3˚С.

Таблиця 3.1. Комплекси фізичних величин А та В при конденсації пари

tн,0C

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

А,(м0С)-1

5,16

11,4

20,9

34,5

51,5

70,3

94

122

150

182

В103,м/Вт

1,62

2,54

3,62

4,88

6,28

7,65

9,29

11,09

12,9

15,05

˚С

˚С

Параметри Z для вертикального розташування:

Оскільки Z>2300, тоді

3.4.2. Коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до розчину, що нагрівається

У середині труб відбувається процес тепловіддачі при вимушеному русі рідини. Для визначення Nu та α2 треба встановити режим течії рідини. У нашому випадку усередині труб рухається розчин cірчаної кислоти 70%   , тому теплофізичні властивості рідини будемо вибирати додатків. Визначальна температура - , визначальний розмір:

.

При вимушеному русі у трубах рекомендуються наступні критеріальні рівняння в залежності від числа Рейнольда:

Де:   - швидкість руху розчину у трубах;

- коефіцієнт кінематичної в’язкості сірчаної кислоти 70%  ,

Швидкість руху рідини у трубці теплообмінного апарата:

Далі розрахуємо поперечний переріз 1 ходу пучка труб

Встановимо значення числа Рейнольда за визначальною температурою по таблицях для сірчаної кислоти 70%   виберемо коефіцієнт кінематичної в’язкості.

Оскільки перехідний режим течії, то число Нюсельта визначаємо за наступним критеріальним рівнянням:

Властивості рідини знаходимо за додатком:

3.4.3. Проведення уточнювального розрахунку коефіцієнта

теплопередачі та поверхні теплообміну

Коефіцієнт теплопередачі через плоску стінку :

Густина теплового потоку:

В першому наближенні температура стінки з боку гарячого теплоносія (насиченої пари) приймається рівною:

А температура стінки збоку холодного теплоносія, враховуючи те, що стінка тонка і коефіцієнт теплопровідності сталі достатньо великий, буде відрізнятись від на 1ºС:

Оскільки похибка досить велика, тому необхідно виконати перерахунок. Температури стінок приймаємо рівними розрахованим у попередньому пункті.

Після другої ітерації отримаємо наступні результати:

Розраховуємо похибку:

Оскільки похибка складає менше 3%, то результати другої ітерації можна вважати кінцевими.

3.4.4.Визначення дійсної поверхні теплообміну та остаточний вибір теплообмінного апарата

Оскільки похибка складає менше 20% то теплообмінник не змінюємо.


4. Конструктивний розрахунок

Метою конструктивного розрахунку теплообмінного апарату є визначення габаритних та інших геометричних розмірів та його складових частин і вибір конструкційних матеріалів, з яких буде зроблено теплообмінник. Без конструктивного розрахунку апарата неможливо визначити його гідравлічний опір, підібрати за каталогами насоси або вентилятори для транспортування теплоносіїв та вибрати обладнання для електропостачання.

Конструкція апарата розробляється, виходячи із основних технічних вимог, що пред’являються до апарата, та умов, при яких апарат буде експлуатуватись. До числа основних вимог відносяться: призначення апарата і робоче середовище, технічні вимоги (теплове навантаження, поверхня теплообміну тощо), параметри технологічного процесу (тиск та температура), а також надійність, економічність та безпечна робота.

4.1. Вибір конструкційного матеріалу

Вибір конструкційного матеріалу для кожної складової частини теплообмінного апарата (кришки, трубна решітка, трубний пучок і т. п.) проводиться із умов необхідної хімічної стійкості; умов міцності при заданій температурі та тиску; з урахуванням вартості матеріалу, його недефіцитності та технології виготовлення.

В процесі розрахунку апарата до отриманих розмірів, як правило, добавляються поправки на корозію, ерозійне зношення, а також за конструктивними та іншими припущеннями.

Отже, величина сумарної поправки в загальному вигляді визначається за формулою:

,  

де - поправка на корозію, що зумовлена хімічним впливом робочого середовища на матеріал, за увесь розрахунковий термін експлуатації, мм;

- поправка на ерозію, що визначається механічним впливом робочого середовища на матеріал, за розрахунковий термін експлуатації, мм;

- поправка на округлення розміру, мм.

    Величина поправки на корозію залежить від швидкості корозії та розрахункового терміну експлуатації теплообмінного апарата:

,

де - швидкість корозії матеріалу, мм/рік. Вибирається з табл.4.1 , відповідно до марки матеріалу, робочих параметрів: тиску та температури;

- термін безперервної експлуатації апарата (10-15 років).

Марка матеріалу: OX21H5T

Корозійні властивості: Wкор=0,5 мм/рік

Механічні властивості: Д = 200 мПа

Термін безперервної експлуатації апарата: =15 років.

С= Ск = Wкор= 0,515=7,5 мм.

4.2. Розрахунок геометричних розмірів трубного пучка

Приймаємо компоновку труб по вершинах правильних шестикутників. Цей спосіб гарантує компактність, можливість надійного кріплення трубок, простоту виготовлення та зручність монтажу пучка. По цьому способу залежність між загальним числом труб , на діагоналі та стороні найбільшого шестикутника a буде знаходитись з співвідношення:

З попереднього виразу знайдемо а, враховуючи те, що кількість труб у пучку відома з теплового розрахунку (n = 100 шт).

.

Приймемо   а = 7 труб.

Тоді кількість труб на діагоналі найбільшого шестикутника становить:

в=2а–1=13 шт

Визначимо відстань між центрами труб у трубному пучку .

t=(1,3…1,5)dзн

t=(1,3…1,5)·23=29,9…34,5 мм.

Приймаємо t=6 мм згідно з рекомендованими значеннями міжцентрової відстані при різних зовнішніх діаметрах труб, приведених у табл.4:

Покажемо розміщення труб у трубному пучку кожухотрубного теплообмінника при одноходовому та чотирьох ходовому виконанні (рисунок 4.2.1.).

Рис. 4.2.1. Розташування труб в трубній решітці кожухотрубного теплообмінника

а – одноходове виконання, б – чотириходове виконання.

4.3. Розрахунок та вибір основних деталей теплообмінника

4.3.1.  Розрахунок геометричних розмірів міжтрубного простору теплообмінника

Для того, щоб визначити число ходів у міжтрубному просторі необхідно знати внутрішній діаметр корпусу апарата:

.

Отриманий результат округлюємо до стандартних розмірів: 400, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000 мм [4,8].

Остаточно приймаємо      

З метою забезпечення швидкості гарячого теплоносія, яку вибрали при визначенні коефіцієнту тепловіддачі , міжтрубний простір розділяється поперечними сегментними перегородками. Для водяної пари швидкість приймаємо . Тоді число ходів у міжтрубному просторі визначиться з рівняння:

,

де - об’ємна витрата пари у живому перерізі міжтрубного простору;

- об’ємна витрата пари, що визначена з теплового балансу апарата.

де  - живий переріз міжтрубного простору.

Тоді: .

Об’ємна витрата пари знайдеться за рівнянням

де - питомий об’єм сухої насиченої пари, що визначається за таблицями води і водяної пари згідно .


Звідки:  

.

Число ходів у міжтрубному просторі за довідниками рекомендується прийняти: 1,2,3,4,6,12

Рис. 4.3.1. Схема чотириходового вертикального кожухотрубного теплообмінника

Визначимо інші геометричні розміри. Для цього зобразимо схему чотириходового теплообмінника на рисунку 2.6. Елементами теплообмінника є: нижня кришка (1); кожух апарата (2); трубний пучок (3); верхня кришка (4); фланець (5); трубна дошка (6), сегментна перегородка (7); вертикальна опора або лапа (8); патрубок для відводу теплоносія (9).

Значення геометричних розмірів частин теплообмінника є очевидним з рисунку 2.6;

   - загальна висота апарату; - висота трубного пучка (трубчатки), - товщина трубної дошки (решітки), - відстань між сегментними перегородками трубного простору,   - відстань до сегментної перегородки від трубної дошки.
Як відомо з теплового розрахунку . Надійність кріплення труб вальцівкою до трубної дошки забезпечується наступною її товщиною :
Для дошки із сталі:
,
Для мідних дошок:
.
Тоді:
Приймаємо .
Знайти відстань між перегородками :
Обчислимо відстань між трубною дошкою та перегородкою :
Перевіримо лінійні розміри:
Як бачимо отриманий результат менший за висоту труб . Це пов’язано з тим, що сегментні перегородки мають товщину.
4.3.2. Розрахунок обичайки
Відношення лінійного розміру теплообмінника до внутрішнього діаметру не повинно перевищувати для вертикальних агрегатів Н/Dвн≤30
H/Dвн=1000/400=2, 5<30
При відсутності отворів в стінці або при повністю укріплених отворах  φ=φш=0,75.
Номінальну розрахункову товщину стінки циліндричних металевих обичайок визначають,виходячи з умов міцності;
а)при базовому внутрішньому діаметрі Dвн:
Остаточна  товщина стінки обичайки з урахуванням прибавок розраховується за формулою:
δ=1+7,5=8,5 мм
З ряду стандартних значень обираємо найближче :
δ=12 мм
Маса обичайки апарата становитиме:
густина сталі; L=H=1 м;
4.3.3. Вибір днищ
По D0=400 мм і S=10мм вибираємо:
mдн=23,6 кг (маса днища )
hв=252 мм (висота кришки)
S=10 мм (товщина стінки днища)
h=50 мм (висота борта).

4.3.4. Розрахунок і вибір трубної решітки

Рис. 4.3.4. Трубна решітка та спосіб її зєднання з основними деталями теплообмінного апарату.

Розрахуємо номінальну товщину решітки:
де  - емпіричний коефіцієнт, для наведеної трубної решітки
- тиск у міжтрубному просторі, МПа;
- допустиме напруження на згин для матеріалу решітки, в даному випадку оберемо сталь марки 0Х21Н5Т і умови корозійних властивостей
- коефіцієнт послаблення решітки отворами:
4.3.5. Обчислення діаметрів патрубків
Діаметри вхідних та вихідних патрубків обчислюются за рівнянням суцільності та нерозривності потоку, яке можна записати наступним чином:
 
Тоді:                
Діаметр вхідного патрубку для насиченої пари у міжтрубному просторі
Діаметр вихідного патрубку для конденсату:
 
Питомий об’єм води вибираємо за тиском насиченої пари ,
Діаметр входу або виходу розчину cірчаної кислоти 70%  .
 
4.3.6. Вибір фланцевих з’єднань

Фланці до апаратів і кришок вибираємо по умовному тиску Ру=1 МПа і внутрішнім діаметром Dвн=0,4 м

Робочий тиск середовища Рроб=0,48 МПа,то фланець необхідно вибирати за умовним тиском Ру=1 МПа.

Тип 2

Dу=400 мм;

Dф=565 мм;

h=26 мм;

m =21,6 кг;

Болт М-24

Z=14 шт. (кількість болтів).

Фланець на розчин:

Вибираємо по Ру=0,25 МПа і dвн=100 мм (внутрішній діаметр патрубка)

Тип 2:

Dф=205 мм,                             

Dу=100 мм,

Dб=170 мм,

D1=148 мм, 

Болт М 16 , Z=4 шт.

m=2,98 кг

h=15 мм

Фланець на пару:

Вибираємо по Ру=1МПа і dвн =116 мм

Тип 2

DУ =125 мм

Dф=245 мм,                             

DБ=210 мм,

D1=133 мм,

Болт М 16, Z=8шт

h=21 мм,

m=5,4 кг.

Фланець на конденсат

dвн=30 мм;

Тип 1

DУ =32 мм

Dф=135 мм,                             

DБ=100 мм,

D1=78 мм,

dн=38 мм.

Болт М-16, Z=4 шт.

h=14 мм,

m=1,4 кг.

4.3.7. Розрахунок і вибір опор

Встановлення теплообмінних апаратів на фундаменти або спеціальні несучі конструкції здійснюється в багатьох випадках за допомогою опор.

Вибір типу опор залежить від положення апарата в просторі і умов встановлення його на місці експлуатації, від маси і габаритів (від співвідношення висоти до діаметру) апарата.

У відповідних  таблицях  для вертикальних та горизонтальних апаратів приведено основні дані нормалізованих опор, які вибираються за допустимим навантаженням на опору та зовнішнім діаметром апарата.

Допустиме  навантаження визначається за формулою:

,

де , - відповідно маса апарата та середовища, кг;

- загальна кількість опор. З конструктивних міркувань приймаємо: .

Маса середовища розраховується за формулою:

Формула розрахунку маси апарата має наступний вигляд:

,

де   - маса обичайки

- маса трубної решітки;

- маса днища;

- маса фланцю апарата;

- маса фланцю розчину;

- маса фланцю пару;

- маса фланцю конденсату;

- маса труби,розраховується за формулою:

;

- маса патрубків,розраховується за формулою:

Маса патрубка на пар:

Маса патрубка на конденсат:

Маса патрубка на розчин:

Отже, маса патрубків становитиме:

.

В результаті матимемо масу апарата:

Підставивши розраховані вище значення в формулу знаходження допустимого навантаження, отримаємо:

З конструктивних міркувань приймаємо (так як врахована не вся маса).

За значенням   вибираємо опори:

Тип2 , виконання А

Болт М16


5. Гідравлічний розрахунок

Основною метою гідравлічного розрахунку теплообмінного апарата є визначення величини втрат тиску теплоносія при перебігу його через апарат. Гідравлічний опір у теплообмінних апаратах залежить від умов руху теплоносія та особливостей конструкції апарата.

Зміна тиску, необхідна для подолання опору тертя та місцевих опорів у теплообміннику, визначається за формулою:

,

де: - зміна тиску на подолання тертя при русі рідини вздовж труб теплообмінника;

- зміна тиску на подолання місцевих опорів.

Визначення втрат тиску у трубному просторі. Спочатку розрахуємо втрати тиску на подолання тертя при перебігу розчину усередині труб.

Теплообмінник є чотирьох ходовим у трубному просторі, довжина трубного ходу , швидкість руху , внутрішній діаметр труб , густина cірчаної кислоти 70%   . Враховуючи це, знайдемо втрати тиску на тертя по довжині трубного простору.

,

де: - коефіцієнт тертя;

- число ходів трубного простору.

Вид формули для розрахунку коефіцієнта тертя залежить від режиму течії та шорсткості внутрішньої поверхні труб. Режим течії визначається числом Рейнольдса, який було розраховано раніше і який становить . Середня висота виступів шорсткості для труб зі сталі з незначною корозією, які були в експлуатації, дорівнює . Відносна шорсткість труби становить:

.

Для подальших розрахунків необхідно знайти величину зворотну відносній шорсткості:

Визначимо зону тертя. Оскільки маємо зону змішаного тертя, для якої коефіцієнт тертя розраховується за формулою:

.

Тоді:

Обчислимо втрати тиску на подолання тертя при течії розчину у трубках теплообмінника:

Визначимо втрати  тиску на подолання місцевих опорів. Знайдемо суму коефіцієнтів місцевих опорів.

  1.  Вихід з труби у посудину великого обєму.

Величина коефіцієнту місцевого опору вибирається за таблицями

  1.  Раптове звуження. Значення коефіцієнту місцевого опору залежить від співвідношення площин живого перерізу першого ходу трубного простору та живого перерізу кришки цього ходу. Як відомо:

Площина частини кришки визначається як площина сегменту круга (рис.2.). Як відомо, площа сегменту дорівнює:

,

де: - площина сектора;

- площина трикутника, який спирається на сегмент.

Рис.5.1. Площа круга та його частин

Знайдемо хорду сектора . За конструктивним розташуванням труб у трубній решітці центральний кут , що спирається на хорду, дорівнює . Тоді:

.

Визначимо висоту трикутника

Тоді площа трикутника дорівнює:

Для того, щоб знайти площу сегмента, треба розрахувати площу сектора по залежності:

.


Остаточно отримаємо:

.

Співвідношення площі живого перерізу першого ходу трубного простору до площі сегмента кришки дорівнює:

.

Знаючи це співвідношення та число Рейнольдса за таблицями методом лінійної інтерполяції визначимо:

3) Поворот потоку у верхній та нижній кришках. При повороті втрати тиску знаходять аналогічно втратам при П-подібному повороті. Треба врахувати, що кількість поворотів дорівнює числу ходів мінус одиниця . З таблиць коефіцієнтів місцевого опору маємо:

.

4) Раптове  розширення першого ходу трубного простору. При раптовому розширенні відношення меншої до більшої площі поперечного перерізу    має    те   ж   саме   значення,   що   і   для   раптового   звуження    (). Число Рейнольдса також є сталим, тому що швидкість руху не змінюється. Тоді за таблицями коефіцієнтів місцевого опору маємо:

5) Раптове звуження другого ходу трубного простору. Для другого ходу трубного простору міняється площа живого перерізу кришки. Вона дорівнює різниці площ півкруга та сегмента кришки першого ходу

.

Відношення площин дорівнює:

За таблицями коефіцієнтів методом лінійної інтерполяції знаходимо:

6) Раптове розширення другого ходу трубного простору. По аналогії з попередніми розрахунками будемо мати

При подальших розрахунках треба враховувати, що третій хід трубного простору подібний до другого, а четвертий до першого.

7) Втрати тиску на вході у патрубок з гострими кромками на виході розчину з апарата. Згідно таблиць маємо

8) Втрати тиску на подолання місцевих опорів у нормальних вентильних на вході та виході з апарата. При повному відкритті нормального вентиля коефіцієнт опору визначається за таблицею згідно діаметру вхідного та вихідного патрубків холодного теплоносія. Згідно конструктивного розрахунку вони однакові і становлять . Тоді:

Знайдемо суму коефіцієнтів місцевого опору трубного простору.

.

Множення на два поязане з тим, що перший хід трубного простору подібний до четвертого, а другий – до третього ходу. Множення на три у попередній формулі враховує те, що число поворотів потоку у верхній та нижній кришках дорівнює числу ходів за відрахуванням одиниці. Крім того треба мати на увазі, що нормальних вентилів два і тому коефіцієнт місцевого опору множиться на два.

Тоді  

Загальна втрата тиску при перебігу теплообмінника холодним теплоносієм або повний гідравлічний опір руху теплоносія розрахується за формулою

(15-10*-2) доб. 3-6 бар потери

Наступним етапом гідравлічного розрахунку теплообмінного апарата є вибір насосу, який застосовується для подачі агрегатного розчину. До характеристики будь-якого насосу відносяться наступні величини і подача насосу , в ; повний опір руху теплоносія , в ; потужність насосу , в .

Подача насосу або його обємна продуктивність не повинна бути менша за обємну витрату холодного теплоносія:

.

Повний опір руху теплоносія, що визначається в метрах стовпа рідини, яка перекачується, за законами гідравліки становить;

.

Потужність, яка необхідна для роботи насосу знаходиться за формулою:

,

де - номінальна потужність насосу;

- к.к.д. насосу, що залежить від його конструкції;

- к.к.д. передачі зусилля від електродвигуна до насосу.

Для відцентрових насосів середньої подачі приймаємо . У відцентрових та осьових насосів, звичайно, вал електродвигуна безпосередньо зєднується з валом насоса. В цих випадках . Визначаємо номінальну потужність, що споживається насосом:

.

При розрахунку витрат енергії на перекачування рідини необхідно враховувати те, що потужність електродвигуна більша за номінальну внаслідок втрат енергій у самому електродвигуні

,коеф. запаса

де - к.к.д. корисної дії електродвигуна.

Значення вибирається з таблиць в залежності від номінальної потужності. Для відцентрових насосів . Тоді

.

Відповідно до отриманих результатів вибираємо відцентрований насос марки х4521 та відповідний до нього електродвигун А02-51-2. Випишемо їх характеристики, та зведемо у таблицю 2.2

Таблиця 2.2

Марка насосу

Електродвигун

тип

Х45/31

19,8

48,3

0,6

А02-52-2

13

0,89

Подача, висота стовпа рідини, та номінальна потужність не виходять за границі табличних показників.


6. ВИСНОВКИ

В ході виконання даного курсового проекту я набула навички проведення теплового, конструктивного та гідравлічного розрахунку кожухотрубного теплообмінника-конденсатора.

Тепловий розрахунок було проведено за проектною (конструктивною) методикою, оскільки метою курсового проекту було створення проекту реального теплообмінника, за розрахунковою поверхнею теплообміну, який був би в змозі забезпечити задане теплове навантаження. Було вибрано стандартизований кожухотрубний теплообмінник геометричні розміри, призначеного для нагрівання сірчаної кислоти від температури 10°С до 70°С насичено водяною парою з температурою 150,3 °С. За цих умов знайдена витрата водяної пари, що дорівнює 0,5465 кг/с.

За цією методикою було розраховано теплове навантаження апарата та середньо-логарифмічну температуру між теплоносієм. А для знаходження орієнтовного значення поверхні теплообміну та його послідовного уточнення було застосовано перевірочний тепловий розрахунок, використовуючи основне рівняння теплопередачі. На підставі цих розрахунків за умови заданої продуктивності було вибрано 4-ходовий теплообмінник, діаметром 400 мм з 100 трубками діаметром 23х2та довжиною труб 1 м.

Далі був зроблений конструкційний розрахунок. Метою даного розрахунку б визначення кількості труб виходячи з відомого діаметра кожуха теплообмінника. На підставі отриманих даних, також було розраховано: трубна решітка, болтові з'єднання , фланцеві з'єднання та параметри кришок.

По закінченню конструктивного розрахунку було проведено гідравлічний розрахунок, який мав на меті встановлення витрат енергії на перекачування рідин та вибору насосів. За результатами гідравлічного розрахунку було обрано відповідний насос та двигун, для забезпечення нормального функціонування теплообмінника.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11062. Создание графического интерфейса оператора технолога 1.25 MB
  Создание графического интерфейса оператора технолога: Методические указания для выполнения лабораторной работы по дисциплине Интегрированные системы проектирования и управления / Воронеж. гос. технол. акад.; Сост. И.А. Хаустов. Воронеж 2011. 54 с. Указания разработаны в ...
11063. Создание и настройка отчета тревог 475.5 KB
  Создание и настройка отчета тревог: Методические указания для выполнения лабораторной работы по дисциплине Интегрированные системы проектирования и управления / Воронеж. гос. технол. акад.; Сост. И.А. Хаустов. Воронеж 2011. 12с. Указания разработаны в соответствии с тре
11064. Введение в управленческое документоведение 838.5 KB
  Глава 1. Управленческие документы и их общая характеристика Управление и управленческая информация. Представление информации в практике управления. Управление и управленческая информация Управление и информация два тесно связанных между собо
11065. Модели - образцы управленческих документов 573.5 KB
  модель инициативного письма Текст письма можно условно разделить на три раздела которые называются: вводный основной и заключительный. 1. Вводный раздел Название раздела в письмо не вносится. Этот раздел условно может содержать два пункта: обращение и вступлени
11066. Документирование управленческой деятельности в органах государственной власти и местного самоуправления 231.5 KB
  Документирование управленческой деятельности в органах государственной власти и местного самоуправления. Назначение составление и оформление реквизитов управленческих документов. Унификация оформления документов. Определение и состав реквизитов...
11067. Система электронного документооборота (СЭД) 48.5 KB
  Система электронного документооборота СЭД выполняет функции: Автоматизация документооборота: Делопроизводство Обращения граждан Устные поручения Контроль заданий Факс Договоры Делопроизводство прием обработка ...
11068. Интернализм и экстернализм 29 KB
  Интернализм и экстернализм Направления в историографии и философии науки 20 в. различным образом объясняющие возникновение и развитие научных идей и теорий. Представители интернализма И. А. Койре А.Р. Холл П. Росси Г. Герлак и др. полагают что наука развивается лишь ...
11069. Виды познания. Научное познание 63.5 KB
  Виды познания. Научное познание. Классификация видов познания. Наука как вид познания. Сама идея о том что существует не познание вообще а разные виды способы познания в гносеологии не нова. Но традиционно считалось что среди способов познания есть один п
11070. Философия эпохи Просвещения 38 KB
  Философия эпохи Просвещения. Основные тенденции развития культуры и философии. Социальная философия Просвещения. Все еще в рамках Нового времени следующий XVIII в. остался в истории как век Просвещения. Просвещение как деятельность – это распространение