Загрузка...классификация теплообменных аппаратов
Оглавление
Введение. Классификация теплообменных аппаратов
1. Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками
2. Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с линзовым компенсатором на кожухе
3. Теплообменные аппараты с плавающей головкой
4. Теплообменные аппараты с U-образными трубами
5. Конструктивный тепловой расчёт
6. Проверочный тепловой расчет
7. Графическая часть курсовой работы
Вывод
Список литературы
Введение. классификация теплообменных аппаратов
В реальных условиях передача теплоты чаще всего происходит при изменяющихся температурах теплообменивающихся сред. типичным и наиболее распространенным техническим устройством, в котором теплопередача осуществляется при переменных температурах, является теплообменный аппарат.
Теплообменный аппарат — это устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.
Теплообменные аппараты широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности. широкое использование теплообменного оборудования в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь их рассчитывать, обобщать опыт их эксплуатации, анализировать рабочий процесс и намечать пути повышения эффективности их работы. Эффективная работа теплообменных аппаратов приводит к экономии энергии, сокращению расхода топлива и улучшает технико-экономические показатели производственных процессов.
По принципу действия теплообменные аппараты делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
В рекуперативных теплообменных аппаратах горячий и холодный теплоносители одновременно омывают с разных сторон поверхность теплообмена, а тепловой поток передается от горячего к холодному теплоносителю через разделяющую их стенку.
В регенеративных теплообменных аппаратах горячий и холодный теплоносители омывают одну и ту же поверхность теплообмена последовательно. При омывании поверхности теплообмена горячий теплоноситель отдает ей теплоту, а затем ту же поверхность омывает холодная теплоноситель, которая, получая теплоту, нагревается.
теплообменный аппарат трубная решетка
В рекуперативных и регенеративных теплообменных аппаратах в процессе теплоотдачи между теплоносителями участвует поверхность теплообмена, поэтому эти аппараты называют поверхностными.
В смесительных теплообменных аппаратах теплопередача между теплоносителями осуществляется путем их непосредственного смешения. Эти теплообменные аппараты называют контактными.
По назначению теплообменные аппараты делятся на конвективные (нагреватели и холодильники), испарители, конденсаторы и кристаллизаторы.
В конвективных теплообменных аппаратах не происходит агрегатного превращения теплоносителей.
В испарителях происходит испарение холодного теплоносителя или компонентов холодного теплоносителя.
В конденсаторах конденсируется горячий теплоноситель или компоненты горячего теплоносителя.
Кристаллизаторы используют для охлаждения потока горячего теплоносителя до температуры, обеспечивающей образование кристаллов некоторых компонент горячего теплоносителя.
Наиболее широкое распространение в настоящее время получили кожухотрубные теплообменные аппараты.
Различают следующие типы кожухотрубных теплообменных аппаратов:
1. Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками
— распределительная камера; 2 — кожух; 5 — теплообменная труба; 4 — поперечная перегородка; 5 — трубная решетка; б — крышка кожуха; 7 — опора
2. Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с линзовым компенсатором на кожухе
— распределительная камера; 2 — трубные решетки; 3 — компенсатор; 4 — кожух; 5 — опора; 6 — теплообменная труба; 7 — поперечная "сплошная" перегородка; 9 — крышка.
Потоки: I — испаряющаяся среда; II — конденсат; III — парожидкостная смесь; IV — водяной пар.
3. Теплообменные аппараты с плавающей головкой
— крышка распределительной камеры; 2 — распределительная камера; 3 — неподвижная трубная решетка; 4 — кожух; 5 — теплообменная труба; 6 — поперечная перегородка; 7 — подвижная трубная решетка; 8 — крышка кожуха; 9 — крышка плавающей головки; 10 — опора; 11 — катковая опора трубчатого пучка
4. Теплообменные аппараты с U-образными трубами
— распределительная камера; 2 — трубная решетка; 3 — кожух; 4 — теплообменная труба; 5 — поперечная перегородка; 6 — крышка кожуха; 7 — опора; 8 — катковая опора трубчатого пучка
В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типов.
В зависимости от числа перегородок в распределительной камере и задней крышке кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве.
В зависимости от числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одно — и многоходовые в межтрубном пространстве.
В настоящей работе выполняется курсовое проектирование, целью которого является выбор стандартного теплообменного аппарата, обеспечивающего при заданных массовых расходах (G1 и G2) температурные режимы теплоносителей ().
5. Конструктивный тепловой расчёт
Исходные данные:
ТеплоносительМассовый расход G, кг/сТемпература на входе в ТА t,°CТемпература на выходе из ТА t,°CГорячий: керосин Т-12515040холодный: вода-1030
Определение теплофизических свойств горячего и холодного теплоносителей (сpm, λ, ν, ρ, Pr).
Определим среднюю арифметическую температуру теплоносителей.
°C, °C
Теплоноси-тельСредняя температура tср,°CУдельная массовая теплоёмкость cpm, Дж/ (кг∙К) Коэффициент теплопровод-ности λ, Вт/ (м∙К) Кинематический коэффициент вязкости ν, 106 м2/сПлотность ρ, кг/м3Число PrКеросин Т-19523550,1050,755770,013,00Вода2041830,5991,006988,27,02
Определим мощность теплообменного аппарата.
η — коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду (от 0,95 до 0,98). Примем η=0,97.
Рассчитаем массовый расход воды.
Q2=η∙Q1
Определим среднюю разность температур между теплоносит. θm.
Для противоточной схемы движения теплоносителей средняя разность температур между теплоносителями θm рассчитывается по уравнению Грасгофа:
,
где
Определим оптимальный диапазон площадей проходных сечений (f1, f2) и минимальный индекс противоточности Pmin ТА.
площади проходных сечений:
,
где w — скорость течения теплоносителя в ТА.
Выберем скорости теплоносителей в соответствии с рекомендациями:
Выбираем противоток P=1.
Определим водяной эквивалент kF и площадь поверхности F теплообмена ТА.
Вт/К
Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю определяется по соотношению:
где , — коэффициенты теплоотдачи в трубном и межтрубном пространстве;
и — термические сопротивления загрязнений на внутренней и наружной поверхности теплообменных труб;
— толщина стенки теплообменных труб кожухотрубных ТА (от 1,5 до 3 мм). Примем м.
— коэффициент теплопроводности стенки теплообменных труб.
αтр=1500 Вт/ (м2К);
αмтр=3000 Вт/ (м2К);
м2К/Вт
м2К/Вт
м2К/Вт
Вт/ (м2К)
В итоге площадь поверхности теплообмена ТА:
Предварительный выбор ТА по каталогу.
а) выбираем теплообменник с плавающей головкой.
б) По значениям вязкости теплоносителей и термических загрязнений направляем воду в трубное, а керосин в межтрубное пространство.
в) По диапазону площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства, а также по величине расчётной площади поверхности теплообмена, предварительно выбираем следующий ТА.
характеристики ТА:
Диаметр кожуха, ммНаруж. диам. труб dн, ммЧисло ходов по трубам nxПлощадь проходного сечения f·10-2, м2Площ. пов. теплооб F, м2Наруж. Внут. одного хода по тр. fтрВ вырезе перегородки fв. п. между перегородками fм. п. Длина тр. l=6000 мм. -10002563,610,213302
Рассчитаем коэффициенты теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке α1 и от стенки к холодному теплоносителю α2.
Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве:
Re, Pr, Gr — числа подобия теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней арифметической температуре потока; Prc — число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней температуре стенки тубы; λтр — коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА.
Средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве выбранного стандартного ТА:
Число Рейнольдса:
Режим турбулентный, из таблицы определяем следующие константы: C=0,021; j=0,8; y=0,43; i=0;
Определим из таблицы при :
Подставим:
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи теплоносителя в межтрубном пространстве:
,
где значения коэффициентов С, Сz, C1, m, n выбираются из таблицы в зависимости от расположения труб в пучке и значения числа Рейнольдса:
Выберем расположение труб в пучке в виде треугольника.
Вычислим среднюю скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:
Посчитаем число Рейнольдса:
выбираем коэффициенты:
m=0,6; n=0,36; C1=0,36; C=0,718; Cz=1;
Рассчитаем :
Уточняем k:
Уточняем Fрасч.:
м2;
Погрешность
диаметр кожуха , мм1000Наружный диаметр теплообменных труб , мм25Число ходов по трубам, 6площади проходного сечения одного хода: По трубам , 3,6 ·10-2В вырезе перегородки , 10,2·10-2между перегородками , 13·10-2
Площадь поверхности теплообменника равна 302 м2. Длина трубы l = 6000 м.
Для удовлетворения поверхности теплообмена необходима система из 5 таких теплообменников.
6. Проверочный тепловой расчет
Определяем фактическую тепловую мощность выбранного аппарата:
Вычислим приведенный водяной эквивалент :
Дж/c·К
Дж/с·К
Вт/К
Итак, тепловая мощность равна:
Определим действительные температуры теплоносителей на выходе теплообменного аппарата:
Вычислим погрешности найденных температур:
7. Графическая часть курсовой работы
Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками:
1 — распределительная камера; 2 — кожух; 3 — теплообменная труба; 4 — поперечная перегородка; 5 — трубная решетка; 6 — задняя крышка кожуха; 7 — опора; 8 — дистанционная трубка; 9 — штуцеры; 10 — перегородка в распределительной камере; 11 — отбойник
Геометрические характеристики расположения труб в пучке
Наружный диаметр труб dн, ммПоперечный шаг труб S1 = t, ммПродольный шаг труб S2, мм253227,7
Схемы движения теплоносителей и положение перегородок в распределительной камере и задней крышке теплообменного аппарата:
Число ходов по трубамРаспределительная камераЗадняя крышка2
Схема расположения труб в пучке:
характер изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности при прямотоке и противотоке в зависимости от соотношения водяных эквивалентов теплоносителей:
По оси абсцисс отложена поверхность теплообмена F, по оси ординат температура теплоносителей.
Большее изменение температуры будет у теплоносителя с меньшей теплоемкостью массового расхода.
Температурная диаграмма работы теплообменного аппарата
Найдем промежуточные точки на диаграмме:
Тогда, фактическая тепловая мощность:
Вт/К
Итак, тепловая мощность равна:
Определим промежуточные температуры:
Схема системы теплообменных аппаратов
Вывод
В процессе расчёта теплообменного аппарата был определён тип ТА, его конструкция, определена мощность системы ТА, действительные конечные температуры теплоносителей, в результате чего подтверждена возможность использования системы теплообменников при заданных температурах теплоносителей. Так же была построена температурная диаграмма системы теплообменных аппаратов и найдены промежуточные значения точек.
список литературы
1.Калинин А.Ф. Расчёт и выбор кожухотрубного теплообменного аппарата. — М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002
2.Поршаков Б.П. и др. Теплотехника. часть 2. Теплопередача. — М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006
.Трошин А.К., Калинин А.Ф., купцов С.М. Термодинамические и теплофизические свойства рабочих тел теплоэнергетических установок. — М.: МПА-ПРЕСС, 2006