Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Размещено на /


Курсовой проект

На тему: «Кожухотрубчатый теплообменный аппарат»


Содержание


Введение

Технологический расчет

Определение начальной температуры нефти

Выбор теплообменника

Теплотехнический расчет

Гидравлический расчет

Описание схемы работы аппарата

Схема контроля и регулирования

Выводы

Заключение

Список литературы


Введение


Процесс дистилляции нефти, как и любой тепловой процесс, реализуется путем подвода теплового потока в ректификационную колону и отвода из нее соответствующего количества низкопотенциального тепла.

Функцию регенерации тепла горячих потоков дистиллятов, а так же их конденсации, охлаждение, дополнительного нагрева и испарения выполняют на установках АВТ – разветвленная система теплообменных аппаратов различного устройства.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты являются наиболее распространенным типом теплообменников широкого спектра технологического применения в нефтеперерабатывающей промышленности.

Поэтому для обеспечения нормального протекания предусмотренного технологического режима на установке АВТ необходим правильный подбор теплообменного аппарата.

Целью данного курсового проекта является расчет теплообменного аппарата для установки АВТ по заданным начальным данным.


Технологический расчет


1.Начальные данные:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Выход фракций 230-3500 С на арланскую сырую нефть 22%

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

2. Расчет физико-химических свойств нефти и фракций:

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Расчет плотности:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

2.2 Расчет теплоемкость:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Расчет коэффициента теплопроводности:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Расчет вязкости:

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Таким образом, мы рассчитал все необходимые для дальнейшего расчета физико-химические свойства нефти и фракции при средней температуре (tср н величина расчетная).


Определение начальной температуры нефти


Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат (с учетом 5% потерь)

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат,

тогда средняя разность температур в теплообменнике будет равна:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Определим ориентировочно значение площади поверхности теплообмена, полагая Кор = 250 Вт/м2К по [1, таб. 4.8], т. е. приняв его таким же, как и при теплообмене от жидкости к жидкости (углеводороды, масла):

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Из величины Кожухотрубчатый теплообменный аппарат = 166,9Кожухотрубчатый теплообменный аппарат следует, что проектируемый теплообменник может быть многоходовым. Поэтому для правильности расчета нужно сделать поправку Кожухотрубчатый теплообменный аппаратдля многоходовых теплообменников.

В аппаратах с противоточным движением теплоносителей Кожухотрубчатый теплообменный аппаратпри прочих равных условиях больше чем в случае прямотока. При сложном взаимном движении теплоносителей Кожухотрубчатый теплообменный аппаратпринимает промежуточные значения, которые учитывают, вводя поправку Кожухотрубчатый теплообменный аппаратк средне логарифмической разности температур для противотока.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

где Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Рассчитаем коэффициент по формуле:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

тогда уточним поверхность теплообмена:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат


Выбор теплообменника


Выбираем теплообменник кожухотрубный, без компенсационных устройств [(tk-t)мах=40] для ТН, ХН, КН, ИН; табл. ХХХV) по необходимой поверхности теплообмена и по предполагаемому количеству труб по 1 табл. 4.12 «Параметры кожухотрубных теплообменников и холодильников» по ГОСТ 15120-79, ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79)

К условию F<220 м2 удовлетворяет (1 табл. 4.12) два варианта теплообменников:

Теплообменник «кожухотрубный» D = 800; d = 25х2; z=1; n = 465

SВ.П. = 6,9х10-2 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; F = 219 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; l = 6 м; Sт.= 16,1х10-2 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; Sм.= 7,9х10-2 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

2. Теплообменник «кожухотрубный» D = 800; d = 25х2; z=2; n = 442; SВ.П. = 6,5х10-2 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; F = 208 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; l = 6 м; Sм.= 7,0х10-2 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; Sт.= 7,7х10-2 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат.

Для обеспечения интенсивного теплообмена попытаемся подобрать аппарат с турбулентным режимом течения теплоносителей. Нефть направим в трубное пространство, фракцию - в межтрубное пространство, что позволит избежать трудности в эксплуатации.

Проведем теплотехнический и гидравлический расчеты для выбранных теплообменников.


Теплотехнический расчет


Вариант 1 Теплообменник «кожухотрубный» (ГОСТ 15120-79).

Для определения значений основных критериев подобия, входящих в критериальные уравнения конвективной теплопередачи, будем использовать формулы соответствующие турбулентному режиму течения жидкости:

Проходное сечение межтрубного пространства (межу перегородками ) Sм=7,9 х10-2 , сечения одного хода трубного пространства Sт=16,1х10-2 [2 табл.4.12]

а) фракции 230-350о С текущей в межтрубном пространстве:

объемный расход фракции:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

скорость и критерий Рейнольдса для фракции:

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

критерий Прандля:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат.

Для вертикального расположения труб примем выражение (2, форм. 4.31)

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент εφ учитывает влияние угла атаки при φ=30о (1. табл.4.5)

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент теплоотдачи для фракции:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

б)нефти текущей в трубном пространстве:

объемный расход нефти:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

скорость и критерий Рейнольдса для нефти:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;Кожухотрубчатый теплообменный аппарат,

из значения Re также видно, что нефть в трубах течет турбулентно.

критерий Прандля:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Рассчитаем критерий Нуссельта для турбулентного течения нефти:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

где Кожухотрубчатый теплообменный аппарат примем равному 1 [1, таб. 4.23], и соотношение Кожухотрубчатый теплообменный аппарат=1 для нагревающихся жидкостей [1, стр.152]с дальнейшей поправкой.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Коэффициент теплоотдачи нефти к стенке:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений [1, таб. XXXI]:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент теплопередачи:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

запас Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Вариант 2. Теплообменник «кожухотрубный» (ГОСТ 15120-79)

Расчет 2-го варианта теплообменника аналогичен предыдущему:

Проходное сечение межтрубного пространства (межу перегородками ) Sм=7,0 х10-2 , сечения одного хода трубного пространства Sт=7,7х10-2 [2 табл.4.12]

а) фракции 230-350о С текущей в межтрубном пространстве:

объемный расход фракции:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

скорость и критерий Рейнольдса для фракции:

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

критерий Прандля:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат.

Для вертикального расположения труб примем выражение (2, форм. 4.31)

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент εφ учитывает влияние угла атаки при φ=30о (1. табл.4.5)

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент теплоотдачи для фракции:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

б)нефти текущей в трубном пространстве:

объемный расход нефти:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

скорость и критерий Рейнольдса для нефти:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;Кожухотрубчатый теплообменный аппарат,

из значения Re также видно, что нефть в трубах течет турбулентно.

критерий Прандля:Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Рассчитаем критерий Нуссельта для турбулентного течения нефти:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

где Кожухотрубчатый теплообменный аппарат примем равному 1 [1, таб. 4.23], и соотношение Кожухотрубчатый теплообменный аппарат=1 для нагревающихся жидкостей [1, стр.152]с дальнейшей поправкой.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Коэффициент теплоотдачи нефти к стенке:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений [1, таб. XXXI]:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент теплопередачи:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Расчетная площадь поверхности теплопередачи:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

запас Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Как видно из значений величины запаса поверхности теплообмена I-ый вариант теплообменного аппарата имеет превосходство над II-м вариантом.


Гидравлический расчет


Расчет гидравлического сопротивления. Сопоставим два выбранных варианта кожухотрбчатых теплообменников по гидравлическому сопротивлению.

Вариант 1. Скорость жидкости в трубах

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент трения рассчитываем по формуле :

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

где Кожухотрубчатый теплообменный аппарат Кожухотрубчатый теплообменный аппарат- высота выступов шероховатости на поверхности, d - диаметр трубы.

Диаметр штуцеров в распределительной камере Кожухотрубчатый теплообменный аппарат - трубного пространства, Кожухотрубчатый теплообменный аппарат - межтрубного пространства [2, с.55].

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 5 поворотов на 180 градусов, 6 входов в трубы и 6 выходов из них. В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] получим:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного пространства:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Рассчитаем гидравлическое сопротивление межтрубного пространства:

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; примем округляя в большую сторону 13. Число сегментных перегородок x = 12 [2, таб. 2.7]

Диаметр штуцеров к кожуху Кожухотрубчатый теплообменный аппарат - межтрубного пространства [2, с.55], скорость потока в штуцерах:

Кожухотрубчатый теплообменный аппаратКожухотрубчатый теплообменный аппарат

Скорость потока в наиболее узком сечении Кожухотрубчатый теплообменный аппарат [2, таб. 2.3]

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 10 поворотов сегменты и 11 сопротивлений трубного пучка при его обтекании

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Рассчитаем гидравлическое сопротивление: Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Вариант 2.

Скорость жидкости в трубах:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Коэффициент трения рассчитываем по формуле (4.2):

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат;

Диаметр штуцеров в распределительной камере Кожухотрубчатый теплообменный аппарат - трубного пространства, Кожухотрубчатый теплообменный аппарат - межтрубного пространства [2, с.55].

Рассчитаем скорость в штуцерах по формуле (4.3).

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из нее, 3 поворотов на 180 градусов, 4 входов в трубы и 4 выходов из них. В соответствии с формулой [2, форм. 2.35] рассчитаем гидравлическое сопротивление:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве, Кожухотрубчатый теплообменный аппарат; примем округляя в большую сторону 13. Число сегментных перегородок x = 12 [2, таб. 2.7]

Диаметр штуцеров к кожуху Кожухотрубчатый теплообменный аппарат - межтрубного пространства [2, с.55], скорость потока в штуцерах:

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Скорость потока в наиболее узком сечении Кожухотрубчатый теплообменный аппарат [2, таб. 2.3]

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 10 поворотов сегменты и 11 сопротивлений трубного пучка при его обтекании.

Рассчитаем гидравлическое сопротивление: Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

Таким образом, I-ой вариант имеет меньшие значения гидравлических сопротивлений, а значит более выгодный чем II-ой вариант.


6. Описание схемы работы установки и аппарата


Теплообменные аппараты типа ТН – теплообменник с неподвижными трубными решетками относится по принципу действия к рекуперативным теплообменникам.

Существенным для теплообменных аппаратов данного типа является наличие стенки из теплопроводного материала, разделяющей потоки теплоносителей. Эта стенка служит поверхностью теплообмена, через которую теплоносители обмениваются теплом.

Аппарат типа ТН не имеет компенсации тепловых удлинений. Сырая нефть течет по прямым трубкам трубного пучка завальцованым в две трубные решетки, прилепленные к жесткому кожуху (корпусу) на фланцах вместе с крышками. Нагревающая фракция 230-3500 С течет в межтрубном пространстве между пучками труб тем самым нагревая их.

На этом основан принцип работы теплообменного аппарата.

Сама установка АВТ , в которой используется данный теплообменник изображена на нижеуказанной схеме.

Принципиальная схема комбинированной установки электрообессоливания и дистилляции нефти


Кожухотрубчатый теплообменный аппарат

1-6 - ректификационные колонны соотв. отбензинивающая, атмосферная, отпарные, вакуумная, стабилизационная и вторичной перегонки бензина; 7-8 - соотв. атмосферная и вакуумная трубчатые печи; 9 - электродегидратор; 10 - кипятильники; 11 - сепараторы; 12 - конденсаторы; 13 - холодильники; 14 - теплообменники; 15 - насосы; 16 - эжектор; AT,

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: