Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Проектирование теплообменного аппарата

Проектирование теплообменного аппарата

Размещено на /

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики


Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине “Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий”


Э - 330. 0000. 000. 00. ПЗ


Нормоконтролер: Руководитель:

Шашкин В. Ю. Шашкин В. Ю.

“____” __________2009 г. “____” _________2009 г.


Выполнил:

Студент группы Э-330

___________ Нафтолин А.Ю.

“____” __________2009 г.


Челябинск

2009


Аннотация


Ложкина Э.А. Проектирование теплообменного аппарата.- Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2009, ??с. Библиография литературы – 3 наименования. 1 лист чертежа ф. А1.


Данный проект содержит тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический и прочностной расчёты горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата типа ОГ. В результате расчетов были определены тепловые и основные конструктивные характеристики теплообменного аппарата, гидравлические потери по ходу водяного тракта

СОДЕРЖАНИЕ


Введение

Тепловой конструктивный и компоновочный расчёты

Гидравлический расчёт

Прочностной расчёт

Заключение

Литература

Введение


Горизонтальный охладитель ОГ сварной четырёхкорпусной с диаметром трубок 22/26 мм предназначен для охлаждения конденсата и подогрева химически очищенной воды.

Данный тип охладителей может быть установлен для турбин типа ВК-50-1, ВК-50-4.

Горизонтальный охладитель представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из четырёх корпусов, каждый из которых является кожухотрубчатой системой. В трубной системе теплоноситель делает один ход, а в межтрубном пространстве второй теплоноситель совершает два хода, для этого между трубками установлена перегородка, которая делит полость межтрубного пространства на две равные камеры. Теплоносители в системе аппарата протекают по принципу противотока.

Теплоносители составляют систему «жидкость-жидкость»

Данный теплообменный аппарат устанавливается на двух опорах.

1. Тепловой и компоновочный расчёты


Определим конечную температуру охлаждаемой среды:

Уравнение теплового баланса:


Q1·η=Q2=Q; (1-1)


Q1=G1·c1· (tПроектирование теплообменного аппарата-tПроектирование теплообменного аппарата) – теплота отданная первым теплоносителем, (1-2)

Q2=G2·c2· (tПроектирование теплообменного аппарата-tПроектирование теплообменного аппарата) – теплота воспринятая вторым теплоносителем,(1-3)

Решая данные уравнения, совместно определяем конечную температуру охлаждаемой среды:


tПроектирование теплообменного аппарата= tПроектирование теплообменного аппарата - Проектирование теплообменного аппарата; (1-4)


Средние температуры обоих теплоносителей:


t2ср=Проектирование теплообменного аппарата=Проектирование теплообменного аппарата=55˚С, теплоёмкость при данной температуре с2=4,1825Проектирование теплообменного аппарата;


Принимаем температуру горячего теплоносителя равной 52˚С,

t1ср=Проектирование теплообменного аппарата=Проектирование теплообменного аппарата=66˚С, теплоёмкость при данной температуре с1=4,1811Проектирование теплообменного аппарата;

КПД теплообменника: η=0,98


tПроектирование теплообменного аппарата=80˚С–Проектирование теплообменного аппарата=52,4˚С- первоначальное допущение верно;

Теплопередача в теплообменнике:

Q=(90·1000/3600) ·4,177· (70-40)=3133 кВт;


Параметры сред:

Вода при температуре tПроектирование теплообменного аппарата= 52˚С:

Ρ=987,12 Проектирование теплообменного аппарата - плотность жидкости,

λ=0,65 Проектирование теплообменного аппарата - коэффициент теплопроводности,

υ=0,540·10-6 Проектирование теплообменного аппарата - коэффициент кинематической вязкости,

Pr=3,4 – критерий Прандтля;

Вода при температуре Проектирование теплообменного аппарата= 70˚С:

ρ=977,8 Проектирование теплообменного аппарата - плотность жидкости,

λ=0,668 Проектирование теплообменного аппарата - коэффициент теплопроводности,

υ=0,415·10-6 Проектирование теплообменного аппарата - коэффициент кинематической вязкости,

Pr=2,58 – критерий Прандтля;


Определение скоростей:

Для начала определим число трубок в первом ходе, для этого зададимся скоростью охлаждающей воды в трубках. По п.1.3 (Рекомендуемые скорости теплоносителей) [1] ω2=1-3 м/с. Принимаем ω2=2 м/с.:


Проектирование теплообменного аппарата (1-5)


Проектирование теплообменного аппарата шт.

Т.к. наш теплообменный аппарат 4-х секционный => общее число труб во всех секциях равно:


Проектирование теплообменного аппарата (где Z=4) (1-6)

Проектирование теплообменного аппарата


Расстояние между осями труб выбираем по наружному диаметру трубы:


Проектирование теплообменного аппарата[1] (1-7)

Проектирование теплообменного аппарата


Внутренний диаметр корпуса многоходового аппарата равен:


Проектирование теплообменного аппарата (где η-коэффициент заполнения трубной решетки) (1-8)

η=0,6-0,8. Принимаем η=0,6=>Проектирование теплообменного аппаратам


Определим скорость теплоносителя протекающего в межтрубном пространстве. Для этого воспользуемся уравнением неразрывности:


Проектирование теплообменного аппарата (где Проектирование теплообменного аппарата - площадь межтрубного пространства) (1-9)


Для начала найдемПроектирование теплообменного аппарата, эта площадь равна:


Проектирование теплообменного аппарата=Проектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппарата=

Проектирование теплообменного аппарата

Таким образом, из уравнения неразрывности => ЧтоПроектирование теплообменного аппарата


Проектирование теплообменного аппарата


4) Определение коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубах:


Reж2=Проектирование теплообменного аппарата - критерий Рейнольдса, (1-10)

Reж2=Проектирование теплообменного аппарата;


Nu2=0,021· (Reж)0,8· (Prж)0,43 Проектирование теплообменного аппарата(1-11) – число Нуссельта, (где Prс- число Прандтля при температуре внутренней стенки трубы, т.е. при tс=70-52=18˚С);

Prс=5,02;

Nu2=0,021· (81482)0,8· (3,4)0,43·Проектирование теплообменного аппарата;


α2=Проектирование теплообменного аппарата- коэффициент теплоотдачи от стенки к среде, (1-12)


Проектирование теплообменного аппарата Проектирование теплообменного аппарата;

5) Определение коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве:

При продольном омывании пучков труб в межтрубном пространстве кожухотрубчатых аппаратов за определяющий размер принимают эквивалентный диаметр, который с учетом периметра корпуса аппарата равен:


Проектирование теплообменного аппарата (1-13)


где Dвн - внутренний диаметр кожуха; m - количество труб в одном пучке;

dн - наружный диаметр труб;


Проектирование теплообменного аппарата м


Reж1=Проектирование теплообменного аппарата- критерий Рейнольдса,

Reж1=Проектирование теплообменного аппарата


Nu1=Nuтр·1,1· (Проектирование теплообменного аппарата)0,1 (1-14) – число Нуссельта при продольном омывании трубного пучка, где Nuтр–число Нуссельта при течении в трубах,


Nuтр=0,021· (Reж)0,8· (Prж)0,43 Проектирование теплообменного аппарата (1-15)– число Нуссельта, ( где Prс- число Прандтля при температуре стенки трубы, т.е. при tс=70-52=18˚С);


Prс=5,02;

Nuтр=0,021· (67663)0,8· (2,58)0,43Проектирование теплообменного аппарата196;

Nu1=196·1,1·Проектирование теплообменного аппарата=223;


α1=Проектирование теплообменного аппарата- коэффициент теплоотдачи от стенки к среде,


α1=Проектирование теплообменного аппарата=4137,9 Проектирование теплообменного аппарата.


6) Определение коэффициента теплопередачи:


К =Проектирование теплообменного аппарата, (1-16)

Rз=0,00017 Проектирование теплообменного аппарата по табл. 1.3 [1]


Материал трубок ст20 λс=57Проектирование теплообменного аппарата,

К =Проектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппарата;


7) Температурный напор:

Схема течения теплоносителей в теплообменнике - противоток.


Δtпрт=Проектирование теплообменного аппарата, (1-17)

Δtпрт=Проектирование теплообменного аппарата=29°С,


8) Тепловой напор:


q=k· Δt, (1-18)

q=1753,5Проектирование теплообменного аппарата·29°С=51Проектирование теплообменного аппарата.


9) Площадь поверхности нагрева:


F=Проектирование теплообменного аппарата, (1-19)

F=Проектирование теплообменного аппарата=61 м2,


10) Длина труб в одной секции:


l=Проектирование теплообменного аппарата, (1-20)

l=Проектирование теплообменного аппарата=5,5 м;

2. Гидравлический расчёт


Полные гидравлические потери теплообменника:


ΔР=ΣΔРтр +ΣΔРм+ΣΔРус+ΣΔРс, (2-1)


Так как вода – капельная жидкость, то ΣΔРус<<ΣΔРтр +ΣΔРм, поэтому ΣΔРус не учитываем, так же теплообменник не сообщается с атмосферой, поэтому ΣΔРс=0.

В итоге полные гидравлические потери:


ΔР=ΣΔРтр +ΣΔРм. (2-2)


1) Гидравлические потери по ходу ХОВ:

а) потери на трение:


ΣΔРтр1 =(ζПроектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппарата, (2-3)

Dэ=dвн=0.022 м,


Поправка ζПроектирование теплообменного аппарата незначительна. Так как трубки выполнены из материала Ст20, то шероховатость труб Δ=0.1мм.

Проектирование теплообменного аппарата, Re=71197 – турбулентный режим течения,

15Проектирование теплообменного аппарата<Re<560Проектирование теплообменного аппарата - область смешанного трения, значит


ζ1=0.11·Проектирование теплообменного аппарата+Проектирование теплообменного аппарата, (2-4)

ζ1=0.11·Проектирование теплообменного аппарата+Проектирование теплообменного аппарата=0.0299,

ΣΔРтр1 =0.0299·Проектирование теплообменного аппарата=15.35 кПа,

б) местные потери:


ΣΔРм=Σζм·Проектирование теплообменного аппарата, (2-5)


Значения коэффициентов местных сопротивлений имеющих место в данном теплообменнике указаны в таблице 2.3 [1].

В данном случае в трубной системе теплоноситель, попадая во входную камеру теплообменника, далее входит в трубки первой секции, потом выходит из трубок первой секции и с поворотом на 180є перемещается во вторую секции, где происходят те же процессы, потом также третья и четвёртая секции, потом идёт выходная камера и теплоноситель выходит из теплообменника. В итоге:


Σζм=2·1,5+4·1+4·1+3·2,5=18.5,

ΣΔРм=Проектирование теплообменного аппарата=36.7 кПа,


В итоге полные потери по ХОВ:

ΔР1=15.35+36.7=52.05 кПа.

2) Гидравлические потери по ходу конденсата:

а) потери на трение:


ΣΔРтр2=(ζ2Проектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппаратаПроектирование теплообменного аппарата, (2-6)

Проектирование теплообменного аппарата - эквивалентный диаметр, (2-7)

Площадь сечения межтрубного пространства, где протекает теплоноситель


F=Проектирование теплообменного аппарата, (2-8)

F=Проектирование теплообменного аппарата=0.015 м2,


Рсм=Проектирование теплообменного аппарата - смоченный периметр, (2-9)

Рсм=Проектирование теплообменного аппарата=1,99 м,

dэ=Проектирование теплообменного аппарата=0.03м


Поправка ζПроектирование теплообменного аппарата незначительна,

Так как трубки выполнены из материала Ст20, то шероховатость труб Δ=0.1мм.

Проектирование теплообменного аппарата=300,

Reж2=47711– турбулентный режим течения,

15Проектирование теплообменного аппарата<Re<560Проектирование теплообменного аппарата - область смешанного трения, значит


Ζ2=0.11· (Проектирование теплообменного аппарата+Проектирование теплообменного аппарата)Проектирование теплообменного аппарата, (2-10)

ζ2=0.11· (Проектирование теплообменного аппарата+Проектирование теплообменного аппарата)Проектирование теплообменного аппарата=0.029,


ΣΔРтр2 =0.029·Проектирование теплообменного аппарата=0,8 кПа,


б) местные потери:

ΣΔРм=Σζм·Проектирование теплообменного аппарата, (2-11)


Значения коэффициентов местных сопротивлений имеющих место в данном теплообменнике указаны в таблице 2.3 [1].

Теплоноситель поступает в межтрубное пространство в первую секцию, где совершает два хода с поворотом на 180є, далее переходит во вторую секцию, где совершает аналогичные операции, так же в третьей и четвёртой секциях, потом выходит из теплообменника.

Σζм=8·2+4·1.5+4·1=26,

ΣΔРм=Проектирование теплообменного аппарата=3,85 кПа,

В итоге полные потери по конденсату:

ΔРПроектирование теплообменного аппарата=0,8 +3,85 =4.65 кПа.

3. Прочностной расчёт


Материал кожуха, труб, трубной решётки и других элементов аппарата выполнены из Ст20. Для данного диапазона температур:

s*доп=100МПа- номинальное допускаемое напряжение


[s]=s*доп*hк; (3-1)


hк=1-поправочный коэффициент;

[s]=110МПа;

1) Цилиндрический кожух.

Определение толщины стенки в местах нагруженным давлением 11 ата, то есть от выхода из трубной решётки одного корпуса до входа в трубную решётку другого корпуса:

На данном участке водяного тракта внутренний диаметр принимаем, равным:

Dв1=Dвмин+5, мм;

Dвмин=200 мм

Dв1=200мм+5мм=205мм;

Расчётная толщина стенки:


dр1=Проектирование теплообменного аппарата;

Похожие рефераты: