Выбор и расчет теплообменника
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
Введение
Теплообменник, теплообменный аппарат - устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.
Классификация теплообменников возможна по различным признакам. По способу передачи тепла различаются теплообменники смешения, в которых рабочие среды непосредственно соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменники-рекуператоры, в которых тепло передаётся через поверхность нагрева - твёрдую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.
По основному назначению различаются подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.
В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники:
жидкостно-жидкостные - при теплообмене между двумя жидкими средами;
паро-жидкостные - при теплообмене между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы);
газо-жидкостные - при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха).
газово-газовые - при теплообмене между газом и газом и др.
По тепловому режиму различаются теплообменники периодического действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом.
Многотрубный кожухотрубчатый теплообменник представляет собой пучок трубок, помещенных в цилиндрическую камеру (кожух); таким образом, внутренность камеры является межтрубным пространством. Трубки закреплены в трубные решетки, ограничивающие камеру со всех сторон. К трубным решеткам крепятся распределительные коробки с патрубками для впуска рабочей жидкости, протекающей внутри трубок. Камера снабжена также патрубками для подвода и отвода второго рабочего тела. Трубки латунные, медные или стальные применяются диаметром от 10 мм и выше; трубки имеют большие диаметры при вязких или загрязненных жидкостях. Для помещения в кожухе большей поверхности теплообмена и получения большего коэффициента теплоотдачи выгоднее применять трубки меньшего диаметра. Трубные решетки могут быть наглухо приварены или приклёпаны к корпусу, одна из решеток может быть не соединена с камерой. В этом случае уплотнение достигается резиновым кольцом, зажимающим щель между корпусом и решеткой, линзовыми компенсаторами и U-образными трубками. Кожух теплообменника обычно стальной, цилиндрический. Иногда для обеспечения свободы температурного расширения кожуха и трубок на кожухе устраивают компенсатор.
Кожухотрубчатые теплообменники достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе. Один из теплоносителей протекает по трубам, другой по межтрубному пространству. Теплота от одного теплоносителя другому передается через поверхность стенок труб. Обычно теплоносители подают в противоток. Такое движение теплоносителей способствует более эффективному переносу теплоты.
В одноходовом теплообменнике оба теплоносителя, не изменяя направления, движутся по всему сечению (один по трубному, другой по межтрубному), в других случаях 2,4,6-ти ходовые теплообменники. Когда скорость движения теплоносителя невелика и, следовательно, низки коэффициенты теплоотдачи, целесообразно использовать многоходовые теплообменники по трубному пространству. В многоходовом по трубному пространству теплообменнике с помощью поперечных перегородок 2, установленных в крышках теплообменников, трубный пучок разделен на секции, или ходы, по которым последовательно движется теплоноситель. При этом число труб в каждой секции обычно примерно одинаковое.
1. Теловой расчет
Температурная схема процесса теплообмена: 55-28С - ацетон; 15-40С - вода; ?tб=15С; ?tм=13С
Литературные и табличные данные:
Плотность ацетона р=790 кг\м3.
Плотность воды р=1000 кг\м3.
Вязкость ацетона =0,25*10-3Па*с.
Число Pr=0.79.
Теплопроводность ацетона ?=16,3 Вт/(мК).
Теплопроводность воды ?=0,56 Вт/(мК).
Теплоемкость ацетона Cp=2160 Дж/(кг*К).
Теплоемкость воды Ср=4178 Дж/(кг*К).
Тепловой баланс:
Q= G1*(C1*t1н-C1*t1k)= G2*(C2*t2k-C2*t2н).
Из данного выражения можно найти расход обеспечивающей жидкости:2=8.2*10-3м3/с.
Теплота процесса:=874.8 кВт.
Большее и меньшее изменение температур:
?tб=15C; ?tм=13C.
Среднее логарифмическое изменение температур:
?tcp=(?tб-?tм)/Ln(?tб/?tм).
Тогда:
?tcp=14.29C.
Для теплоносителя, имеющего меньшее изменение температуры в теплообменнике, средняя температура находится как среднеарифметическая температур входа и выхода:cp=27.5C.
Для другого теплоносителя:cp=41.79C.
Находится предварительная величина площади поверхности теплопередачи:
пр=Q/(?tcp*Kпр).
Тогда:пр= 306.1м2.
Число труб, приходящихся на один ход:
n/z=(4*G)/(?*dвн*Re*).
Тогда:/z=0.05.
По вычисленным данным выбираем приближенно стандартный теплообменник:=400мм; D=1000мм; d=20мм; z=1.
Вычисляем поправку на сложные схемы тока теплоносителей:
?t=P*v2/(1-P)*Ln(2-P(2-v2))/(2-P(2+v2)).
При Р=0,325; R=1:?t= 0.96.
?t=0.96*14.29=13.7184C.
Снова высчитываем значение площади, и выбираем станда