Расчет кожухотрубчатого теплообменниа с плавающей головкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство образования наименование кафедры

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

«Расчет кожухотрубчатого теплообменниа с плавающей головкой»

по дисциплине

Химическая технология топлив и углеродных материалов

1.000.00.00.ПЗ

обозначение документа

Иркутск, 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Выбор конечной температуры нефти

2 Температура гудрона на выходе из теплообменника и его тепловая нагрузка

3 Средний температурный напор

4 Выбор теплообменника

5 Расчёт коэффициента теплопередачи

6 Гидравлический расчёт теплообменного аппарата

Заключение

Список литературы

Приложение 1

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменные аппараты - теплообменники предназначены для проведения процессов теплообмена, т.е. для нагревания или охлаждения, а также для испарения или конденсации потоков рабочих сред. В аппаратах осуществляется теплообмен между двумя потоками, имеющими различную температуру; в результате один поток нагревается, а другой - охлаждается.

Подвод и отвод тепла обеспечивается подачей в аппарат теплоносителей - нагревающих и охлаждающих агентов. В качестве нагревающего агента в данной работе используется гудрон из колонны К-11 установки ЭЛОУ АВТ-6., при этом осуществляется нагрев нефти до температуры .

Так как мы рассчитываем теплообменник с плавающей головкой, то следует отметить, что в данных теплообменниках трубы закреплены в двух трубных решетках, одна из которых неподвижно связана с корпусом, а другая имеет возможность свободного осевого перемещения; последнее исключает возможность температурных деформаций кожуха и труб.

Аппараты данной группы весьма широко распространены и используются в качестве вспомогательного оборудования на любых предприятиях нефтепереработки и нефтехимии, т.к. почти все остальные процессы химической технологии связаны с необходимостью подвода или отвода тепла. В этой связи удельный вес теплообменных аппаратов в общем объёме оборудования химических производств достаточно высок и составляет до 50% в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

1 ВЫБОР КОНЕЧНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕФТИ

теплообменник нефть температура гидравлический

На основании практических данных примем конечную температуру нефти

2 ТЕМПЕРАТУРА ГУДРОНА НА ВЫХОДЕ ИЗ ТЕПЛООБМЕННИКА И ЕГО ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА

Запишем уравнение теплового баланса аппарата в следующем виде:

где энтальпия нефти при начальной и конечной температурах,

энтальпия гудрона при начальной и конечной температурах,

коэффициент использования тепла, равный

При для нефти

(2)

При для гудрона

Массовый поток нефти:



при этом на первый поток приходится

Массовый поток гудрона

Подставляя найденные величины в уравнение теплового баланса, получим:

Этой энтальпии соответствует температура

Тепловой нагрузкой теплообменного аппарата является та часть теплоты, которая непосредственно передается от горячего теплоносителя через стенку и воспринимается холодным теплоносителем (без учета тепловых потерь в окружающую среду). Тепловая нагрузка теплообменника равна:

3 СРЕДНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР

Средний температурный напор в теплообменнике определяем по формуле Грасгофа имея в виду, что в аппарате осуществляется противоток теплоносителей по схеме:

303 К ^нефть 373 К,

385 К ^гудрон 503 К

,

4 ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННИКА

Ориентировочный выбор теплообменника. В трубное пространство с меньшим проходным сечением целесообразно направить теплоноситель с меньшим расходом, т.е. горячий раствор. Это позволит выровнять скорости движения теплоносителей и соответвующие коэффициенты теплоотдачи, увеличивая, таким образом, коэффициент теплопередачи. Кроме того, направляя поток холодной жидкости в межтрубное пространство, можно отказаться от теплоизоляции кожуха теплообменника. Примем на основании практических данных коэффициент теплопередачи в теплообменнике . Тогда предполагаемая поверхность теплообмена определяется по формуле:

(3)

где тепловая нагрузка теплообменника,

ориентировочное значение коэффициента теплопередачи,

средний температурный напор,

Из регламента поверхность теплообмен для теплообменника Т-3 равна .

Следовательно, выбираем кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой с характеристиками: поверхность теплообмена ; диаметр кожуха ; длина труб , диаметр трубы ; число ходов .

5 РАСЧЁТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Коэффициент теплопередачи К является показателем интенсивности процесса теплопередачи в теплообменном аппарате.

С учетом загрязнений коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

где и коэффициенты теплоотдачи от горячей жидкости к холодной,

коэффициент теплопроводности металла труб,

толщина труб,

Коэффициенты теплоотдачи определяют по формулам с использованием характеристических параметров Рейнольдса, Прандтля и др, что довольно трудоёмко. В расчетной практике пользуются специальными графиками(5). Для этого необходимо предварительно определить массовые скорости продукта в межтрубном пространстве и трубном .

где часовой расход продукта в межтрубном пространстве,

линейная скорость движения продукта,

номинальное живое сечение межтрубного пространства, (5)

абсолютная скорость,

(5)

где часовой расход продукта внутри труб,

линейная скорость движения продукта,

номинальное живое сечение труб, (5)

абсолютная плотность,

Кроме значения массовых скоростей снаружи и внутри труб для графического определения частных коэффициентов и необходимо знать вязкость жидкостей , находящихся в теплообменнике. На коэффициент теплопередачи большое влияние оказывает и степень загрязнения поверхности теплообмена.

Для определения теплового сопротивления загрязнений необходимо знать их теплопроводность и толщину слоя ,так как (5)

Рассчитаем необходимую поверхность теплообмена

где тепловая нагрузка теплообменника,

коэффициент теплопередачи,

средний температурный напор,

Выбираю по ГОСТ 14246-76 кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой с поверхностью теплообмена

6 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Скорость жидкости в трубах:

где наружный диаметр стенки теплообменных труб,

плотность,

число ходов

число труб

,

где высота выступов шероховатостей

наружный диаметр стенки теплообменных труб,

Коэффициент трения:

где скорость жидкости в трубах,

внутренний диаметр трубы,



где шероховатость

Диаметр штуцеров в распределительной камере:

Скорость в штуцерах:

где диаметр штуцера,

плотность,

В трубном пространстве следующие местные сопротивления: вход в камеру и выход из неё , 1 поворот на 180⁰, четыре входа в трубы и четыре выхода из них.

Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно:



где длина труб,

число ходов

Число рядов труб, омываемых потоком в межтрубном пространстве:

Принимаем

Диаметр штуцеров в кожухе:

Скорость потока в штуцерах:

где диаметр штуцера в кожухе,

плотность,

Скорость жидкости в самом узком сечении межтрубного пространства площадью равна:

В межтрубном пространстве следующие местные сопротивления: вход и выход жидкости через штуцера, 22 поворотов через сегментные перегородки и 23 сопротивление трубного пучка при его поперечном обтекании

Сопротивление межтрубного пространства равно:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате уточненного и гидравлического расчетов кожухотрубчатого теплообменника с плавающей головкой для подогрева нефти гудроном, выбираем теплообменник с плавающей головкой с поверхностью теплообмена (диаметр кожуха , длина труб , число труб ).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сарданашвили А.Г. Пример и задачи по технологии переработки нефти и газа / А.Г. Сарданашвили, А.И. Львова. - Издательство Интеграл, 2007. - 272 с.

2. Кузнецов А.А. Расчет процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности / А.А кузнецов, С.М. Кагерманов, Е.Н. Судаков - издательство 2-е, пер. и дол. Л., «Химия», 1974 - 343 с.

3. Cкобло А.И. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и ефтехимической промышленности / А.И. Скобло, И.А. Трегубова, Н.Н. Егоров - М., 1962. 652 с.

4. Ульянов Б.А. Процессы и аппараты химической технологии. Учебное пособие / Б.А Ульянов, В.Я. Бадеников, В.Г. Ликучёв - Ангарск: Издательство Ангарской государственной технической академии, 2006. - 743 с.

5. Танатаров М.А. Технологические расчеты установок переработки: Учебное пособие для вузов / М.А. Танатаров, М.Н. Ахметшина, Р.А. Фасхутдинов [и др.]. - М: Химия, 1987. - 352 с. (Приложения 11-13) (Приложения 16) (Приложения 15) экспериментальные данные приведены в таблице 5.3 Танатаров М.А. С.135).

6. Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей: Учебное пособие для вузов. - М: Химия, КолосС, 2004. - 456 с.

7. ГОСТ 005 - 2009. Оформление курсовых и дипломных проектов (работ) технических специальностей. СТО ИрГТУ.005-2009. - Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2009. - 33 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рисунок - Теплообменник с плавающей головкой

Размещено на Allbest.ru