Кожухотрубчатые теплообменники

• Введение
• 1 Определение поверхности теплообмена и основных размеров теплообменника
• 2 Проверочный расчет выбранного аппарата
• Определение коэффициента теплоотдачи от паровой смеси к стенке
• Определение коэффициента теплопередачи
• 3 Определение диаметров патрубков
• 4 Подбор фланцев
• Заключение
• Используемая литература
• Введение
• Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время являются самыми распространенными теплообменными аппаратами. Они обеспечивают высокую теплопроизводительность, большую поверхность теплопередачи, обладают простотой конструкции и высокой надежностью. Существует большое количество различных конструкций и вариантов исполнения теплообменников.
• По назначению они делятся на подогреватели, охладители, испарители и конденсаторы. Наш рассчитываемый аппарат относится к четвертому из этих видов - служит для конденсации пара двухкомпонентной смеси.
• По схеме движения теплоносителей они делятся на прямоточные, противоточные и с перекрестным током. Наш аппарат выполнен по противоточной схеме.
• По способу компенсации температурных удлинений, теплообменники классифицируют: без компенсации, с компенсацией упругим элементом (например линзовым компенсатором), с компенсацией в результате свободных удлинений (например U-образными трубами). В связи с тем, что для данного аппарата мы имеем большую разницу между температурами стенки кожуха и стенок труб, можно применить схему с одной подвижной трубной решеткой.
• По ориентации в пространстве, теплообменники могут быть вертикальными, горизонтальными и наклонными. Причем ориентация значительно влияет на расчеты и значение коэффициента теплопередачи. Наш аппарат будем выполнять в горизонтальном исполнении согласно заданию.
• По виду движения теплоносителя- с естественной и принудительной (как в нашем случае) циркуляцией.
• 1 Определение поверхности теплообмена и основных размеров теплообменника
• Атмосферное давление:
• Давление пара в аппарате:
• Строим таблицу равновесного состава [1,рис.XXIII]:
• C помощью интерполяции находим температуру насыщения:
• .
• C помощью интерполяции находим объемную долю низкокипящего компонента в жидкости:
• .
• Объемная доля высококипящего компонента в жидкости:
• .
• Мольные массы компонентов смеси:
• ;
• .
• Мольная масса смеси:
• .
• Массовые доли компонентов смеси:
• ;
• .
• По температуре кипения, находим удельные теплоты парообразования компонентов смеси.[1,табл. XLV]
• Бензол:
• ;
• Хлороформ:
• .
• Удельная теплота парообразования смеси:
• .
• Тепло, требуемое для конденсации пара:
• .
• Теплоемкость воды:
• .
• Находим требуемый расход охлаждающей воды:
• .
• Средний температурный напор для противотока:
• ;
• ;
• .
• По [1,табл.4.8] предварительно задаем коэффициент теплопередачи:
• .
• Требуемая площадь теплообмена:
• .
• По [1,табл.4.12] выбираем одноходовой теплообменник с параметрами:
• Диаметр кожуха:
• .
• Число труб:
• .
• Наружный диаметр труб:
• .
• Толщина стенки труб:
• .
• Внутренний диаметр труб:
• .
• Длина труб:
• .
• 2 Проверочный расчет выбранного аппарата
• Определение коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к охлаждающей воде
• Принимаем скорость воды в трубах:
• .
• Средняя температура воды:
• .
• По средней температуре находим физические свойства воды:
• Плотность [1,табл.XXXIX]:
• .
• Коэффициент динамической вязкости [1,табл.VI]:
• .
• Коэффициент теплопроводности [1,табл.XXXIX]:
• .
• Число Прандля жидкости:
• .
• Число Рейнольдса:
• .
• Т.к Re> 10000, значит режим течения - турбулентный.
• Число Нуссельта будем находить по уравнению:
• .
• Определяем коэффициент теплоотдачи от жидкости к трубе:
• .
• Определение коэффициента теплоотдачи от паровой смеси к стенке
• По температуре насыщения находим параметры конденсата смеси.
• Плотность хлороформа [1,табл.IV]:
• .
• Плотность бензола [1,табл.IV]:
• .
• Плотность конденсата смеси:
• .
• Коэффициент динамической вязкости хлороформа [1,табл.IX]:
• .
• Коэффициент динамической вязкости бензола [1,табл.IX]:
• .
• Коэффициент динамической вязкости раствора:
• .
• Коэффициент теплопроводности хлороформа [1,табл.ХХIX]:
• ;
• Коэффициент теплопроводности бензола [1,рис.X]:
• ;
• .
• Коэффициент теплопроводности раствора:
• .
• Расчетная температура стенки:
• .
• Разность температур пара и стенки:
• .
• Коэффициент зависящий от числа труб в вертикальном ряду [1,рис.4.7]:
• .
• Для горизонтально расположенного теплообменника среднее значение коэффициента теплоотдачи рассчитываем по формуле:
• Определение коэффициента теплопередачи
• Принимаем толщину слоя загрязнений:
• .
• Коэффициент теплопроводности слоя загрязнений [1,табл.XXXI]:
• .
• Коэффициент теплопроводности стали [1,табл.XXVIII]:
• .
• Термическое сопротивление загрязненной стенки:
• .
• Коэффициент теплопередачи:
• .
• Требуемая площадь теплообмена:
• .
• Необходимая длина трубок:
• .
• Принимаем:
• .
• 3 Определение диаметров патрубков
• Плотность конденсирующегося пара равна:
• .
• Объемный расходы пара, конденсата и охлаждающей воды:
• ;
• ;
• .
• Задаем скорости пара и конденсата:
• ;.
• Внутренний диаметр патрубка для прохода пара:
• .
• Внутренний диаметр патрубков для прохода воды:
• .
• Внутренний диаметр патрубка для слива конденсата:
• .
• По Н 999-65 выбираем штуцеры с фланцами приварными плоскими гладкими. Размеры стандартных патрубков
• ;
• .
• 4 Подбор фланцев
• Для аппарата подбираем фланец стальной плоский приварной с гладкой уплотнительной поверхностью (соединительным выступом) по ОСТ 2642679 /3, с. 213, 226/. Его конструкция приведена на рисунке 6.
• Основные геометрические размеры фланца для аппарата выбраны по рекомендациям
• .

Заключение

На основании задания на курсовой проект спроектирована теплообменная установка, служащая для конденсации пара двухкомпонентной смеси.

В процессе курсового проектирования мы:

1) Систематизировали, закрепили и расширили теоретические знания.

2) Ознакомились с конструкцией типовых деталей и узлов и получили навыки самостоятельного решения инженерно-технических задач, а также расчета и конструирования теплообменных аппаратов.

3) Ознакомились с такими важными конструкторскими приемами, как метод подбора и метод последовательных приближений.

4) Научились защищать самостоятельно принятое техническое решение.

Но главное, работа над курсовым проектом по тепло- и масоообмену подготавливает к решению более сложных задач общетехнического характера.

Используемая литература