Расчет теплообменного аппарата

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА им. И.М. Губкина

ФАКУЛЬТЕТ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАФЕДРА ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Курсовая работа по теплотехнике

«Тепловой и гидравлический расчет теплообменного аппарата»

Задание № 2

Научный руководитель, доцент И. И. Иванов Выполнил, студент группы ХХ-08−1 П. П. Петров Москва

• Введение 3
• Конструктивный тепловой расчет 6
• Проверочный тепловой расчет 11
• Гидравлический расчет теплообменного аппарата 12
• Графическая часть 13
• Список использованной литературы: 15

Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах теплоносители отделены друг от друга твердой стенкой (такие аппараты называются рекуперативными), либо поочередно контактируют с одной и той же стенкой (такие аппараты называются регенеративными).

Рекуперативные теплообменные аппараты можно, в свою очередь, классифицировать:

1. По взаимному направлению потоков теплоносителей:

— прямоточные (прямоток), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении;

— противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях;

— с перекрестным током — теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, однократно или многократно;

— с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока.

2. По роду теплоносителей:

— аппараты, в которых оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (газо-газовые, жидко-жидкостные, газожидкостные);

— аппараты, в которых изменяется агрегатное состояние одного теплоносителя, — конденсаторы (горячего теплоносителя), парогенераторы, испарители (холодного теплоносителя);

— аппараты, в которых изменяются агрегатные состояния обоих теплоносителей (конденсаторы — испарители).

3. По конструктивному оформлению:

— трубчатые;

— трубчато-ребристные;

— пластинчатые;

— пластинчато-ребристые;

— трубчато-пластинчатые.

Наиболее распространенной конструкцией являются трубчатые аппараты. Поверхность теплообмена таких аппаратов состоит из одной или нескольких труб. Простейший теплообменник — типа «труба в трубе» — состоит всего из одной трубы, которая внутри омывается одним теплоносителем, а снаружи — другим, который протекает в кольцевом пространстве между теплообменной трубой и кожухом. Если теплообменник состоит из нескольких труб, то они собираются в трубный пучок с помощью трубных досок. Трубы с трубными досками заключены в кожух.

В инженерной практике при выборе теплообменного аппарата необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчеты, а также гидравлический расчет теплообменных аппаратов.

Конструктивный тепловой расчет проводится для того, чтобы выбрать теплообменный аппарат при их серийном производстве на заводах или спроектировать новый аппарат. В результате конструктивного расчета выбирается тип аппарата, его конструкция, схема течения теплоносителей, материал для изготовления отдельных элементов и определяется размер и масса теплообменного аппарата.

Проверочный тепловой расчет проводится с целью определить мощность теплообменного аппарата и конечные температуры теплоносителей, омывающих поверхность нагрева теплообменного аппарата, конструкция и площадь поверхности нагрева которого известны. Проверочный расчет обычно выполняется тогда, когда необходимо выяснить возможность использования уже установленного или проектируемого теплообменного аппарата в условиях, отличных от расчетных.

Гидравлический расчет теплообменного аппарата необходим для определения перепадов давлений теплоносителей и мощностей насосов и компрессоров, перекачивающих теплоносители.

Конструктивный тепловой расчет

Теплофизические свойства горячего теплоносителя:

Определим мощность ТА:

Q=3?2100?40?0,95=239 400 Вт

Определяем температуру выхода холодного теплоносителя, методом итерации:

где при t = 5?

t_{х, вых1} = 5+239 400/(5?4203) = 16,39 ?

t_x,m=(16,39+5)/2=10,69 ?

t_х,вых2 = 5+239 400/(5?4191) = 16,42 ?

| t_х,вых2 — t_х,вых1 | < 0,15 => t_х,вых=16,42?

Теплофизические свойства холодного теплоносителя:

Средняя разность температур между теплоносителями:

Предварительные площади проходных сечений:

Предварительно выбираем по каталогу ТА:

ТТ108/159−16/16

Теплообменная труба d_н?д_d, мм = 108?5

Кожуховая труба D_н?д_D, мм = 159?5

Номинальная площадь проходных сечении, см²:

внутри теплообменной трубы — 75;

в кольцевом пространстве — 83

Номинальная наружная поверхность теплообмена, м², при длине кожуховой трубы l, м:

Скорость горячего теплоносителя в трубе:

Число Рейнольдса Режим течения турбулентный.

Используя метод итерации, при котором выполняется условие | t_c(n+1) — t_c(n)|<0,15, найдем б_г и б_х.

Скорость холодного теплоносителя в кольцевом пространстве:

Число Рейнольдса Режим течения турбулентный.

| t_c(2) — t_c(1)|=| 16,09−35,35| > 0,15 => Находим б_г и б_х при t_c(2).

Pr_{г, с (2)}=65

Pr_{х, с (2)}=8,23

| t_c(3) — t_c(2)|=| 16,38−16,09| > 0,15 => Находим б_г и б_х при t_c(3).

Pr_{г, с (3)}=64

Pr_{х, с (3)}=8,21

| t_{c (4)} — t_{c (3)}|=| 16,37−16,38| < 0,15 =>

Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю:

где R_з.тр и R_{з.мтр —} термические сопротивления загрязнений на внутренней и наружной поверхности теплообменных труб .

R_з.тр = 4?10^-4 м²?К/Вт

R_з.мтр = 5,8?10^-4 м²?К/Вт Необходимая площадь поверхности теплообмена:

F_ст=12,2 м²

L=9 м

n=2 (количество теплообменников).

Проверочный тепловой расчет

Определим действительную тепловую мощность выбранного ТА.

где W_m — приведенный водяной эквивалент, F_ст — площадь поверхности теплообмена выбранного стандартного теплообменного аппарата; k — коэффициент теплопередачи.

Действительные конечные температуры выхода горячего и холодного теплоносителей:

Гидравлический расчет теплообменного аппарата

Падение давления теплоносителя в трубном пространстве ТА:

Падение давления теплоносителя в межтрубном пространстве ТА:

Мощности, необходимые для перекачки теплоносителей через трубное и межтрубное пространство:

Эффективные мощности привода насосов, необходимые для перекачки теплоносителей через трубное и межтрубное пространство:

Графическая часть

Температурная диаграмма теплоносителей для выбранного теплообменного аппарата

теплообменный аппарат температурный расчет

1. Калинин А. Ф. Расчёт и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата. — М., РГУНГ им. И. М. Губкина, 2002. — 82 с.

2. Трошин А. К. Теплоносители теплои массообменных аппаратов и их теплофизические свойства. — М., МИНГ, 1984. — 94 с.