Тепловой расчет теплообменных аппаратов

Министерство Образования Российской Федерации Российский Государственный Университет Нефти и Газа им. И. М. Губкина Кафедра термодинамики и тепловых двигателей Курсовая работа по теплотехнике

«Тепловой расчет теплообменных аппаратов»

Задание № 13

Москва 2015

I. Введение

II. Конструктивный тепловой расчет

III. Проверочный тепловой расчет

IV. Графическая часть курсовой работы Вывод Список литературы

I.

Введение

Классификация теплообменных аппаратов 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. Такое широкое использование теплообменного оборудования в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь их рассчитывать, обобщать опыт их эксплуатации, анализировать рабочий процесс и намечать пути повышения эффективности их работы. Эффективная работа теплообменных аппаратов приводит к экономии энергии, сокращению расхода топлива и улучшает технико-экономические показатели производственных процессов.

В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типов.

В зависимости от числа перегородок в распределительной камере и задней крышке кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве.

В зависимости от числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, кожухотрубные теплообменные аппараты делятся на однои многоходовые в межтрубном пространстве.

Целью конструктивного теплового расчета является определение типа теплообменного аппарата и его конструкции.

При проверочном тепловом расчете определяется мощность выбранного стандартного теплообменного аппарата Qст и действительные конечные температуры теплоносителей (t1д, t2д). В результате этого расчета выясняется возможность использования стандартного теплообменника при заданных температурных режимах теплоносителей.

II. Расчетная часть

1) Определение неизвестного массового расхода воды G2 и параметров теплоносителей.

Дано:

средняя температура теплоносителей Выписываем теплофизические свойства при tср:

Для нахождения массового расхода записываем уравнение теплового баланса:

находим тепловую мощность Q:

G1=15 т/ч = 15*1000/3600 кг/с = 4,167 кг/с

— коэффициент, учитывающий потери тепла в окр. среду.

По рекомендациям направляем воздух в межтрубное пространство, а воду в трубное.

2) Определим среднюю разность температур между теплоносителями по уравнению Грасгофа:

3) Определим водяной эквивалент KF и площадь поверхности теплообмена Коэффициент теплопередачи K предварительно принимается по оценке От газа к жидкости = 50

Выбор типа, конструкции и размеров теплообменного аппарата:

а) Выбираем теплообменник кожухотрубчатый, с неподвижными трубными решетками.

б) По рекомендациям направляем воздух в межтрубное пространство, а воду в трубы.

в) По величине расчетной площади поверхности теплообмена, предварительно выбираем двухходовой аппарат с площадью теплообмена с трубами длиной 2 м.

Конструктивные характеристики выбранного аппарата.

6) Расчет коэффициента теплопередачи.

Для расчета необходимо посчитать и .

где Re, Pr — числа подобия теплоносителя, движущегося в трубах ТА, при среднеарифметической температуре потока. Prc — число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА при средней температуре стенки труб.

— коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в трубах ТА. и — наружный диаметр и толщина стенки теплообменных труб.

Средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве:

Число Рейнольдса:

Ламинарный режим течения Из таблицы определяем следующие константы:

C=0,15; j=0,33; у=0,43; i=0,1

Определим из таблицы при :

Подставим:

Рассчитаем коэффициент теплоотдачи теплоносителя в межтрубном пространстве:

где значения коэффициентов С, Сz, C1, m, n выбираются из таблицы в зависимости от расположения труб в пучке и значения числа Рейнольдса:

Выберем расположение труб в пучке в виде треугольника.

Вычислим среднюю скорость теплоносителя в межтрубном пространстве:

Число Рейнольдса:

Выбираем коэффициенты:

m=0,6; n=0,36; C=0,637; Cz=1; C1=0,36;

Выбираем для воздуха при

Рассчитаем

Дополнительные термические сопротивления:

— сопротивления загрязнений на поверхности ТА, создаваемые охлаждающей водой.

Уточняем k:

Уточняем F расч:

Погрешность F:

Окончательный выбор теплообменника:

Длина трубы l = 2000 мм.

III. Проверочный тепловой расчет теплообменного аппарата

1) Определяем фактическую тепловую мощность выбранного аппарата:

Вычислим приведенный водяной эквивалент :

Тепловая мощность равна:

2) Определим действительные температуры теплоносителей на выходе теплообменного аппарата:

IV. Графическая часть Нахождение промежуточных точек на диаграмме:

Для расчёта возьмём половину площади поверхности теплообмена (F=35 м2), тогда .

Определим промежуточные температуры:

Рис. 1. Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками:

1 — распределительная камера; 2 — кожух; 3 — теплообменная труба; 4 — поперечная перегородка; 5 — трубная решетка; 6 — задняя крышка кожуха;7 — опора; 8 — дистанционная трубка; 9 — штуцеры; 10 — перегородка в распределительной камере; 11 — отбойник.

Схема движения теплоносителей и положение перегородок в распределительной камере и задней крышке теплообменного аппарата

теплообменник труба распределительный камера

Вывод В процессе расчёта теплообменного аппарата был определён тип ТА, его конструкция, определена мощность системы ТА, действительные конечные температуры теплоносителей, в результате чего подтверждена возможность использования теплообменного аппарата при заданных температурах теплоносителей. Также была построена температурная диаграмма системы теплоносителей.

Список использованной литературы

1. А. Ф. Калинин — Расчет и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата — Москва, 2002.

2. А. К. Трошин — Теплоносители теплои массообменных аппаратов и их теплофизические свойства — Москва, 2006.