Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Проектирование теплообменного аппарата

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2015-07-05


"Проектирование теплообменного аппарата"

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине “Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий”

Э - 330. 0000. 000. 00. ПЗ

 

Нормоконтролер:                                                                Руководитель:

Шашкин В. Ю.                                                            Шашкин В. Ю.

“____” __________2009 г.                                         “____” _________2009 г.

Выполнил:

Студент группы Э-330

___________ Нафтолин А.Ю.

“____” __________2009 г.

 

Челябинск

2009

Аннотация

Ложкина Э.А. Проектирование теплообменного аппарата.- Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2009, ??с. Библиография литературы – 3 наименования. 1 лист чертежа ф. А1.

Данный проект содержит тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический и прочностной расчёты горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата типа ОГ. В результате расчетов были определены тепловые и основные конструктивные характеристики теплообменного аппарата, гидравлические потери по ходу водяного тракта

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.  Тепловой конструктивный и компоновочный расчёты

2.  Гидравлический расчёт

3.  Прочностной расчёт

Заключение

Литература

Введение

Горизонтальный охладитель ОГ сварной четырёхкорпусной с диаметром трубок 22/26 мм предназначен для охлаждения конденсата и подогрева химически очищенной воды.

Данный тип охладителей может быть установлен для турбин типа ВК-50-1, ВК-50-4.

Горизонтальный охладитель представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из четырёх корпусов, каждый из которых является кожухотрубчатой системой. В трубной системе теплоноситель делает один ход, а в межтрубном пространстве второй теплоноситель совершает два хода, для этого между трубками установлена перегородка, которая делит полость межтрубного пространства на две равные камеры. Теплоносители в системе аппарата протекают по принципу противотока.

Теплоносители составляют систему «жидкость-жидкость»

Данный теплообменный аппарат устанавливается на двух опорах.

1. Тепловой и компоновочный расчёты

 

1)  Определим конечную температуру охлаждаемой среды:

Уравнение теплового баланса:

Q1·η=Q2=Q;                                                                                             (1-1)

Q1=G1·c1· (t-t) – теплота отданная первым теплоносителем,  (1-2)

Q2=G2·c2· (t-t) – теплота воспринятая вторым теплоносителем,(1-3)

Решая  данные уравнения, совместно определяем конечную температуру охлаждаемой среды:

t= t - ;                                                     (1-4)

Средние температуры обоих теплоносителей:

t2ср===55˚С, теплоёмкость при данной температуре с2=4,1825;

Принимаем температуру горячего теплоносителя равной 52˚С,

t1ср===66˚С, теплоёмкость при данной температуре с1=4,1811;

КПД теплообменника: η=0,98

t=80˚С–=52,4˚С- первоначальное допущение верно;

Теплопередача в теплообменнике:

Q=(90·1000/3600) ·4,177· (70-40)=3133 кВт;

2)  Параметры сред:

Вода при температуре t= 52˚С:

Ρ=987,12  - плотность жидкости,

λ=0,65  - коэффициент теплопроводности,

υ=0,540·10-6  - коэффициент кинематической вязкости,

Pr=3,4 – критерий Прандтля;

Вода при температуре = 70˚С:

ρ=977,8  - плотность жидкости,        

λ=0,668  - коэффициент теплопроводности,

υ=0,415·10-6  - коэффициент кинематической вязкости,

Pr=2,58 – критерий Прандтля;

3)  Определение скоростей:

Для начала определим число трубок в первом ходе, для этого зададимся скоростью охлаждающей воды в трубках. По п.1.3 (Рекомендуемые скорости теплоносителей) [1] ω2=1-3 м/с. Принимаем ω2=2 м/с.:

                                                                     (1-5)

 шт.

Т.к. наш теплообменный аппарат 4-х секционный => общее число труб во всех секциях равно:

 (где Z=4)                                                                           (1-6)

Расстояние между осями труб выбираем по наружному диаметру трубы:

[1]                                                                           (1-7)

Внутренний диаметр корпуса многоходового аппарата равен:

 (где η-коэффициент заполнения трубной решетки)  (1-8)

η=0,6-0,8. Принимаем η=0,6=>м

Определим скорость теплоносителя протекающего в межтрубном пространстве. Для этого воспользуемся уравнением неразрывности:

 (где  - площадь межтрубного пространства)       (1-9)

Для начала найдем, эта площадь равна:

==

Таким образом, из уравнения неразрывности => Что

4) Определение коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубах:

Reж2= - критерий Рейнольдса,                                            (1-10)

Reж2=;

Nu2=0,021· (Reж)0,8· (Prж)0,43 (1-11) – число Нуссельта, (где Prс- число Прандтля при температуре внутренней стенки трубы, т.е. при tс=70-52=18˚С);

Prс=5,02;

Nu2=0,021· (81482)0,8· (3,4)0,43·;

α2=- коэффициент теплоотдачи от стенки к среде,            (1-12)

 ;

5) Определение коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве:

При продольном омывании пучков труб в межтрубном пространстве кожухотрубчатых аппаратов за определяющий размер принимают эквивалентный диаметр, который с учетом периметра корпуса аппарата равен:

                                                                                 (1-13)

где Dвн - внутренний диаметр кожуха; m - количество труб в одном пучке;

dн - наружный диаметр труб;

 м

Reж1=- критерий Рейнольдса,

Reж1=

Nu1=Nuтр·1,1· ()0,1 (1-14) – число Нуссельта при продольном омывании трубного пучка, где Nuтр–число Нуссельта при течении в трубах,

Nuтр=0,021· (Reж)0,8· (Prж)0,43  (1-15)– число Нуссельта, ( где Prс- число Прандтля  при температуре стенки трубы, т.е. при tс=70-52=18˚С);

Prс=5,02;

Nuтр=0,021· (67663)0,8· (2,58)0,43196;

Nu1=196·1,1·=223;

α1=- коэффициент теплоотдачи от стенки к среде,

α1==4137,9 .

 

6) Определение коэффициента теплопередачи:

 

К =,                                                                      (1-16)

Rз=0,00017  по табл. 1.3 [1]

Материал трубок ст20 λс=57,

К =;

7) Температурный напор:

Схема течения теплоносителей в теплообменнике - противоток.

Δtпрт=,                                                                                   (1-17)

Δtпрт==29°С,

 

8) Тепловой напор:

q=k· Δt,                                                                                           (1-18)

q=1753,5·29°С=51.

9) Площадь поверхности нагрева:

 

F=,                                                                                                        (1-19)

F==61 м2,

 

10) Длина труб в одной секции:

 

l=,                                                                                       (1-20)

l==5,5 м;

2. Гидравлический расчёт

Полные гидравлические потери теплообменника:

ΔР=ΣΔРтр +ΣΔРм+ΣΔРус+ΣΔРс,                                        (2-1)

Так как вода – капельная жидкость, то ΣΔРус<<ΣΔРтр +ΣΔРм, поэтому ΣΔРус не учитываем, так же теплообменник не сообщается с атмосферой, поэтому ΣΔРс=0.

В итоге полные гидравлические потери:

ΔР=ΣΔРтр +ΣΔРм.                                                               (2-2)

1) Гидравлические потери по ходу ХОВ:

а) потери на трение:

ΣΔРтр1 =(ζ+ζ)·,                                                 (2-3)

Dэ=dвн=0.022 м,

Поправка ζ незначительна. Так как трубки выполнены из материала Ст20, то шероховатость труб Δ=0.1мм.

, Re=71197 – турбулентный режим течения,

15<Re<560 - область смешанного трения, значит

ζ1=0.11·+,                                                             (2-4)

ζ1=0.11·+=0.0299,

ΣΔРтр1 =0.0299·=15.35 кПа,

б) местные потери:

ΣΔРм=Σζм·,                                                                (2-5)

Значения коэффициентов местных сопротивлений имеющих место в данном теплообменнике указаны в таблице 2.3 [1].

В данном случае в трубной системе теплоноситель, попадая во входную камеру теплообменника, далее входит в трубки первой секции, потом выходит из трубок первой секции и с поворотом на 180º перемещается во вторую секции, где происходят те же процессы, потом также третья и четвёртая секции, потом идёт выходная камера и теплоноситель выходит из теплообменника. В итоге:

Σζм=2·1,5+4·1+4·1+3·2,5=18.5,

ΣΔРм==36.7 кПа,

В итоге полные потери по ХОВ:

ΔР1=15.35+36.7=52.05 кПа.

2) Гидравлические потери по ходу конденсата:

а) потери на трение:

ΣΔРтр2=(ζ2+ζ)·,                                                                  (2-6)

 - эквивалентный диаметр,                                                         (2-7)

Площадь сечения межтрубного пространства, где протекает теплоноситель      

F=,                                                                         (2-8)

F==0.015 м2,

Рсм= - смоченный периметр,                                (2-9)

Рсм==1,99 м,

dэ==0.03м

Поправка ζ незначительна,

Так как трубки выполнены из материала Ст20, то шероховатость труб Δ=0.1мм.

=300,

Reж2=47711– турбулентный режим течения,

15<Re<560 - область смешанного трения, значит

Ζ2=0.11· (+),                                                                              (2-10)

ζ2=0.11· (+)=0.029,

ΣΔРтр2 =0.029·=0,8 кПа,

б) местные потери:

ΣΔРм=Σζм·,                                                                                 (2-11)

Значения коэффициентов местных сопротивлений имеющих место в данном теплообменнике указаны в таблице 2.3 [1].

Теплоноситель поступает в межтрубное пространство в первую секцию, где совершает два хода с поворотом на 180º, далее переходит во вторую секцию, где совершает аналогичные операции, так же в третьей и четвёртой секциях, потом выходит из теплообменника.

Σζм=8·2+4·1.5+4·1=26,

 ΣΔРм==3,85 кПа,

В итоге полные потери по конденсату:

ΔР=0,8 +3,85 =4.65 кПа.

3. Прочностной расчёт

Материал кожуха, труб, трубной решётки и других элементов аппарата выполнены из Ст20. Для данного диапазона температур:

s*доп=100МПа- номинальное допускаемое напряжение

[s]=s*доп*hк;                                                                                             (3-1)

hк=1-поправочный коэффициент;

[s]=110МПа;

1) Цилиндрический кожух.

Определение толщины стенки в местах нагруженным давлением 11 ата, то есть от выхода из трубной решётки одного корпуса до входа в трубную решётку другого корпуса:

На данном участке водяного тракта внутренний диаметр принимаем, равным:

Dв1=Dвмин+5, мм;

Dвмин=200 мм

Dв1=200мм+5мм=205мм;

Расчётная толщина стенки:

dр1=;                                                                               (3-2)

jсв=1-коэффициент прочности, учитывающий ослабление цилиндра сварным швом по табл. 3.2 [1];

dр1==11 мм;                                                                     (3-3)

Конструктивная толщина стенки, принимается из условия:

dк1³dр1+С,

С=2мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем:

dк1=13мм.

                                                                                  (3-4)

Определение толщины стенки кожуха в межтрубном пространстве при давлении 3.5ата:

Dв2=220 мм - внутренний диаметр кожуха;

dр2= - расчётная толщина стенки кожуха;                     (3-5)

jсв=1-коэффициент прочности, учитывающий ослабление цилиндра сварным швом по табл. 3.2 [1];

dр2==4 мм;

Конструктивная толщина стенки, принимается из условия:

dк2³dр2+С;

С=3 мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем

dк2=7 мм.

                                                                 (3-6)

2) Плоские днища и крышки.

а) Толщина днища или крышки, нагруженные давлением 11 ата, определяется по формуле:

                                                                      (3-7)

Где значения К и расчетного диаметра DR1 в зависимости от конструкции днищ и крышек принимаются по табл. 3.3 [1]

K=0.45 и DR1=DB1=205 мм (тип 4).

Коэффициент ослабления К0 днища или крышки отверстиями в зависимости от характера расположения отверстий в днище (крышке): без отверстий К0=1

Конструктивная толщина днища или крышки принимается из условия:

d1³d1р+С;

С=1 мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем

d1=30 мм.

Допускаемое давление на плоское днище или крышку определяется по формуле:

                                                                (3-8)

Где Кр – поправочный коэффициент

                                                                    (3-9)

б) Толщина днища или крышки, нагруженные давлением 3,5 ата, определяется по формуле:

                                                                      (3-10)

Где значения К и расчетного диаметра DR2 в зависимости от конструкции днищ и крышек принимаются по табл. 3.3 [1]

K=0.45 и DR2=DB2=220 мм (тип 4).

Коэффициент ослабления К0 днища или крышки отверстиями в зависимости от характера расположения отверстий в днище (крышке): без отверстий К0=1

Конструктивная толщина днища или крышки принимается из условия:

d2³d2р+С;

С=1 мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем

d2=18,6 мм.

Допускаемое давление на плоское днище или крышку определяется по формуле:

                                                                    (3-11)

3)  Расчет трубных решеток.

Для теплообменных аппаратов с плавающей головкой толщина неподвижной трубной решетки определяется по формуле

                                                                 (3-12)

где Dс.п. – средний диаметр прокладки фланцевого соединения, м;

Р = max{|Pм|; |Pт|; |Pм – Pм|}, то есть Р = 11×106 Па.

Величину Dс.п. принимаю 0,22 м.

Тогда

.

Заключение

кожухотрубный теплообменный аппарат

В данной курсовой работе мы ознакомились с основой расчёта тепломассобменного оборудования.

В ходе расчёта определены конструктивные размеры и параметры. В итоге мы получили: число трубок в каждом из корпусов-132 шт., длина каждой трубки – 5,7 м, толщина стенки кожуха – 7 мм, толщина днища – 18,6 мм, толщина трубных решеток – 20 мм, площадь поверхности нагрева – 64 м2

Общие потери давления, обусловленные гидравлическими сопротивлениями водяного тракта, составляют для конденсата 51,4 кПа, а для химически очищенной воды 42,55 кПа.

Литература

1.  Степанцова Л.Г. Расчет и проектирование теплообменных аппаратов: учебное пособие по курсу «Промышленные тепломассообменные процессы и установки». – Челябинск: ЮУрГУ, 1985

2.  Краснощёков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980

3.  Бакластов А.М., Горбенко В.А. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. – М.: Энергоатомиздат, 1986


Диплом на заказ


1. Тема 43 Прибыль и рентабельность План лекции- 1 Понятие финансовых ресурсов источники финансовых ресурс
2.  0830 Сбор на экскурсию на Львовском ж
3. 1 2 3 4 5 6 7 ’’’’’’’’’.html
4. біологічними наслідками спричинила в Україні ситуацію що наближається до рівня глобальної екологічної кат
5. перемещение предметного стола вдоль направляющих по оси Х и У с помощью винтов электронного микрометра
6. Тема- Зимові звичаї рідного краюМета- збагачувати уявлення школярів про обряди та звичаї українського наро
7. html На его территории расположены 9 радиоактивных могильников
8. Формирование цен на импортируемые товары
9. Вариант 16 1 Наука о том как следует действовать чтобы достичь желаемых результатов ~ это- а информатика
10. рассуждение наоснове прочитанного текста С2
11. По объему ВВП промышленного производства по уровне экономического развития она занимает от третьего до пя
12. Базовая Павловска СОШ Ореховогорский филиал Кузьминых Светлана Геннадьевна учитель ОБЖ Вне.html
13. Коды Форма по ОКУД 0710002
14. Пищик Борис Борисович помещик
15. теория слизи нашла поддержку и в современной медицине
16. Бухгалтерский финансовый учет Форма обучения- заочная с приложением дистанционных технологий
17. 245м выработки склада ВМ гор
18. Психологический синдром детей младшего школьного возраста
19. Страхование основных и оборотных средств предприятия
20. геноцид- не genocide физическое истребление а именно gynocide.