Реферати українською » Промышленность, производство » Розрахунок, розробка та проектування теплообмінного апарату


Реферат Розрахунок, розробка та проектування теплообмінного апарату

МІНІСТЕРСТВО ОБОРОНИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Військова Академія військ РХБ захисту та інженерних військ

>КАФЕДРА №11

>Огнеметно-зажигательного озброєння, коштів аерозольного супротиву та спеціальної обробки

 

 

>РАСЧЁТНО–ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по курсової роботи тему:

«>Расчет, розробка й проектування теплообмінного апарату»

>Виполнил: курсант 3 курсу

інженерного факультету

>Поддимин А.В.

Керівник: доцент

>К.Т.Н.Солодов Ю.В.

Кострома 2011 р.

 


Зміст

 

1. Запровадження

2. Тепловий розрахунок теплообмінника

2.1 Попередній теплової розрахунок

2.2Уточненний теплової розрахунок

2.3 Механічний розрахунок

2.4 Конструктивний розрахунок

2.5Гидравлический розрахунок

2.6Расчет теплоізоляції

Висновок

Список використаної літератури

Додаток


1. Запровадження

>Теплообменние апарати призначені щодо теплообмінних процесів: нагрівання, охолодження, конденсації випаровування. Залежно від області застосування теплообмінники мають відповідні технологічні назви:

При нагріванні – підігрівники; при охолодженні – холодильники;

при конденсації – конденсатори; при випаровуванні –испарители.

У промисловості переважно застосовуютьсярекуперативние, чи поверхневі теплообмінники, у яких тепло від однієї носія до іншого передається через відділяють їх стінку.

Найбільшого поширення набула у хімічній промисловості отрималикожухотрубчатие теплообмінники. З загальної кількості застосовуваноїтеплообменной апаратури часткукожухотрубчатих теплообмінників припадає понад 80%. Державним стандартом 9929-61 передбачено випуск чотирьох типівкожухотрубчатих теплообмінників: ТН,ТЛ, ТП і ТУ.

>Кожухотрубчатие теплообмінники ТН мають жорсткий кожух і нерухоміприварние трубні ґрати. Випускаються промисловістю в вертикальному чи горизонтальному виконанні одне-, двох-, чотирьох-,шестиходовими по трубному простору з перегородками і перегородок вмежтрубном просторі. Ці апарати застосовуються при порівняно малої різниці температур між кожухомипучком труб (до 30-50проЗ)втех випадках, коли не потрібно в механічної чистцімежтрубного простору.Рассчитани на тиск 0,6; 1,0; 2,5 і 4Мн/м2 для робочих середовищ з температурою від –30 до 200проЗ. Може бути використані за більш високих температур (до 400проЗ) , однак цьому разі дозволене робочий тиск буде вже ніколи. У порівняні з іншими типамикожухотрубчатих теплообмінників споживання теплообмінників типу ТН протягом останніх 10 років становила понад 70 відсотків%.


2. Тепловий розрахунок теплообмінника

Тепловий розрахунок теплообмінника підрозділяється на попередній іуточненний. Метою попереднього теплового розрахунку є орієнтовний обчислення поверхні теплообміну й визначення типу апарату. За виконання попереднього розрахунку задаються величиною коефіцієнта тепловіддачі.Уточненний теплової розрахунок здійснюється з метою перевірки вмотивованості прийнятого коефіцієнта теплопередачі і уточнення величини поверхні теплообміну.

2.1 Попередній теплової розрахунок

Вибір схеми руху теплоносіїв

Найкращі результати показують протилежні руху теплоносіїв, оскільки забезпечують велику різницю температур, що у своє чергу призводить до найсприятливішим умовам теплопередачі при мінімальної температурі стінок апарату. Позаяк обидві рідини чисті, то трубне простір направляю теплоносій з більшою температурою.

Визначення середньої різниці температур

Для визначення середньої різниці температур процесу теплообміну (температурного напору) вираховую різницю температур на кінцях теплообмінника.

>t>нач,гор=>66°Ct>кон,гор=>24°C

>t>нач,хол=>14°Ct>кон,хол=>23°C


Найбільший перепад температур:

>tб=>t>нач,гор –t>кон,хол=66–23=43;

Найменший перепад температур:

>tм=>t>кон,гор –t>нач,хол=24–14=10.

>. Тоді розраховуємо за такою формулою:

Визначення середніх температур теплоносіїв

Оскільки різницю температур гарячого теплоносія більше різниці температур холодного теплоносія, то середні температури теплоносіїв визначаємо за такою формулою:

;

>t>ср,гор=>t>ср,хол +>tпорівн=22,6+18,5=41,1.


Визначення фізичних властивостей теплоносіїв при середніх температурах

>Определяю основні фізичні властивості теплоносіїв з допомогою математичного методу інтерполяції.

властивості одиниця виміру

бензол при 51,1

вода при 22

щільність,

>кг/м3

856,9 998
>теплоемкость, З >Дж/кг·град

1,83·103

4,19·103

теплопровідність, >Вт/м·град 0,14 0,599
динам. в'язкість,

>Н·с/м2

0,4864·10-3

1·10-3

Визначення теплової навантаження

>Определяю теплову навантаження апарату потеплоносителю, який має менше теплових втрат надходжень у довкілля. Длякожухотрубчатих теплообмінників таким теплоносієм буде теплоносій, спрямований в трубне простір, т. е. гарячий.

>Qгір=Gгір·Згір·(>tпоч,гір–>t>кон,гор)=20·1,83·103(>66–24)=1537200Вт.

Визначення витрати холодного теплоносія

Визначаємо витрата холодного теплоносія (потрібне кількість води) за такою формулою:

.

Визначення поверхні теплообміну

>Задаемсяориентеровачним значенням коефіцієнта теплопередачі. З докладання 9 [1] від рідини рідинам привозбужденном русі теплоносіяК=300…1700Вт/м2·град. ПриймаюК=1000. Поверхня теплообміну визначаю за такою формулою:

Вибір теплообмінника

>Вибираю теплообмінник за величиною поверхні теплообміну.Виписиваем з каталогу [1] характеристики всіх теплообмінників, мають поверхню теплообміну близьку до розрахованої в п. 2.1.7.

№>п/п число ходів,z

поверхню,

F [м2]

діаметр

кожуха,

Д [мм]

діаметр

труб,

>d [мм]

довжина труб,

L [мм]

число труб,

n

крок,

>t [мм]

1 1 71 600 38 5000 121 48
2 2 69 800 38 3000 196 48
3 4 67 800 25 2000 446 32
4 6 69 800 38 4000 146 48

Визначення швидкості для теплообмінників в трубному просторі

Визначаємо швидкості кожному за теплообмінника за такою формулою:

–швидкість трубному просторі (W1):

м/с;

м/с;

м/с;

м/с.

>Отбираем теплообмінники, які мають швидкість теплоносія є прийнятною.Рекомендуемая швидкість руху теплоносія з докладання 7 [1] для рідини лежать у інтервалі [0,5;2,5] м/с. У цей інтервал потрапляють швидкість руху теплоносіїв в трубному просторі чотирьох ішестиходового теплообмінників.

Визначення швидкості для теплообмінників вмежтрубном просторі

>Определяю для вибраних апаратів швидкість руху теплоносіїв вмежтрубном просторі з урахуванням наявності перегородок.Рекомендуемое кількість перегородок вмежтрубном просторі для чотирьох ішестиходового теплообмінників з діаметром кожухаД=800 і800мм і трубокL=2000 і 4000 мм згідно з додатком 6 [1] становило 4 і десяти прим.Определяю для вибраних апаратів швидкістюмежтрубном просторі з урахуванням перегородок (приймаючи відстань з-поміж них:h=L/(n+1)). Для 4-х і6-стиходового теплообмінника h дорівнюватиме 0,6 і 0,44 за такою формулою:


Отже, в умовах прийнятних швидкостей в трубному імежтрубном просторах вибираюшестиходовой теплообмінник з діаметром корпусуД=800мм.

2.2Уточненний теплової розрахунок

Прийняттяприближенних температур

>Задаюсь температурами стінки із боку гарячого і холодного теплоносіїв і визначаю фізичні властивості за цих температурах.

>tст гір=39;tст хол=25

Визначення фізичних властивостей теплоносіїв при середніх температурах

>Определяю основні фізичні властивості теплоносіїв з допомогою математичного методу інтерполяції.

властивості одиниця виміру

бензол при 39

вода при 25

щільність,

>кг/м3

858 996,5
>теплоемкость, З >Дж/кг·град

1,826·103

4,184·103

теплопровідність, >Вт/м·град 0,1403 0,6061
динам. в'язкість,

>Н·с/м2

0,492·10-3

0,9·10-3

Визначення коефіцієнта тепловіддачі трубного простору

І тому обчислюємо критеріїРейнольдса для теплоносія викликаного у слухавці:

>

>Вичисляем критерійPr за такою формулою:

.

;

.

>Вичисляем критерійNu за такою формулою:

,т.к. >

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі трубного простору за такою формулою:

.

Приймаємоd>расч=>d>вн, вважаючи, що1<>2.

 >вт/м2град.

Визначення коефіцієнта тепловіддачімежтрубного простору

І тому обчислюємо критеріїРейнольдса для теплоносія викликаного у слухавці:

,d>расч=>d

>Межтрубное простір маєпрегородки, тому критерійНуссельта визначаємо за такою формулою для поперечного обтікання шахового пучка труб:

.

Коефіцієнт , враховує вплив кута атаки , до нашого розрахунку приймаємо рівним =0,6 [12, т. 5, стор. 563,п.42]

>ВичисляемPr за такою формулою:


.

>Вичисляем критерійNu за такою формулою:

Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі трубного простору за такою формулою:

Приймаємоd>расч=>d.

 >вт/м2град.

Визначення коефіцієнта теплопередачі

Визначаємо коефіцієнттеплдопередачи за такою формулою:


>вт/м2*град.

Приймаємо

>r>загр1=вт/м2*град (>прилож. 10),

>r>загр2=вт/м2*град (>прилож. 11),

 >вт/м2*град (>прилож. 12).

>Пересчет середньої температури процесу теплообміну

Оскільки ми вибралишестиходовой теплообмінник, у якому теплоносії мають змішаний струм руху, то потрібнопресчитать середньої температури процесу теплообміну

.

Коефіцієнт визначаємо пономограмме [12, т. 5, стор. 548-550] з допомогою допоміжних величин:

По схемою рис. VII-II [12, т. 5, стор. 548]

;

Перевіряємо правильність прийнятих температур стінок


Отримані величини від прийнятих понад 1. Повторюємо розрахунок, починаючи з п. 2.2.1.

=34 =25

Фізичні властивості теплоносіїв

властивості одиниця виміру

>Бензол при 34

вода при 25

щільність,

>кг/м3

868,5 996,5
>теплоемкость, З >Дж/кг·град

1,803·103

4,184·103

теплопровідність, >Вт/м·град 0,1415 0,6061
динам. в'язкість,

>Н·с/м2

0,529·10-3

0,9·10-3

Повторне обчислення коефіцієнта теплопередачі трубного простору

 >вт/м2*град

Повторне обчислення коефіцієнта тепловіддачімежтрубного простору

 >вт/м2*град

Коефіцієнт теплопередачі

 >вт/м2*град

Перевірка правильність прийнятої (повторно) температури стінки

Отримані температури стінки від прийнятих менш як на 1 , тому подальшого наближення не виробляємо.

Поверхня теплообміну

Розрахункова величина поверхні теплообміну більше прийнятої, тому є можливість вільно використовувати теплообмінник більшої довжини. Звертаємося до каталогу й остаточно вибираємошестиходовой ТН на тиск до 0,6Мн/м 2 №46 з параметрами:

поверхню

теплообміну,

F, м2

діаметр

корпусу

Dм, мм

довжина

труб,

l, м

діаметр

труб

>d, мм

число

труб,

n>тр, прим

88 800 5 38 146

2.3 Механічний розрахунок

Механічний розрахунок теплообмінника зводиться до визначення основних елементів апарату (кожуха, кришок, трубних решіток тощо.) які його міцність, жорсткість і безпечне тривалу експлуатацію апарату.

Товщина стінки корпусу. Приймаємоконструкционний матеріал>доп=136*106Н/м2, коефіцієнт зварного шва = 0,8, добавку як компенсація корозії З = 0,002 м, додаткову добавку З>доп=0, тиск Р = 4мПа

Приймаємо =>20мм

Вибираємо еліптичну конструкцію камер.

Товщина еліптичного днища

у = 2, табл.Стр. 51

Приймаємо =>20мм

Виконуємо розрахунок товщини трубної ґрати:

З – добавки як компенсація корозії (>С=0,003)

>t- крок між труб (>t=0,048)


2.4 Конструктивний розрахунок

Прийняття форми

Приймаємо еліптичну форму вхідний і вихідний камери з висотою борту 40 мм.Ёмкость такого днища 87 л. (>прилож. 16), маса –36кг.

Визначення діаметрів патрубків

Приймаємо швидкість теплоносіїв впатрубках v>патр=>1,5м/с і визначаємо діаметр патрубків:

Приймаємо діаметр патрубків для бензолу:

>d>патр=>150мм,

Приймаємо діаметр патрубків для води:

>d>патр=>200мм.

Прийняття величини вильоту штуцера300мм

Вибірподкладочного матеріалу

Для бензолу – азбестовий картон. Для води – гуму.

Визначення маси теплообмінника

Маса труб:

.


Маса кожуха:

.

Маса апарату загалом:

Твір розрахунку опорних лап

Приймаємо вертикальне розташування апарату і виробляємо розрахунок опорних лап.

Обсяг трубного простору:

Обсягмежтрубного простору:

Маса води у цілком заповненому апараті:

Максимальна маса апарату, заповненого водою:


Приймаємо число опорних лап однакову двох і визначаємо навантаження, що припадає однією опорну лапу:

По таблиці (>прилож.21) приймаємо опорні лапи на навантаженняР=40000Н.

навантаження лапи,

>Н·10-3

>Опорная площа,

м2·103

Питома тиск,

>Н/м2·10-4

розміри, мм

маса,

кг

з а b H P.S >d
40 29,7 135 190 160 170 280 10 30 6,2

>Эскизная схема теплообмінника


2.5Гидравлический розрахунок

>теплообменний апарат конденсат випаровування

Визначення гідравлічного опору трубного простору

Виконуємо з метою визначення гідравлічних опорів під час проходження теплоносіїв черезтеплообменний апарат. Значимість втрат тиску використовують під час виборів насосів.

Гідравлічні опору трубного простору визначаємо суму коефіцієнтів місцевих опорів за таблицею, використовуючи схему теплообмінника.

Таблиця 6

Характер місцевих опорів >
>Входная чи вихідна камера 1,5
Вхід у труби або їх 1,0

Поворот між ходами на 180˚

2,5
Вхід умежтрубное простір або потім із нього 1,5
Поворот через перегородку вмежтрубное простір 1,5
>Поперечное спрямуваннямежтрубном просторі

Сума місцевих опорів:

1. вхід до камери – 2

2. вхід в трубку – 6

3. вихід із трубки – 6

4. число поворотів – 5

Визначаємо суму коефіцієнтів місцевих опорів

 

>Гидравлическое опірмежтрубного простору

Приймаємо1=0,04, тоді, використовуючи формули гідравліки:

 

>Вичисляем коефіцієнт опору поперечному руху рідини вмежтрубном просторі

 

Сума місцевих опорів:

1. ходові перегородки – 10

2. вхід – 1

3. вихід – 1

4. поворот між ходами – 10

5. рухів – 11

Потужність потрібна для переміщення теплоносіїв через теплообмінник

Потужність потрібна для переміщення теплоносія через теплообмінник визначається за такою формулою:

>Трубное простір

>Межтрубное простір

—>к.п.д. насоса чи вентилятора. Для орієнтованих розрахунків зак.п.д. умовно приймаю =0,6.

Загальна потрібна потужність визначається за такою формулою:


2.6Расчет теплоізоляції

Втрати тепла в довкілля визначаються за такою формулою:

сумарний коефіцієнт тепловіддачі в довкілля від поверхні апарату, який визначається за такою формулою:

Fднища визначаємо з докладання 16 [1].

Fднища =>0,8м2.

Розраховуємо теплоізоляцію і вибираємотермоизоляционний матеріал: азбестпушенний.

Товщину шару ізоляції за умов руху повітря приt=20определяем за такою формулою:

; за таблицею 3.6.1 [1]q1=>175Вт/м;


Товщина шару ізоляції:


Висновок

У процесі виконання курсової роботи на присутніх справив розрахунки теплообмінного апарату типу ТН, який має такі характеристики:

· поверхню теплообміну:F=121м2;

· внутрішній діаметр корпусу:D=800мм;

· число ходів:z=4;

· кількість перегородок: nперекл=>12шт;

· кількість труб: n>тр=>170шт;

· повна маса апарату:М=7822кг.

У виконання було обрано конструкція і визначено її розміри, розраховані параметри опорних лап, визначено маса конструкції, і навіть потрібна потужність для переміщення теплоносія через теплообмінник.


Список літератури

1М.И. Лазарєв,Н.Ф. Шатров «Посібник із курсовому проектування». Частина 1.

2А.Ф.Карасев, Ю.В.Хушишкили «Навчальний посібник по курсовому проектування (>теплообменние апарати)».

3К.Ф.Павлов та інших. «Приклади і завдання курсуПАХТ». Вид. «Хімія», 1964 р.

4А.Н.Плановский та інших. «>ПАХТ». Вид. «Хімія», М., 1968 р.

5О.Флореа, ПроСмигельский «Розрахунки поПАХТ». Вид. «Хімія», М.,1971г.


Додаток


Схожі реферати:

Навігація