Определение необходимого времени пребывания теплоносителей в аппарате и вычисление общей теплообменной поверхности аппарата

1 Задание для курсового проекта

№ вар Целевой теплоноситель ????′ ????′′ ????????т,
кг/c ????′ ????′′ Р,
Мпа (абс). ФИО
студента
9 Аммиачная вода,
25% 72 33 12 5 40 0.2 Храбров Р.Г.

В данном курсовом проекте будут решены следующие задачи:
1. Постановка задачи с исходными данными.
2. Выбор схемы взаимного движения потоков теплоносителей в аппарате.
3. Нахождение из справочной литературы и интернет ресурсов
необходимых теплофизических свойств, которые необходимо оформить
в виде таблицы.
4. Определение на основе теплового баланса отношение тепловых
эквивалентов теплоносителей и массового расхода охлаждающей воды.
5. Предварительный выбор диаметра труб теплообменника и исследование
зависимости коэффициента теплопередачи от скорости движения
теплоносителей в трубном и межтрубном пространстве. При этом
использовать необходимые критериальные уравнения.
6. Принятие и обоснование линейных скоростей теплоносителей в
трубном и межтрубном пространстве.
7. Представление и описание математической модели динамики
теплообмена в аппарате.
8. Построение профиля температур для обеих теплоносителей по ходу
движения теплоносителя в трубном пространстве.
9. Определение необходимого времени пребывания теплоносителей в
аппарате и вычисление общей теплообменной поверхности аппарата.
10. Для автоматизации построения профиля температур рекомендуется
использовать отечественную среду динамического моделирования
технических систем SimInTech. Профили температур можно определить
и ручным расчетом. Алгоритм ручного расчета пояснен в
рекомендациях.
11. Обоснование числа секций теплообменника, их компоновка и оценка
требуемых габаритных параметров аппарата (диаметр и длина кожуха).
12. Гидравлической расчет сети теплообменника и выбор насоса.
13. Общие выводы и рекомендации по результатам выполнения проекта.
14. Чертеж, отражающий конструкцию разработанного кожухотрубного
теплообменника.

Введение

Теплообменниками называют устройства, в которых теплообмен между рабочими средами происходит в независимости от их технологического или энергетического направления (нагреватели, испарители, конденсаторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и т.д.).
Технологическое применение теплообменников разнообразно. Обычно теплообменники, в которых теплопередача является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль, различаются. Разделение теплообменных аппаратов возможно несколькими способами.
По способу передачи тепла различают смешанные теплообменники, в которых рабочие среды непосредственно контактируют или перемешиваются, и поверхностные теплообменники, в которых тепло передается через поверхность нагрева – сплошную (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.
По основному назначению выделяют обогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.
В зависимости от типа рабочей среды теплообменники различаются:
а) жидкость-жидкость - при теплообмене между двумя жидкими средами;
б) парожидкостный - при теплообмене между паром и жидкостью (паровые обогреватели, конденсаторы);
в) газожидкостный - при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха) и др.
Теплообменники отличаются режимом работы теплообменника, при котором происходит нестационарный тепловой процесс, и непрерывным действием с заданным по времени процессом.
Многотрубный корпус - это пучок труб, помещенный в цилиндрическую камеру (корпус); таким образом, внутренняя часть камеры представляет собой промежуточное трубчатое пространство. Трубы вставлены в трубчатые решетки, которые ограничивают камеру со всех сторон. Распределительные коробки с впускными патрубками для рабочей жидкости, протекающей по трубам, крепятся к трубным решеткам. Камера также оснащена патрубками для подачи и отвода второй рабочей жидкости.
Используются трубы из латуни, меди или стали диаметром 10 мм и более; трубы большого диаметра для вязких или загрязненных жидкостей.
Чтобы разместить в корпусе большую площадь теплообмена и получить больший коэффициент теплопередачи, выгоднее использовать трубы меньшего размера и меньшего диаметра.
Трубчатые решетки могут быть плотно приварены или прикреплены к корпусу, одна из решеток может быть не подключена к камере. В этом варианте уплотнение выбирается для резинового кольца, которое зажимает зазор между корпусом и решеткой.
Корпус теплообменника обычно стальной, цилиндрической формы. Иногда для обеспечения отсутствия температурного расширения корпуса и трубок на корпусе размещается компенсатор.
Для обеспечения длительного срока службы в процессе эксплуатации необходимо проводить регулярные проверки и очистку поверхностей при обработке загрязненных сред или сред, попадающих на стенки устройства.
Устройства должны обладать достаточной прочностью и, возможно, иметь небольшие размеры. При проектировании необходимо найти оптимальные решения, учитывающие требования для обеспечения возможности разборки рабочего устройства и обеспечения герметичности канальной системы, возможно с высокими коэффициентами теплопередачи за счет увеличения скорости рабочего тела при минимальных гидравлических потерях в устройстве.
В химической промышленности до 70% теплообменников используются для жидкостей и жидкостей с давлением до 1 МПа и температурой до 200°C. Для этих условий были разработаны и серийно выпускались теплообменники общего назначения для корпусов труб и труб.
спиральные типы. В последнее время огромное распространение имеют пластинчатые теплообменные аппараты общего назначения. Одним из преимуществ трубчатых теплообменников является простота конструкции. Тем не менее коэффициент однородности узлов и деталей измеряемого ряда этих устройств, который представляет собой отношение количества узлов и деталей (размеры одинаковы для всего ряда) к общему количеству узлов и деталей этого измерительного ряда, составляет приблизительно 0,13. В то же время для пластинчатых теплообменников этот коэффициент равен 0,9.
Удельная металлическая емкость трубопроводных устройств в 2-3 раза превышает металлическую емкость новых пластинчатых устройств.
Режим работы теплообменника и скорость движения охлаждающей жидкости должен быть выбран таким образом, чтобы отложения на стенках могли происходить медленнее. Как пример, когда охлаждающая вода отводится при температуре 45-50°C, соли, растворенные в воде, интенсивно осаждаются на стенках теплообменника.
При проектировании целесообразно определять направление теплоносителей в трубопроводное или межтрубное пространство. Например, загрязненные и находящиеся под давлением охлаждающие жидкости обычно направляются в трубное пространство. Насыщенный пар лучше всего подавать в межтрубное пространство, из которого легче удалить конденсат. Очистка трубного пространства (где загрязнение, скорее всего, будет происходить легче, а живое сечение для прохождения охлаждающей жидкости будет меньше). Это позволяет обеспечить более высокие скорости в трубопроводном пространстве и, следовательно, более высокие коэффициенты теплопередачи охлаждающей жидкости.

Аппараты кожухотрубчатые

Они довольно просты в изготовлении, отличаются способностью развивать большую площадь теплообмена в одном агрегате, надежны в работе.
Корпуса трубчатых теплообменников, используемые в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, с фиксированными трубчатыми решетками и с поперечными перегородками в трубном пространстве, маркируются и классифицируются с помощью индексов:
* по назначению (первая буква индекса): Т - теплообменники; Х - холодильники; К - конденсаторы; И - испарители;
* по конструкции (вторая буква индекса) – Н - с неподвижными трубчатыми решетками; К - с температурным компенсатором на корпусе; П - с плавающей головкой; У - с U-образными трубками; ПК - с плавающей головкой и компенсатором на ней;
* по расположению (третья буква индекса): Г – по горизонтали; Б – по вертикали.
Теплообменники с фиксированными трубчатыми решетками предназначены для отопления и охлаждения, а холодильники - для охлаждения жидких и газообразных сред (водой или другим нетоксичным, негорючим и невзрывоопасным теплоносителем).
Теплообменники и холодильники могут быть установлены горизонтально или вертикально, быть одно-, двух-, четырех- и шестиполосными вдоль трубчатого пространства. Трубы, корпуса и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой стали или нержавеющей стали, а трубы холодильников - из латуни. Распределительные камеры и крышки охлаждающей жидкости изготовлены из углеродистой стали.
Схема теплообменника с фиксированными трубчатыми решетками показана на рис. 1. В корпусе 1 размещен пучок труб, трубки 2 теплообменника которого размещены в трубчатых решетках 3.Решетка для труб прочно соединена с корпусом. С торцов корпус прибора закрыт распределительными камерами 4 и 5. Корпус и камеры соединены фланцевыми соединениями.

Рисунок 1- Теплообменник с прочной трубчатой решеткой

Устройство оснащено разъемами для подачи и отвода рабочих сред (теплоносителей). Одна из охлаждающих жидкостей в этих устройствах перемещается по трубам, другая - в межтрубном пространстве, ограниченном корпусом и внешней поверхностью труб.
Особенностью оборудования типа H является то, что трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки приварены к корпусу. В связи с этим исключается возможность взаимного смещения труб и корпуса; поэтому устройства этого типа также называют теплообменниками жесткой конструкции.
Трубы в трубчатых теплообменниках расположены таким образом, чтобы расстояние между внутренней стенкой корпуса и поверхностью пучка труб было минимальным; в противном случае большая часть теплоносителя может проходить через основную поверхность теплообмена. Чтобы уменьшить количество охлаждающей жидкости между трубной струей и корпусом, в этом помещении устанавливаются специальные наполнители, такие как продольные полосы, приваренные к корпусу, или глухие трубы, которые не проходят через решетки труб и могут быть расположены непосредственно на внутренней стороне корпуса.
Если выбрана площадь сечения трубного пространства (количество и диаметр труб), то в результате теплового расчета определяют коэффициент теплопередачи и площадь теплообмена, на которой производится расчет