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

Оглавление

I. Введение

II. Конструктивный тепловой расчет

III. Проверочный тепловой расчет

IV. Графическая часть курсовой работы

Вывод

Список литературы

.       
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 одно- и 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

) 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.

) 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.

) 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..  
Проверочный тепловой расчет теплообменного 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 тепло- и массообменных аппаратов и их теплофизические свойства - Москва, 2006.