Федеральное агентство по образованию РФ
ФГАУ ВПО «Уральский Федеральный Университет – УПИ
им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Кафедра Промышленной теплоэнергетики
Курсовой проект
по дисциплине:
«Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий»
Расчет теплообменного аппарата
Екатеринбург 2011
Задание на курсовое проектирование
Тема проекта:
Вертикальный теплообменный аппарат с жесткой трубной решеткой.
Исходные данные:
Греющий теплоноситель – насыщенный пар (межтрубное пространство):
Pизб = 0,7 МПа.
Нагреваемый теплоноситель - вода (трубки):
= 15 0С;
= 95 0С;
Рабс =0,8 МПа.
Содержание проекта:
Тепловой и конструктивный расчет;
Гидравлический расчёт;
Механический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата;
Расчёт тепловой изоляции;
КИП и А;
Требования «Ростехнадзора».
Графическая часть проекта:
Продольный и поперечный разрезы аппарата (А1), деталировка верхней крышки (А1).
1. Описание аппарата
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации теплоносителей в различных технологических процессах.
Кожухотрубчатый теплообменник представляет собой аппарат, выполненный из пучков труб, собранных при помощи трубной решетки, и ограниченный кожухом и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости и коэффициента теплоотдачи теплоносителей.
Теплообменник сварной с прямыми трубками, завальцованными в трубные доски. Трубки латунные с диаметром 18/16 мм. Коэффициент теплопроводности латуни λ=104,7 Вт/м·К. Корпус выполнен из стали (Ст20).
2. Тепловой и конструктивный расчет
Ориентировочно по существующим конструкциям выбираем:
наружный диаметр трубок dнар=18×1 мм;
внутренний диаметр трубок dвн=16 мм.
Выбираем из справочника оптимальную скорость теплоносителя внутри трубок ω0 = 1,1 м/с.
Определяем число трубок.
Температурный напор.
, где
0С
0С
170, 4 оС – температура насыщения при давлении Pизб = 0,7 МПа
0С
Найдем средние температуры теплоносителей. При противотоке считают допустимым определять среднюю температуру теплоносителя с меньшим температурным перепадом как среднеарифметическую, а среднюю температуру другого теплоносителя по формуле .
0С
Теплоемкость воды и ее плотность определяется по средней температуре из таблиц:
св = 4,176 кДж/(кг∙К);
ρв = 983,6 кг/м3;
Определяем тепловую мощность.
Qв==4,176∙22,22∙(95 - 15) = 7424 кВт
Расход воды Gв=80 м3/ч=22,22 кг/с
Число труб:
Принимаем число трубок 100, уточняем скорость:
Расположение трубок в трубной решетке: по вершинам равностороннего треугольника.
Шаг между центрами трубок:
t = dн∙1,3=0,018∙1,3=0,0234 м.
Определение внутреннего диаметра корпуса
Положение крайних трубок.
м.
Внутренний диаметр (аппарат принимается двухходовым):
м
L - наибольшая суммарная длина перегородок в днище аппарата, м.
Округляем в большую сторону до стандартного значения: Dвн=0,5 м.
Для насыщенного водяного пара скорость в межтрубном пространстве не проверяется.
Определение коэффициента теплопередачи.
При dср/δ≥2
- теплопроводность материала из которого изготовлена трубка для латуни, = 104,7 Вт/м×К;
- толщина стенки трубки, м.
Определение коэффициента теплоотдачи от трубок к воде aм (вынужденное течение внутри трубок):
=4,7576·10-7 - кинематическая вязкость при tсрв = 59,8 оС;
=2,99 (при tсрв = 59,8 оС)
=1,55 (при tсрст = 112 оС (принимается предварительно))
lж1=0,6545 Вт/(м×К) - теплопроводность пленки конденсата.
Определение коэффициента теплоотдачи от пара к трубкам aп (пленочная конденсация на вертикальной трубе):
где lж = 0,6769 Вт/м×К - теплопроводность пленки конденсата;
ρ=955 кг/м3 – плотность конденсата;
g = 9,81 м2/с – ускорение свободного падения;
r =2047 Дж/кг – удельная теплота парообразования;
=0,000273 Н·с/м2 - коэффициент динамической вязкости конденсата;
; Δt=170,4-112=58,40С;
h =0,15 м- расстояние между перегородками.
Пересчитаем температуру стенки:
tст= 0С
Погрешность в определении температуры стенки:
Δ=, что не превышает 5 %.
Коэффициент теплопередачи:
где δ=0,001м – толщина стенки трубки.
Определение площади поверхности нагрева и размеров ее элементов.
Найдем длину трубок при числе ходов z =2:
м;
Отношение K=
Dвн=0,5м.
Выбираем наружный диаметр корпуса из ряда стандартных наружных диаметров Dн = 530 мм
Определение диаметров патрубков.
- диаметр патрубка для пара:
, м
Gп =Q·(h”-h’)=7424·(2768,3-720.9)=3,63 кг/с – расход пара;
νп =0,24 м3/кг – удельный объем пара;
wп – скорость пара, м/с, принимаем 30 м/с.
м.
- диаметр патрубка для конденсата:
=м
wв – скорость воды в патрубке, принимаем 3 м/с.
- диаметр патрубка для нагреваемой воды:
=м
wв – скорость воды в патрубке, принимаем 1,3 м/с.
3. ............
