Конструирование и расчет элементов технологического оборудования. Расчет кожухотрубного теплообменника

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Новосибирский Государственный Технический Университет

КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНЫХ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ

Расчётно-графическая работа

По дисциплине «Процессы и аппараты защита окружающей среды»

Тема: конструирование и расчет элементов технологического оборудования. Расчет кожухотрубного теплообменника

Выполнил:                                                           Преподаватель:

Факультет: ЛА                                                    Немущенко Д. А.

Группа: СЭ-81

Студент: Кравчук Ирина

Новосибирск

2012

Оглавление

Введение. 3

Исходные данные. 5

Цель работы.. 5

1 Выбор схемы и основных размеров теплообменника. 6

1.1. Выбор схемы теплообменника. 6

1.2. Предварительное определение поверхности теплообмена. 6

1.3 Выбор теплообменных труб. 7

1.4 Определение числа ходов в теплообменнике, длины и числа труб. 7

1.5 Размещение труб в трубной решетке. 8

2 Тепловой расчёт. 8

2.1 Тепловой баланс. 9

2.2 Коэффициент теплоотдачи со стороны греющего пара. 9

2.3 Коэффициент теплоотдачи со стороны нагреваемой воды.. 9

2.4 Коэффициент теплоотдачи. 10

Введение

Кожухотрубные теплообменники являются самыми распростра­ненными аппаратами и применяются во многих отраслях промышлен­ности. Теплопередающая поверхность таких аппаратов может состав­лять от долей до десятков тысяч квадратных метров и состоит из прямых или изогнутых труб. Кожухотрубный теплообменник включа­ет в себя (рис. 1) цилиндрический корпус 1, в котором установлены теплообменные трубы 2, закрепленные в перегородках (трубных ре­шетках) 3 развальцовкой, сваркой или пайкой. С торцов теплообмен­ник закрыт крышками (днищами) 4, которые могут быть приварными или крепиться к корпусу фланцевым соединением 5. На корпусе уста­новлены патрубки для ввода 6 и отвода 7 теплоносителя. Патрубки подвода 8 и отвода 9 другого теплоносителя установлены на крышках, В корпусе могут быть установлены перегородки 10 для направления движения теплоносителя в межтрубном пространстве, а в крышках-перегородки 11 для направления теплоносителя многоходовых теплообменников (на рис. 1 представлен трехходовой теплообменник).

Существуют различные типы кожухотрубных теплообменников. В зависимости от технологического назначения стандарты предусматривают четыре вида кожухотрубных теплообменных аппаратов, что указывается первой буквой условного обозначения типа теплообменника: испарители И, конденсаторы К, холодильники X и теплообменники Т. Конструктивное исполнение аппарата, обеспечивающее компенсацию температурных деформаций его элементов, указано второй буквой условного обозначения: Н - теплообменник с неподвижными трубными решетками (жесткого типа); К - аппарат с температурным компенсатором на кожухе; П - с плавающей головкой; У - с U-образными трубками.

В качестве задания предлагается тип кожухотрубного теплообменника: Тип II - конденсаторы, в которых конденсируемая среда - водяной пар, охлаждающая среда - вода.

Исходные данные

Таблица 1 – исходные данные для расчета.

Тип	Вариант	Греющая среда (водяной пар)		Нагреваемая среда (вода)
		Рп, Бар	Gп, Т/час	Gж, Т/час	Рж, Бар	t1,°С	t2,°С
II	16	0.05	50	-	1.5	20	25

Цель работы

Конструктивный расчет теплообменного аппарата, который включает:

1.  выбор схемы и размеров теплообменника;

2.  определение поверхности теплообмена (тепловой расчет).

1 Выбор схемы и основных размеров теплообменника

1.1. Выбор схемы теплообменника

Выбираем тип теплообменник - горизонталь­ный, с неподвижными трубными решетками.

Горизонтальные теплообмен­ники удобнее в монтаже и эксплуатации, но занимают существенно большую площадь.

Патрубки для подвода греющего пара обычно размещают в верх­ней части теплообменника, а патрубки вывода конденсата - всегда в самой нижней точке корпуса.

Охлаждаемую среду и газообразные теплоносители предпочтительно направлять в меж­трубное пространство. В водоподогревателях и конденсаторах, где греющая среда- пар, основным источником загрязнений поверхностей теплопередачи является нагреваемая вода. В этом случае предпочти­тельнее воду направлять в трубы, так как очистка труб с внутренней поверхности значительно проще.

1.2. Предварительное определение поверхности теплообмена

Для того чтобы определить основные конструктивные размеры элементов теплообменника, необходимые для расчета, следует ориен­тировочно определить величину поверхности теплообмена F. Для это­го определяют количество тепла, передаваемого в теплообменнике, как

Q = G_nr,                                                      (1.1a)

Здесь G_n - расход пара, r- теплота фазового перехода (парообразования).

Q = 2425∙50∙10⁶ = 1,213∙10¹¹ Дж/час = 33,680∙10⁶ Вт.

Площадь теплопередающей поверхности аппарата определяется как: