Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА» ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ Институт технологии Кафедра охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Моделирование технологических и природных систем» на тему: Разработка модели теплообменного аппарата Выполнил студент учебной группы № 819.1 Макарова А.А. (фамилия, имя, отчество) Проверил зав. каф., к.т.н. Никифоров А. О. (должность, фамилия, имя, отчество) Санкт-Петербург 2018 Содержание Введение ........................................................................................................................... 3 Классификация теплообменного оборудования .......................................................... 4 Рекуперативные теплообменные аппараты ............................................................... 5 Виды и свойства теплоносителей .................................................................................. 9 Расчёт теплообменника в программе HeatExchange .................................................. 11 Используемая методика расчёта ............................................................................... 12 Расчёт коэффициентов теплоотдачи ........................................................................ 14 Ориентировочный расчёт кожухотрубчатого теплообменника ............................ 18 Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменника ...................................... 18 Заключение..................................................................................................................... 20 Библиографический список .......................................................................................... 21 2 Введение Теплообменный аппарат (теплообменник) — это устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими средами. Устройства, в которых между средами происходит массообмен, называют массообменными аппаратами. Аппараты, в которых одновременно протекают тепло- и массообмен, называют тепломассообменными. Движущиеся среды, обменивающиеся теплотой или применяемые для передачи теплоты от более нагретых тел и веществ к менее нагретым, называют теплоносителями. Наибольшее распространение в тепломассообменных и теплотехнологических установках получили следующие процессы: нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, дистилляция, и т.д. По потенциалу теплоносителя оборудование низкотемпературное, среднетемпературное высокотемпературным установкам и относятся можно разделить на высокотемпературное. К промышленные печи, им соответствуют рабочие температуры в пределах 400-2000 °C. Низко- и среднетемпературное оборудование представляет собой теплообменные аппараты, установки для тепловлажностной обработки и сушки материалов и изделий, установки утилизации тепла и пр. Рабочий диапазон среднетемпературных процессов и установок находится, как правило, в пределах 150-700 °C. Процессы с более низкими температурами, до -150 °C, называют криогенными. Изучение тепло- и массообменных процессов и установок даёт возможность правильно осуществлять выбор теплоиспользующего оборудования для решения вопросов по экономии энергоресурсов на промышленных объектах, а это является одной из задач в работе инженера-энергетика. 3 Классификация теплообменного оборудования Теплообменный аппарат – это особое устройство, которое предназначено для того, чтобы осуществлять передачу тепла от одной среды к другой. Стоит отметить, что теплообменник не расценивается в качестве самостоятельного аппарата, а лишь в комплекте с тепловым оборудованием. Теплообменные аппараты различают по назначению, принципу действия, фазовому состоянию теплоносителей, конструктивным и другим знакам. По назначению теплообменные аппараты делятся на подогреватели, испарители, конденсаторы, холодильники и т. д. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные. Рекуперативными называются такие аппараты, в которых тепло от горячего теплоносителя к холодному передаётся через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются паровые котлы, подогреватели, конденсаторы и др. Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости тепло воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости это аккумулированное тепло ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др. В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи тепла неизбежно связан с поверхностью твёрдого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными. В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путём непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с 4 материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др. Если участвующие в тепломассообмене горячий и холодный теплоносители перемещаются вдоль поверхности нагрева в одном и том же направлении, тепломассообменный аппарат называют прямоточным, при встречном движении теплоносителей и сред — противоточным, а при перекрестном движении — перекрестноточным. Перечисленные схемы движения теплоносителей и сред в аппаратах называют простыми. В том случае, когда направление движения хотя бы одного из потоков по отношению к другому меняется, говорят о сложной схеме движения теплоносителей и сред. Рекуперативные теплообменные аппараты Рекуперативные теплообменные аппараты — это установки, работающие в периодическом или в стационарном тепловом режиме. Аппараты периодического действия обычно представляют собой сосуды большой вместимости, которые через определённые промежутки времени заполняют обрабатываемым материалом или одним из теплоносителей, нагревают или охлаждают его, а затем удаляют. В стационарном режиме работают, как правило, аппараты непрерывного действия. Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов весьма разнообразны и предназначены для работы с теплоносителями типов жидкость-жидкость, пар-жидкость, газ-жидкость. Значительно чаще используются теплообменные аппараты непрерывного действия, среди которых наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1). Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скреплённых при помощи трубных решёток и ограниченных кожухами и крышками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них разделено перегородками на несколько ходов. В кожухотрубчатых теплообменниках обычно применяют трубы внутренним диаметром не менее 12 мм и не более 38 мм, так как при увеличении 5 диаметра труб значительно снижается компактность теплообменника и возрастает его металлоёмкость. Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5-6 м. Толщина стенки труб — от 0,5 до 2,5 мм. Трубные решётки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, запайки или сальниковых соединений. Кожух аппарата представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Он снабжён фланцами, к которым болтами крепятся крышки. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не делается тоньше 4 мм. Из-за различия температур греющей и нагреваемой сред кожух и трубы работающего аппарата также имеют различные температуры. Для компенсации напряжений, возникающих в результате различия температурных расширений труб и кожуха, применяют линзовые компенсаторы, U- и W-образные трубы, теплообменники с плавающими камерами (рис. 1). Рис. 1. Кожухотрубчатые рекуперативные теплообменные аппараты: а, б — с жёстким креплением труб в трубных решётках; в — с линзовыми компенсаторам корпусе; г, д — с U- и W-образными трубками; е — с нижней плавающей распределительной камерой 6 С целью интенсификации теплообмена увеличивают скорость теплоносителей с низким коэффициентом теплоотдачи, для чего теплообменники по теплоносителю, проходящему в трубах, делают двух-, четырёх- и многоходовыми, а в межтрубном пространстве устанавливают сегментные или концентрические поперечные перегородки (рис. 1). Если перепады давления между греющей и нагреваемой средами в аппарате достигают 10 МПа и более, применяют змеевиковые теплообменники с витыми трубами (рис. 2, а), концы которых вваривают в распределительные коллекторы или в меньшие по размерам трубные решётки. Эти аппараты более компактны, а также позволяют обеспечить более высокие скорости и коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя, движущегося в трубах, в случае малых его расходов. Пластичные теплообменники (рис. 2, а, б) имеют щелевидные каналы, образованные параллельными пластинками. В простейшем случае пластины могут быть плоскими. Для интенсификации теплообмена и повышения компактности пластинам при изготовлении придают различные профили (рис. 2, в, г), а между плоскими пластинами помещают профилированные вставки. Первые профилированные пластины изготовлялись из бронзы фрезерованием и отличались повышенной металлоемкостью и стоимостью. В настоящее время пластины штампуют из листовой стали (углеродистой, оцинкованной, легированной), алюминия, мельхиора, титана и других металлов и сплавов. Толщина пластин — от 0,5 до 2 мм. Поверхность теплообмена одной пластины — от 0,15 до 1,4 м2, расстояние между пластинами — от 2 до 5 мм. 7 Рис. 2. Пластинчатые теплообменники: а — пластинчатый воздухоподогреватель; б — разборный пластинчатый теплообменник для тепловой обработки жидких сред; в — гофрированные пластины; г — профили каналов между пластинами; I, II — вход и выход теплоносителя Пластинчатые теплообменники бывают разборными и неразборными. В разборных аппаратах герметизацию каналов обеспечивают с помощью прокладок на основе синтетических каучуков. Их целесообразно применять при необходимости чистки поверхностей с обеих сторон. Они выдерживают температуры в диапазоне от -20 до 140-150 °C и давления не более 2-2,5 МПа. Неразборные пластинчатые теплообменники выполняют сварными. Они могут работать при температурах до 400 °C и давлениях до 3 МПа. Из попарно сваренных пластин изготовляют полуразборные теплообменники. К аппаратам этого же типа относятся блочные, которые набирают из блоков, образованных несколькими сваренными пластинами. Пластинчатые теплообменные аппараты применяют для охлаждения и нагревания жидкостей, конденсации чистых паров и паров из парогазовых смесей, а также в качестве греющих камер выпарных аппаратов. 8 Виды и свойства теплоносителей В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители. Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств: 1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена. 2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты. 3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах. Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения. Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжёлыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко. Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи 9 Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой. Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °C, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °C, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно. К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее: 1. Малая плотность газов, которая влечёт за собой необходимость получения больших объёмов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов. 2. Вследствие малой удельной теплоёмкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом обстоятельство количестве вынуждает с высокой применять температурой; огнеупорные последнее материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями. 3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой. К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, которые кипят при температурах ниже 0 °C. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны. 10 Расчёт теплообменника в программе HeatExchange Программа Heat Exchangers Design (HeatExchange) предназначена для проведения ряда тепловых расчетов следующих видов теплообменников: теплообменника труба-в-трубе (агрегатное состояние продукта и теплоносителя не меняется); кожухотрубчатого теплообменника (агрегатное состояние, как продукта, так и теплоносителя может изменяться); пластинчатого теплообменника (агрегатное состояние продукта и теплоносителя не меняется); внутреннего концентрического змеевика емкостного аппарата (агрегатное состояние продукта в аппарате не меняется, в змеевике возможна конденсация паров теплоносителя); рубашек емкостного аппарата, выполненных из труб, полутруб, уголка или швеллера (агрегатное состояние продукта в аппарате не меняется, в рубашке возможна конденсация паров теплоносителя). В состав программного комплекса также входит справочник теплофизических свойств веществ, содержащий зависимости характеристик используемых рабочих сред и теплоносителей от температуры: плотность, вязкость, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, коэффициент объемного расширения, коэффициент поверхностного натяжения, удельная теплота парообразования, а также коэффициенты теплопроводности материалов стенок и изоляционных материалов. Программный комплекс может применяться в проектных отделах химических предприятий, а также в учебном процессе при обучении студентов соответствующих специальностей. В целях обучения был выбран кожухотрубчатый теплообменник. Для этого в программе проводились ориентировочные, а затем поверочные расчёты, по исходным данным варианта. Исходные данные были следующие: 11 Трубное пространство Состав смеси: Бензол: 100% Вещество/смесь является продуктом Тепловой процесс без изменения агрегатного состояния Вещество/смесь находится в жидком состоянии Начальная температура, гр.С: 100 Конечная температура, гр.С: 30 Массовый расход, кг/ч: 35 Межтрубное пространство Состав смеси: Рассол CaCl2: 100% Вещество/смесь является теплоносителем/хладагентом Тепловой процесс без изменения агрегатного состояния Вещество/смесь находится в жидком состоянии Начальная температура, гр.С: -12 Конечная температура, гр.С: 34,224 Массовый расход, кг/ч: 35 Материал труб: Латунь (67% Cu, 33% Zn) Расположение теплообменника: Горизонтальное Используемая методика расчёта Для решения задачи теплообмена требуется задать ряд исходных и справочных данных. При выборе вещества из базы данных все его известные теплофизические свойства задаются автоматически. Также допускается их ввод пользователем системы. Для продукта, если его фазовое состояние не меняется, требуется задать температуру на входе и выходе теплообменника, а также массовый расход. Если фазовое состояние продукта изменяется (продукт конденсируется или испаряется), то необходимо задать его давление (для чистого вещества), или температуру кипения (для смеси), а также массовый расход. Если в теплообменнике происходит подогрев жидкости до температуры кипения и (или) перегрев паров, охлаждение паров до температуры конденсации и (или) переохлаждение конденсата, также необходимо задать температуру на входе и выходе теплообменника. Для теплоносителя, если его фазовое состояние не меняется, необходимо задать начальную температуру и еще один параметр: конечную температуру либо 12 массовый расход. В случае изменения фазового состояния теплоносителя задается его давление (для чистого вещества) или температура кипения (для смеси). Расчет требуемой поверхности теплообмена состоит из нескольких этапов [1, 2]: 1. Определение тепловой нагрузки аппарата по продукту, среднего логарифмического температурного напора и средних температур продукта и теплоносителя. 2. Определение из теплового баланса расхода теплоносителя (если задана его конечная температура) либо конечной температуры (если задан расход теплоносителя). 3. Если выбран ориентировочный вид расчета (для кожухотрубчатого теплообменника, внутреннего змеевика или рубашки) или расчет по заданному коэффициенту теплопередачи Kt , производится определение ориентировочной площади поверхности теплообмена. Если выбран поверочный тип расчета, то см. п.5. 4. Предварительный выбор теплообменника по найденной поверхности теплообмена. 5. Определение коэффициентов теплоотдачи для продукта и теплоносителя с использованием критериальных уравнений для соответствующих тепловых процессов, режимов теплоносителей, конструкционных характеристик теплообменника (площадей проходных сечений трубного и межтрубного пространства, геометрического расположения труб и т.д.). 6. Определение температур стенок со стороны продукта и теплоносителя из решения системы уравнений баланса тепловых потоков. 7. Пересчет коэффициента теплопередачи с учетом термических сопротивлений слоев загрязнений стенок со стороны продукта и теплоносителя. 8. Определение расчетной поверхности теплообмена по основному уравнению теплопередачи и окончательный выбор теплообменника. 13 Расчёт коэффициентов теплоотдачи Выбор уравнений для уточненного расчета коэффициентов теплоотдачи зависит от характера теплообмена (без изменения агрегатного состояния, кипение или конденсации), от вида выбранной поверхности теплообмена (плоской, трубчатой), от типа конструкции (кожухотрубчатый теплообменник, змеевик, рубашка и др.), от режима движения теплоносителя (турбулентный, промежуточный или ламинарный) [2]. В общем виде критериальная зависимость для определения коэффициентов теплоотдачи имеет вид: Nu f Re , Pr ,Gr,... , где: l – критерий Нуссельта; Nu g d3 2 Gr 2 c Pr Re – критерий Прандтля; vd t – критерий Грасгофа; – критерий Рейнольдса; β – коэффициент объемного расширения, К-1 d – диаметр аппарата, м; l – геометрический параметр аппарата, м; c, λ, µ, – удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, динамическая вязкость (Дж/кг°К, Вт/м°К, Па·с, м²/с); v – скорость потока, м/с; ρ – плотность конденсата, кг/м³; ∆t – разность температур между стенкой и средой, °К. Во многие расчетные формулы для определения коэффициента теплоотдачи в явном или неявном виде входит температура стенки. Таким образом, в общем виде выражения для расчета коэффициентов теплоотдачи можно записать в следующем виде: l f Re , Pr ,Gr,t ст ... 14 Ниже приводятся выражения для расчета коэффициентов теплоотдачи, используемые в системе. Для случая свободной конвекции жидкости или газа (емкостной аппарат без перемешивающего устройства, теплоотдача от тепловой изоляции в окружающий воздух и т.п.) [3], с.134: 1,18 Gr Pr 0 ,125 H 0,54 Gr Pr 0 , 25 H Pr Prст 0 , 25 Pr Pr ст 0 , 25 0,135 Gr Pr 0 , 33 H , если Gr·Pr ≤ 500; , если 500 < Gr·Pr ≤ 2·107; Pr Pr ст 0 , 25 , если Gr·Pr > 2·107, где Н – высота теплообменной поверхности; Prст – значение критерия Прандтля при температуре стенки. Для случая вынужденного движения жидкости или газа по трубам и каналам (кожухотрубчатый теплообменник, «труба-в-трубе») [3], с.128, 129: d d d 0,021 Re Pr 0 ,8 0,0015 Re 1, 09 0,17 Re Pr 0 , 33 0 , 43 Pr Pr Prст 0 , 43 0 , 43 0 , 25 Pr Prст Gr 0 ,1 , если Re > 10000 (турбулентный режим); 0 , 25 , если 2300 ≤ Re < 10000 (переходный режим); Pr Prст 0 , 25 , если Re < 2300 (ламинарный режим), где d – внутренний диаметр трубы (эквивалентный диаметр канала). Для случая поперечного обтекания жидкостью или газом пучка труб (межтрубное пространство кожухотрубчатого теплообменника) [3], с.130, 131: dн 0,6 0,22 Re 0 , 65 Pr 0 , 36 Pr Prст 0 , 25 , если Re ≥ 1000 и в трубной решетке шахматное расположение труб; dн 0,6 0,4 Re Pr 0, 6 0 , 36 Pr Prст 0 , 25 , если Re ≥ 1000 и в трубной решетке рядное расположение труб; 15 dн 0,6 0,56 Re Pr 0,5 0 , 36 Pr Prст 0 , 25 , если Re < 1000, где dн – наружный диаметр трубы Для случая кипения жидкости на наружной поверхности пучка труб (кипение в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника) [4], с.151: 600 p 10 6 1, 33 tст t 2 , 33 , где p – давление паров чистого вещества или смеси, МПа; Ф принимает следующие значения: 1 – для воды, 0,204 – для рассола, 0,155 – для сахара (25%), 0,02 – для бензола, 0,025 – для толуола, 0,074 – для этанола и 0,033 – для метанола. Для случая кипения жидкости при вынужденном движении в трубах (кипение в трубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника) [3], с.137, 138: 3 0, 6667 2 t t 2 п ст , 0.075 0.75 t 273 п где ρп - плотность пара, кг/м3; σ - коэффициент поверхностного натяжения, Н·м. Для случая конденсации пара в вертикальном аппарате (конденсация в трубном и межтрубном пространстве вертикального кожухотрубчатого теплообменника) [4], с.150: r 2 3 9,807 1,15 H t t ст 0.25 , где r – удельная теплота конденсации (парообразования), Дж/кг; H – рабочая высота вертикальной трубы, м. Для случая конденсации пара в горизонтальном аппарате (конденсация в трубном и межтрубном пространстве горизонтального кожухотрубчатого теплообменника) [4], с.150: r 2 3 9,807 0,72 d t tст 0.25 Для случая турбулентного перемешивания в аппарате с механическими мешалками (вертикальный аппарат с перемешивающим устройством) [5], с.160: 16 N c 2 3 0,267 2 V 0.25 , где N – мощность, затрачиваемая на перемешивание, Вт; V – объём среды в аппарате, м3. Для случая вынужденного движения жидкости в змеевике, рубашке из полутруб (движение жидкости во внутреннем концентрическом змеевике, рубашке емкостного аппарата, выполненной из труб, полутруб, уголка или швеллера) [5], с.170: dз 0,023 Re Pr 0 ,8 0 , 33 ст 0 ,14 t , где dз – внутренний диаметр трубы змеевика или эквивалентный диаметр канала рубашки, м; μст – динамическая вязкость жидкости при температуре стенки, Па·с; εt – поправка на изогнутость канала змеевика или рубашки. Для случая конденсации пара в змеевике, рубашке из полутруб (конденсация пара во внутреннем концентрическом змеевике, рубашке емкостного аппарата, выполненной из труб, полутруб, уголка или швеллера) [5], с.171: 3 п 9,807 0.555 r 0,68 c t tст t tст d з 0 ,8 0.086 4 Gк с 1 d d з п з 0 , 25 если Reп < 35000; 0, 33 во всех остальных случаях, где Reп – критерий Рейнольдса для пленки конденсата; Gк – массовый расход конденсата, кг/с. Для случая движения жидкости в пластинчатом теплообменнике [4], с.178: dэ 0,135 Re 0 , 73 Pr 0 , 43 Pr Prст 0 , 25 , где dэ – эквивалентный диаметр каналов пластин теплообменника, м. 17 Ориентировочный расчёт кожухотрубчатого теплообменника Выбор стандартного теплообменника Найден подходящий теплообменник Требуемая поверхность теплообмена, м.кв.: Действительная поверхность теплообмена, м.кв.: Параметры кожухотрубчатого теплообменника Обозначение теплообменника: Поверхность теплообмена, м.кв.: Внутренний диаметр кожуха, мм: Длина труб теплообменника, мм: Толщина стенок труб, мм: Наружный диаметр труб, мм: Число ходов по трубам: Площадь проходного сечения одного хода по трубам, м.кв.: Площадь проходного сечения в вырезе перегородки, м.кв.: Площадь проходного сечения между перегородками, м.кв.: Расположение труб в трубной решетке: Максимальное число рядов труб: Количество найденных теплообменников, [шт.] 0,973 1,200 ТН, ТК, ХК 1,200 159 1000 2 20 1 0,004 0,002 0,007 Шахматное 5 1 Поверочный расчёт кожухотрубчатого теплообменника Расчет Средняя температура в трубном пространстве, гр.С: 65 Средняя температура в межтрубном пространстве, гр.С: 11,112 Средняя разность температур, гр.С: 53,002 Поправочный коэффициент Epsilon DeltaT: 0,760 Средняя разность температур с учетом Epsilon DeltaT, гр.С: 40,286 Скорость потока в трубном пространстве, м/с: 0,003 Скорость потока в межтрубном пространстве, м/с: 0,001 Формулы для расчета коэффициентов теплоотдачи Коэффициент теплоотдачи для трубного пространства рассчитывается по формуле для случая вынужденного движения жидкости или газа по трубам и каналам Критерий Рейнольдса для трубного пространства: 99,488 Ламинарный режим (Re<2300) Коэффициент теплоотдачи для межтрубного пространства рассчитывается по формуле для случая поперечного обтекания жидкостью или газом пучка труб Критерий Рейнольдса для межтрубного пространства: 8,713 18 Найденные температуры стенок Температура стенки в трубном пространстве, гр.С: Температура стенки в межтрубном пространстве, гр.С: Результат расчета Коэффициент теплопр-ти материала трубы, Вт/(м*К): Коэфф-т теплоотдачи в трубном пространстве, Вт/(м.кв.*К): Коэфф-т теплоотдачи в межтрубном пр-ве, Вт/(м.кв.*К): Сопр-е загрязнений в трубном пр-ве, м.кв.*К/Вт: Сопр-е загрязнений в межтрубном пространстве, м.кв.*К/Вт: Коэффициент теплопередачи, Вт/(м.кв.*К): Тепловой поток по продукту, Вт: Требуемая поверхность теплообмена, м.кв.: Действительная поверхность теплообмена, м.кв.: Теплообменник подходит 32,710 32,674 102,411 56,137 84,068 0,00018 0,00020 33,214 1301,764 0,973 1,200 19 Заключение В данной курсовой работе была приведена классификация теплообменного оборудования и рассмотрена программа HeatExchange. Произведены тепловой и гидравлический расчёты кожухотрубного теплообменного аппарата в прямоточном режиме. По результатам расчётов программой был предложен теплообменник со следующими характеристиками: Поверхность теплообмена, м.кв.: Внутренний диаметр кожуха, мм: Длина труб теплообменника, мм: Толщина стенок труб, мм: Наружный диаметр труб, мм: Число ходов по трубам: Площадь проходного сечения одного хода по трубам, м.кв.: Площадь проходного сечения в вырезе перегородки, м.кв.: Площадь проходного сечения между перегородками, м.кв.: Расположение труб в трубной решетке: Максимальное число рядов труб: 1,200 159 1000 2 20 1 0,004 0,002 0,007 Шахматное 5 20 Библиографический список 1. Расчет теплообменника: метод. указания / сост. : А.Б. Мозжухин, Е.А. Сергеева. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 32 с. 2. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: Химия, 1991. – 496 с. 3. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): Учеб. пособие для вузов. / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, М.И. Курочкина. – СПб : Химия, 1993. – 496 с. 4. Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности «Машины и аппараты химических производств»/И. В. Доманский, В. П. Исаков, Г. М. Островский и др.; под общ. ред. В.Н. Соколова – Л.: Машиностроение, 1982. –384 с., ил. 5. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета / Л.Н. Брагинский, В.И. Бегачев, В.М. Барабаш. – Л.: Химия, 1984, 336с. 6. Основные теплофизические свойства газов и жидкостей. Кемеровское книжное издательство, – 1971. 7. Методы расчетов процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): Учеб. пособие для вузов/ П.Г. Романков и др. - СПб: Химия, 1993. с.130,131 8. Исследование работы теплообменного аппарата при имитацион- ном моделировании: Методическое пособие к лабораторной работе / Авт. – сост. Г.А. Дрейцер. – М.: Изд-во МАИ, 2001. – 34 с. 21
