Проектирование теплообменного аппарата

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине “Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий”

Э - 330. 0000. 000. 00. ПЗ

 

Нормоконтролер: Руководитель:

Шашкин В. Ю. Шашкин В. Ю.

“____” __________2009 г. “____” _________2009 г.

Выполнил:

Студент группы Э-330

___________ Нафтолин А.Ю.

“____” __________2009 г.

 

Челябинск

2009

Аннотация

Ложкина Э.А. Проектирование теплообменного аппарата.- Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2009, ??с. Библиография литературы – 3 наименования. 1 лист чертежа ф. А1.

Данный проект содержит тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический и прочностной расчёты горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата типа ОГ. В результате расчетов были определены тепловые и основные конструктивные характеристики теплообменного аппарата, гидравлические потери по ходу водяного тракта

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.  Тепловой конструктивный и компоновочный расчёты

2.  Гидравлический расчёт

3.  Прочностной расчёт

Заключение

Литература

Введение

Горизонтальный охладитель ОГ сварной четырёхкорпусной с диаметром трубок 22/26 мм предназначен для охлаждения конденсата и подогрева химически очищенной воды.

Данный тип охладителей может быть установлен для турбин типа ВК-50-1, ВК-50-4.

Горизонтальный охладитель представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из четырёх корпусов, каждый из которых является кожухотрубчатой системой. В трубной системе теплоноситель делает один ход, а в межтрубном пространстве второй теплоноситель совершает два хода, для этого между трубками установлена перегородка, которая делит полость межтрубного пространства на две равные камеры. Теплоносители в системе аппарата протекают по принципу противотока.

Теплоносители составляют систему «жидкость-жидкость»

Данный теплообменный аппарат устанавливается на двух опорах.

1. Тепловой и компоновочный расчёты

 

1)  Определим конечную температуру охлаждаемой среды:

Уравнение теплового баланса:

Q₁·η=Q₂=Q; (1-1)

Q₁=G₁·c₁· (t-t) – теплота отданная первым теплоносителем, (1-2)

Q₂=G₂·c₂· (t-t) – теплота воспринятая вторым теплоносителем,(1-3)

Решая данные уравнения, совместно определяем конечную температуру охлаждаемой среды:

t= t - ; (1-4)

Средние температуры обоих теплоносителей:

t_2ср===55˚С, теплоёмкость при данной температуре с₂=4,1825;

Принимаем температуру горячего теплоносителя равной 52˚С,

t_1ср===66˚С, теплоёмкость при данной температуре с₁=4,1811;

КПД теплообменника: η=0,98

t=80˚С–=52,4˚С- первоначальное допущение верно;

Теплопередача в теплообменнике:

Q=(90·1000/3600) ·4,177· (70-40)=3133 кВт;

2)  Параметры сред:

Вода при температуре t= 52˚С:

Ρ=987,12  - плотность жидкости,

λ=0,65  - коэффициент теплопроводности,

υ=0,540·10^-6  - коэффициент кинематической вязкости,

Pr=3,4 – критерий Прандтля;

Вода при температуре = 70˚С:

ρ=977,8  - плотность жидкости,

λ=0,668  - коэффициент теплопроводности,

υ=0,415·10^-6  - коэффициент кинематической вязкости,

Pr=2,58 – критерий Прандтля;

3)  Определение скоростей:

Для начала определим число трубок в первом ходе, для этого зададимся скоростью охлаждающей воды в трубках. По п.1.3 (Рекомендуемые скорости теплоносителей) [1] ω₂=1-3 м/с. Принимаем ω₂=2 м/с.:

(1-5)

 шт.

Т.к. наш теплообменный аппарат 4-х секционный => общее число труб во всех секциях равно:

 (где Z=4) (1-6)

Расстояние между осями труб выбираем по наружному диаметру трубы:

[1] (1-7)

Внутренний диаметр корпуса многоходового аппарата равен:

 (где η-коэффициент заполнения трубной решетки) (1-8)

η=0,6-0,8. Принимаем η=0,6=>м

Определим скорость теплоносителя протекающего в межтрубном пространстве. Для этого воспользуемся уравнением неразрывности:

 (где  - площадь межтрубного пространства) (1-9)

Для начала найдем, эта площадь равна:

==

Таким образом, из уравнения неразрывности => Что

4) Определение коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубах:

Re_ж2= - критерий Рейнольдса, (1-10)

Re_ж2=;

Nu₂=0,021· (Re_ж)^0,8· (Pr_ж)^0,43(1-11) – число Нуссельта, (где Prс- число Прандтля при температуре внутренней стенки трубы, т.е. при tс=70-52=18˚С);

Prс=5,02;

Nu₂=0,021· (81482)^0,8· (3,4)^0,43·;

α₂=- коэффициент теплоотдачи от стенки к среде, (1-12)

 ;

5) Определение коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве:

При продольном омывании пучков труб в межтрубном пространстве кожухотрубчатых аппаратов за определяющий размер принимают эквивалентный диаметр, который с учетом периметра корпуса аппарата равен:

(1-13)

где Dвн - внутренний диаметр кожуха; m - количество труб в одном пучке;

dн - наружный диаметр труб;

 м

Re_ж1=- критерий Рейнольдса,

Re_ж1=

Nu1=Nu_тр·1,1· ()^0,1 (1-14) – число Нуссельта при продольном омывании трубного пучка, где Nu_тр–число Нуссельта при течении в трубах,

Nuтр=0,021· (Re_ж)^0,8· (Pr_ж)^0,43 (1-15)– число Нуссельта, ( где Prс- число Прандтля при температуре стенки трубы, т.е. при tс=70-52=18˚С);

Prс=5,02;

Nu_тр=0,021· (67663)^0,8· (2,58)^0,43196;

Nu₁=196·1,1·=223;

α₁=- коэффициент теплоотдачи от стенки к среде,

α₁==4137,9 .

 

6) Определение коэффициента теплопередачи:

 

К =, (1-16)

R_з=0,00017  по табл. 1.3 [1]

Материал трубок ст20 λ_с=57,

К =;

7) Температурный напор:

Схема течения теплоносителей в теплообменнике - противоток.

Δt_прт=, (1-17)

Δt_прт==29°С,

 

8) Тепловой напор:

q=k· Δt, (1-18)

q=1753,5·29°С=51.

9) Площадь поверхности нагрева:

 

F=, (1-19)

F==61 м²,

 

10) Длина труб в одной секции:

 

l=, (1-20)

l==5,5 м;