Расчет и проектирование кожухотрубного конденсатора

      Министерство  сельского хозяйства и продовольствия

        Республики Беларусь 
 

      Учреждение  образования

      «Гродненский  государственный аграрный университет» 
 
 

      Специальность: 1-49 01 01

    «Технология хранения и переработки пищевого растительного сырья»

    Группа:1а 
 
 
 

      КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

      Тема: Расчет и проектирование кожухотрубного конденсатора 
 

      ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Разработала: Старовойтова Л.В.

     Руководитель  проекта: Овчинников Е.В.                                                            
 
 
 
 
 
 

      2009 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                         4

1 Тепловой  расчет                  5

2 Уточненный  расчет поверхности теплообменника                 7

3 Гидравлический  расчет                 9

4 Основные  параметры теплообменника              10 5 Конструктивные характеристики теплообменника                              10

Литература                            11

Приложение     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Введение

   

   

   Конденсатор (лат. condense — уплотняю, сгущаю) — теплообменный аппарат для конденсации (превращения в жидкость) паров вещества путём охлаждения.

   Принцип действия основан на том, что насыщенный пар подвергается температуре ниже температуры насыщения. Так как насыщенный пар существует в точке кипения жидкости, он находится в самой низкой температуре, которая возможна для сохранения свойств пара. Следовательно, минимальное понижение температуры заставляет пар конденсироваться. Когда насыщенный пар охлаждается, его молекулы попадают под действие сил жидкой молекулярной структуры и возвращаются в жидкое состояние.

    По  способу охлаждения различают конденсаторы смешения и поверхностные конденсаторы. В конденсаторах смешения пар  непосредственно соприкасается  с охлаждающей водой и получающийся конденсат смешивается с последней. В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку. Недостатком поверхностных конденсаторов является большая металлоемкость и большой расход охлаждающего агента. В качестве поверхностных конденсаторов наиболее часто используются кожухотрубные теплообменники. Они представляют из себя пучок труб, расположенных внутри общего кожуха,  причем  один  из теплоносителей движется по трубам,  а другой - в пространстве между кожухом и трубами.

        Кожухотрубные теплообменники могут  быть вертикальные  или горизонтальные. В  соответствии с ГОСТ 15121-79,  теплообменники могут быть двух- четырех - и шестиходовыми по  трубному пространству. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ

     Расчет тепловой нагрузки

          Примем температуру воды на  выходе из конденсатора t_2к= 40°С.

При средней  температуре 

 вода  имеет следующие физико-химические  характеристики :

 

  .

Тепловая  нагрузка аппарата составит:

              .  

     Расчет  теплового баланса.

Расход воды:  G2= кг/с.

     Определение температурного режима.

 Средняя  разность температур:

  . 

     Приближенная  оценка

В соответствии с табл. 2,1 [1] примем ориентировочное  значение коэффициента теплопередачи K ор = 600 Вт/м² К. Ориентировочное значение поверхности :

. 
 

Задаваясь числом Re₂= 10000, определим соотношение   для

конденсатора  из труб диаметром d_н= 25 2 мм:

                                   ,

где n - общее число труб;

      z - число ходов по трубному  пространству:

      d - внутренний диаметр труб, м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

2. УТОЧНЕННЫЙ  РАСЧЕТ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Выбираем  для расчета два варианта

1. конденсатор с длиной труб и поверхностью
2. конденсатор с длиной труб 3,0 м и поверхностью 57 м ²

Вариант 1

В соответствии с табл. 2.9.[1] соотношение принимает наиболее близкое к заданному значению у конденсаторов  с диаметром кожуха D = 600 мм, диаметром труб d_н=25×2 мм, числом ходов z = 2 и общим числом труб n = 240:

                            .

Действительное  число  равно

Коэффициент теплоотдачи к воде определяем по уравнению , пренебрегая поправкой  :              

Коэффициент  теплоотдачи от пара, конденсирующегося  на пучке вертикально расположенных  труб, определяем по уравнению:

Сумма термических сопротивлений стенок труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна:

Коэффициент теплопередачи:

Требуемая поверхность теплопередачи:

Как  видно из табл. 2.9. [1],конденсатор с длиной труб и поверхностью подходит с запасом:

     Вариант 2

Рассчитанная  поверхность вертикально расположенного теплообменника с длиной труб 3,0 м. В  теплообменнике, расположенном горизонтально, может оказаться выше коэффициент  теплоотдачи от пара, лимитирующий теплопередачу. Определить его можно по формуле:

При этом коэффициент теплоотдачи к воде останется тем же, а коэффициент  теплоотдачи увеличится:

Требуется поверхность теплопередачи:

т.е. подходит теплообменник с длиной труб 3,0 м и поверхностью 57 м ² с запасом 

На основании  полученных данных выбираем второй вариант  теплообменника, так как он на 25% короче, имеет меньшую массу и меньшее гидравлическое сопротивление вследствие меньшей суммарной длины пути жидкости по трубам. 
 

3.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

  Гидравлическое  сопротивление рассчитывают по формуле:

     Скорость  воды в трубах:

     Коэффициент трения по формуле равен:

     Скорость  воды в штуцерах (табл. 2.6. [1]):

     Гидравлическое  сопротивление:

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕЛООБМЕННИКА

          Поверхность теплообмены и основные параметры  горизонтального кожухотрубчатого конденсатора в соответствии с ГОСТ 15121-79

• поверхность теплообмена F= 57 м ²;
• число труб 240
• тепловая нагрузка 14160000 Вт

 

5 КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  ТЕПЛООБМЕННИКА

• Диаметр 600 мм
• Длина 4500 мм
• Толщина 12 мм
• Диаметр трубок 25х2 мм
• Длина трубок 240

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература

1. Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И. и др. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию, М.: Химия, 1991.
2. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: Химия, 1991. – 352с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение

Таблица 1. Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К