Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата

Федеральное агентство по образованию 

Государственное образовательное учреждение

 высшего  профессионального образования 

Санкт-Петербургский  государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический  университет) 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

По дисциплине:                        Гидроаэромеханика и тепломассообмен ___________

                                                       ^{(наименование учебной  дисциплины согласно  учебному плану)}

                
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
 
 
 

Тема:                  Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата_ 
 
 
 
 
 

Автор: студент  гр.  АПМ-07-2        __________________________ / Лебедик Н.В./

                                                  ^{(подпись)   (Ф.И.О.)} 
 

ОЦЕНКА: _________________ 

Дата: _____________________ 

ПРОВЕРИЛ:_______________ 

Руководитель проекта:     ________     _____________________   / Иванов П.В. /

                                  ^{(должность)                      (подпись)                                 (Ф.И.О.)} 
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010 год

 
 
 

Кафедра  АТПП. 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 

По дисциплине:                              Гидроаэромеханика и тепломассообмен______________                                  

^{(наименование  учебной дисциплины  согласно учебному  плану)} 

ЗАДАНИЕ 

студенту  группы         АПМ-07-2                              Лебедику Н.В.

                      ^{(шифр группы)                                      (Ф.И.О.)} 

1. Тема работы: Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата _ 

2. Исходные данные  к работе: Рассчитать и выбрать кожухотрубчатый испаритель для испарения 2000 кг/ч уксусной кислоты начальной с температурой 35 градусов при давлении 1,5*105 Па. 

3. Содержание  пояснительной  записки: Требования к содержанию пояснительной записки изложены в методических указаниях. 

4. Срок  сдачи законченной работы:     4   мая 2010 г.  
 
 
 

Руководитель  проекта:  _______       ________________     /Иванов П.В./

            ^{(должность)                         (подпись)                           (Ф.И.О.)} 

Дата  выдачи задания:  25 февраля 2010г. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация

      .

      Пояснительная записка представляет собой отчет  о выполнении курсовой работы  на тему: «Расчет кожухотрубного теплообменного аппарата».

      Описанная в работе методика и формулы дают возможность рассчитать скорость теплоносителей в трубах теплообменника, критерии Рейнольдса (Re), средние температуры теплоносителей, критерии Нуссельта (Nu), коэффициенты теплоотдачи обоих теплоносителей. Далее при помощи полученных числовых данных производится расчет геометрических параметров кожухотрубного теплообменника.

      Для написания курсовой работы использовались: расчеты произведены в среде Mathcad, чертеж выполнен в Компас 3D график, а отчет -  в Microsoft Word.

      Страниц 23 , таблиц 1, рисунков 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление

                                                                        

 

Введение

     Теплообменными  аппаратами, или теплообменниками, называются устройства для передачи тепла от одних сред (горячих теплоносителей) к другим (холодным теплоносителям). Теплообменные аппараты применяются для нагревания и охлаждения веществ в различных агрегатных состояниях, испарения жидкостей и конденсации паров, перегонки и сублимации, абсорбции и адсорбции, расплавления твердых тел и кристаллизации, отвода и подвода тепла при проведении экзо- и эндотермических реакций и т.д. Соответственно своему назначению теплообменные аппараты называют подогревателями, холодильниками, испарителями, конденсаторами, дистилляторами, сублиматорами, плавителями и т.п.

     Рассмотрим  один из теплообменных аппаратов - испаритель.

     Испаритель - это теплообменный аппарат, в  котором хладагент кипит за счет теплоты, отнимаемой от хладоносягеля.

     Кожухотрубные испарители используются в торговых и промышленных установках. Кожухотрубные испарители состоят из цилиндрического стального кожуха, в котором установлены трубы. Трубы удерживаются в кожухе перегородками, расположенными по всей длине. Концы труб смонтированы на толстых стальных дисках, которые называются трубными решетками, приваренных к кожуху. Концы труб вставлены в саму трубу. У таких испарителей относительно высокая производительность, они требуют минимальной площади и высоты, легко обслуживаются и приспосабливаются почти для любого охлаждения жидкости. Благодаря этому кожухотрубные испарители применяются наиболее широко.

     Существует  несколько типов таких испарителей. Устройство трубы зависит от подачи хладагента и типа хладагента. Если испаритель затопленный, охлаждаемая жидкость проходит по трубе, а хладагент содержится в кожухе. Уровень жидкого хладагента в кожухе поддерживает поплавковый регулятор. Если испаритель змеевиковый, хладагент подается в трубы распределителем, а охлаждаемая жидкость проходит через кожух. В большинстве случаев охлаждаемая жидкость проходит через испаритель и соединительный трубопровод при помощи одного или более насоса центробежного типа. 

 

1. Общие сведения о теплообменных аппаратах 

      Теплообменники  по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой. Теплообменные аппараты поверхностного типа, кроме того классифицируются по назначению (подогреватели, холодильники и т.д.); по взаимному направлению теплоносителей (прямоток, противоток, смешанный ток и т.д.); по материалу поверхности теплообмена; по числу ходов и т.д.

Поверхностные теплообменники

1. Рекуперативные  теплообменники

      Рекуперативный  теплообменник — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными. Рекуператоры могут работать как в периодическом, так и в непрерывном режимах

      В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестноточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.

      Наиболее  распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники:

      - кожухотрубные теплообменники,

      - элементные (секционные) теплообменники,

      - двухтрубные теплообменники типа "труба в трубе",

      - витые теплообменники,

      - погружные теплообменники,

      - оросительные теплообменники,

      - ребристые теплообменники,

      - спиральные теплообменники,

      - пластинчатые теплообменники,

      - пластинчато-ребристые теплообменники,

      - графитовые теплообменники.

      2)  Регенеративные теплообменники

      В регенеративных поверхностных теплообменниках  теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным. Регенераторы являются аппаратами периодического действия.

Смесительные теплообменники

      Смесительный  теплообменник (контактный теплообменник) — теплообменник, предназначенный для осуществления тепло- и массообменных процессов путем прямого смешивания сред. Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты ПСА — теплообменники струйного типа, использующие в своей основе струйный инжектор. Смесительные теплообменники конструктивно устроены проще, нежели поверхностные, более полно используют тепло. Однако, пригодны они лишь в случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред.

      Большое применение контактные теплообменники находят в установках утилизации тепла дымовых газов, отработанного пара и т.п. 
 
 
 
 
 
 
 

Кожухотрубный теплообменный аппарат

      Наиболее  широкое распространение получили кожухотрубные теплообменные аппараты (рис. 1), используемые для теплообмена между потоками в различных агрегатных состояниях (пар—жидкость, жидкость—жидкость, газ—газ, газ— жидкость). Аппарат состоит из пучка труб, помещенного внутри цилиндрического корпуса (обечайки), сваренного из листовой стали, реже — литого. Трубки завальцованы в двух трубных решетках или приварены к ним в зависимости от свойств конструкционных материалов. Трубки размещаются в пучке в шахматном порядке, по вершинам равностороннего треугольника, с шагом s/d = (1,25—2,20), где d — наружный диаметр труб. Аппарат снабжен двумя съемными крышками со штуцерами для входа и выхода теплоносителя, движущегося внутри труб. Трубное и межтрубное пространства разобщены. Второй теплоноситель движется в межтрубном пространстве, снабженном входным и выходным штуцерами. По трубам движется, как правило, тот поток, который содержит взвешенные твердые частицы (для удобства чистки), находится под большим давлением (чтобы не утяжелять корпус) или обладает агрессивными свойствами (для предохранения корпуса от коррозии). Площадь проходного сечения межтрубного пространства значительно больше (иногда в 2 раза) суммарного живого сечения труб, поэтому при одинаковых объемных расходах теплоносителей коэффициент теплоотдачи со стороны межтрубного пространства оказывается более низким. Для устранения этого явления прибегают к увеличению скорости теплоносителя путем размещения различных перегородок в межтрубном пространстве. В кожухотрубных теплообменниках достигаются достаточно большие отношения  теплообменной поверхности к объему и массе. Размеры поверхности теплообмена легко можно варьировать в широких пределах, конструкция имеет достаточную прочность и выдерживает нормальные нагрузки при сборке, перевозке и монтаже теплообменника, а также внутренние и внешние напряжения в обычных условиях эксплуатации. Очистка кожухотрубного теплообменника вызывает затруднений, а его элементы, наиболее подвержены коррозии, - прокладки и трубы - легко могут быть заменены. Конструктивные особенности позволяют применять этот тип почти во всех случаях, включая предельно низкие или высокие температуры и давления, большие градиенты температур, при  испарении и конденсации и использовании сильно загрязненных и коррозионно-активных теплоносителей.