Меню

Теплообменник труба трубе курсовая

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска


Наименование:

Описание (план):

Введение
Процесс переноса тепла между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой теплообмена является разность между более и менее нагретыми телами. Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Различают три способа переноса тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение.
Теплопроводность – это перенос тепла от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения и взаимодействия микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом.
Конвекцией называют перенос тепла вследствие движения и перемешивания микроскопических объемов газа или жидкости.
Тепловое излучение – процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов и молекул излучающего тела.
Теплоотдача – перенос тепла от стенки к газовой или жидкой среде в прямом или обратном направлении. Теплопередача – процесс переноса тепла от более нагретой к менее нагретой жидкости(газу) через разделяющую их поверхность или стенку.
В непрерывно действующих аппаратах температуры в различных точках не изменяются во времени, а протекающие процессы теплообмена являются установившимися (стационарными). В аппаратах периодического действия, где температура меняется с течением времени, осуществляются нестационарные процессы теплообмена.
Тепловое воздействие на пищевые продукты является необходимым условием технологических процессов пищевых производств.

    ГЛАВА 1

    1 КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

    Теплообменниками называются аппараты, в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического назначения.
    В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:
    1. Поверхностные, в которых передача тепла между рабочими средами осуществляется через твердую стенку, разделяющую их. В таких аппаратах непосредственный контакт между средами исключен.
    2. Смешения, в которых передача тепла между рабочими средами осуществляется при непосредственном соприкосновении.
    По принципу действия теплообменники делятся на рекуперативные, регенеративные и смесительные. В рекуперативных теплоносители разделены стенкой и тепло от одного теплоносителя к другому передается через стенку. В регенеративных теплообменниках одна и та же теплообменная поверхность омывается попеременно горячим и холодными теплоносителями. В смесительных аппаратах передача тепла происходит при непосредственном взаимодействии теплоносителей.
    Наиболее распространены поверхностные теплообменники.
    Рассмотрим некоторые основные конструкции [1].

    1.1 Теплообменники типа «труба в трубе»
    Такие теплообменники применяют при небольших расходах рабочих жидкостей и невысоких давлениях. Эскиз теплообменника типа «труба в трубе» приведен на рисунке 1. теплообменник типа «труба в трубе» состоит из ряда наружных труб большого диаметра и расположенных внутри их труб меньшего диаметра. Внутренние и внешние трубы соединены друг с другом последовательно с помощью колен и патрубков.

      Рисунок 1 — Теплообменник типа «труба в трубе»

    Преимущества теплообменников типа «труба в трубе»: высокий коэффициент теплопередачи вследствие большой скорости обоих теплоносителей, простота изготовления.
    Недостатки таких теплообменников: громоздкость, высокая металлоемкость, трудность очистки межтрубного пространства [1].

    1.2 Погружные трубчатые теплообменники
    Погружные трубчатые теплообменники представляют собой трубу, согнутую в виде змеевика и погруженную в емкость с жидкой средой. Теплоноситель движется внутри змеевика. Змеевиковые теплообменники изготавливают с плоским змеевиком или со змеевиком, согнутым по винтовой линии.
    Преимущество змеевиковых теплообменников – простота изготовления.
    Недостатки — погружные трубчатые теплообменники громоздки и трудно поддаются очистке. Погружные теплообменники используют для охлаждения и нагрева конденсата, а также для конденсации паров. Эскиз змеевикового

    теплообменника представлен на рисунке 2. [1]

    Рисунок 2 — Погружной змеевиковый теплообменник

    1.3 Оросительные теплообменники
    Состоят из нескольких расположенных одна над другой труб, соединенных коленами. По трубам протекает охлаждаемый теплоноситель. Охлаждающая вода поступает в распределительный желоб с зубчатыми краями, из которого равномерно перетекает на верхнюю трубу теплообменника и на расположенные ниже трубы. Часть охлаждающей воды испаряется с поверхности труб. Под нижней трубой находится желоб для сбора воды.
    Недостатками таких теплообменников являются громоздкость и неравномерность смачивания наружной поверхности труб, небольшой коэффициент теплопередачи.
    Оросительные теплообменники просты по устройству, но металлоемки. Обычно их устанавливают на открытом воздухе. Эскиз оросительного теплообменника представлен на рисунке 3. [1]

      Рисунок 3 — Оросительный теплообменник

    1.4 Теплообменники с плоскими поверхностями нагрева
    К этому типу относятся различные ребристые, пластинчатые и другие теплообменники. Оребрение поверхности производится с той стороны, где меньше значение коэффициента теплоотдачи. Это делается для создания большей поверхности контакта стенки с рабочей средой. Ребристый теплообменник для нагревания или охлаждения называется калорифером.

    1.5 Кожухотрубные теплообменники
    Кожухотрубные теплообменники являются наиболее широко распространенными в пищевых производствах. Теплообменник представляет собой пучок труб, которые помещены в цилиндрический корпус. пространство между трубами и внутренней поверхности кожуха называется межтрубным. Трубки закреплены или приварены к трубным решеткам. К фланцам корпуса
    крепятся крышка и днище, имеющие патрубки для подвода и отвода рабочей жидкости Ж2. на корпусе также имеются патрубки для подводи и отвода рабочего тела Ж1. Эскиз кожухотрубного теплообменника представлен на рисунке 5.

    Трубки обычно имеют диаметр d ? 10 мм и изготавливаются из материалов, хорошо проводящих тепло. [3]
    С целью интенсификации теплообмена в кожухотрубных теплообменниках пучок труб секционируют, т.е. разделяют на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель проходит последовательно. Разбивка труб на ряд ходов достигается с помощью перегородок в верхнем и нижнем днищах. Такой теплообменник называется многоходовым. Эскиз многоходового теплообменника представлен на рисунке 6. здесь рабочая жидкость проходит через трубное пространство в несколько ходов, протекая последовательно по всем пучкам труб. [1]
    Если в межтрубном пространстве теплоносителем является жидкость, то для увеличения ее скорости также устанавливают перегородки – продольные и поперечные. Продольные перегородки делят трубное пространство на столько же ходов, сколько имеет трубное. Эти перегородки обеспечивают принцип противотока рабочих тел. Поперечные перегородки бывают перекрывающие и не перекрывающие. перекрывающие перегородки пересекают все межтрубное пространство, оставляя вокруг каждой трубки кольцевую щель шириной около 2 мм. Расстояние между перегородками обычно 100 мм. Не перекрывающие перегородки выполняют, например, в виде сектора или сегмента. Эскиз многоходового теплообменника с несколькими ходами в межтрубном пространстве представлен на рисунке 7.
    Двухходовой теплообменник часто выполняют с U-образными трубками, открытые концы которых завальцованы в одну и ту же трубную решетку. Эскиз теплообменника с U-образными трубками представлен на рисунке 8. При запуске в работу теплообменников нужно обращать внимание на направление
    движения рабочих тел. Горячая (охлаждаемая) жидкость должна опускаться (подача сверху), а холодная — подниматься. В этом случае принудительное движение совпадает с естественным. [3]

    Рисунок 5 – Кожухотрубчатый теплообменник

    Преимущества кожухотрубных теплообменников: компактность, невысокий расход металла, легкости очистки труб изнутри (кроме теплообменника с U-образными трубками).
    Недостатки кожухотрубных теплообменников: сложность достижения высоких скоростей теплоносителей (за исключением многоходовых теплообменников), трудность очистки межтрубного пространства, малая доступность его для осмотра и ремонта, сложность изготовления из материалов, не поддающихся развальцовке и сварке. [1]

      Рисунок 6 — Многоходовой кожухотрубный теплообменник

    Рисунок 7 — Многоходовой кожухотрубный теплообменник с несколькими ходами в межтрубном пространстве

    Рисунок 8 — Кожухотрубный теплообменник с U-образными трубками

      ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

    При выборе инструкции теплообменного аппарата следует исходить из следующего: аппарат должен соответствовать технологическому процессу, быть высокоэффективным (производительным), экономичным и надежным в работе, иметь низкую металлоемкость; материал теплообменника должен быть коррозиестойким в рабочих средах [1].
    Существенными требованиями являются компактность, малая масса, простота конструкции, удобство монтажа и ремонта аппарата. С этой точки зрения оказывают влияние следующие факторы: конфигурация поверхности нагрева (способ размещения и крепления трубок в трубных решетках); наличие и тип перегородок, уплотнений; устройство камер, коробок, днищ; габаритные размеры аппарата и др.
    Ряд факторов определяет надежность работы аппарата и удобство его эксплуатации: компенсация температурных деформаций, прочность и плотность разъемных соединений, доступ для осмотра и чистки, удобство контроля за работой аппарата, удобство соединения аппарата с трубопроводами и т.д. [2]
    Высокие значения коэффициентов теплопередачи достигаются , когда теплоносители движутся через теплообменник с большими скоростями. Также для достижения высоко коэффициента теплоотдачи поверхность теплообмена должна быть чистой. При увеличении скорости одного из теплоносителей коэффициент теплопередачи заметно повышается лишь в том случае, если коэффициент теплоотдачи со стороны другого теплоносителя достаточно высок, а термические сопротивления стенки и загрязнений невелики.

    При решении вопроса о том, какой теплоноситель пропускать по трубам, а какой — с наружной стороны труб, надо придерживаться следующих правил: для достижения большего коэффициента теплопередачи теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи следует пропускать по трубам; теплоноситель, оказывающий коррозионное действие на аппаратуру, надо также пропускать по

    трубам, так как в этом случае применение антикоррозийного материала необходимо только для труб, решеток и камер, кожух не может быть сделан из обычного материала; для уменьшения потерь теплоты теплоноситель с высокой температурой целесообразно пропускать по трубам; теплоноситель, из которого выделяются осадки, рекомендуется пропускать с той стороны поверхности теплообмена, которую легче очищать; теплоноситель с высоким давлением следует направлять в трубное пространство, чтобы корпус теплообменника не находился по давлением.
    Конструкцию теплообменного аппарата выбирают на основании технико- экономического расчета. При этом сопоставляют капитальные затраты на изготовление и годовые эксплуатационные расходы. В ряде случаев идут на увеличение капитальных затрат в том случае, если они быстро окупаются за счет экономии эксплуатационных затрат. Когда проектируют теплообменник для технологического процесса, задача расчета заключается в определении площади его теплообменной поверхности и габаритных размеров аппарата.
    Из рассмотренных теплообменных аппаратов при заданной производительности 96000 кг/ч выбираем кожухотрубный теплообменник. [1]

    3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА

    Материалом для изготовления стальных сварных аппаратов являются полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью в виде листового сортового и фасонного проката, труб, специальных поковок и отливок.
    Материал должен быть химически и коррозионностойким в заданной среде при ее рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитной.
    При выборе материала должны учитываться механическая прочность, термостойкость, химическая стойкость, физические свойства.
    Учитывая все вышеперечисленное, мы выбираем в качестве материала для тепловой изоляции совелит, а для теплообменника выбираем качественную углеродистую конструкционную сталь.
    Марка стали 20, d в=420, d т=250.

    ГЛАВА 2
    1 РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА

    Принимаем для межтрубного пространства индекс «1», для трубного «2». При заданном давлении температура насыщенного водяного пара будет равна [2].
    .
    Найдем среднюю разность температур :
    .
    Найдем среднюю температуру для воды по формуле (1):
    ; (1)
    .
    В таблице 1 приведены теплофизические свойства воды при температуре 40 0 [ 2, 143 ].
    Таблица 1 – Теплофизические свойства

      Плотность , кг/м 3 992
      Удельная теплоемкость с2, кДж/(кг·К) 4,174
      Коэффициент теплопроводности , Вт/(м·К) 0,634
      Коэффициент динамической вязкости , Па·с 657·10 -6
      Кинематический коэффициент , м 2 /с 0,556·10 -6
      Критерий Прандтля Pr 4,325

    Расчет теплообменника проводят последовательно в соответствии с общей блок – схемой [1].

      Определяем тепловую нагрузку аппарата Q, Вт, по формуле (2):
      , (2)
      где G2 – производительности теплообменника, кг/с ;
      с2 — удельная теплоемкость, Дж/(кг·К).
      Вт.

    Насыщенный водяной пар при имеет r = 2161 кДж [1]. Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к воде примем равным Вт/(м 2 ·К) [ 1, 47 ].
    Рассчитаем ориентировочное значение поверхности теплообмена Fор , м 2 по формуле (3):
    , (3)

      где Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт ;
      — коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ·К) ;
      .
      ВАРИАНТ 1

    По ориентировочному значению поверхности теплообмена выбираем теплообменник с параметрами [ 1, 51 ]: Д=600 мм, d = 25×2 мм, число ходов z = 6, общее число труб n =196 , поверхность теплообмена F = 91м 2 , длинна труб L = 6м.
    Определим объемный расход V2, м 3 /с по формуле (4):
    , (4)

      где G2 – производительности теплообменника, кг/с ;

    — плотность воды, кг/м 3 .

    .
    Определим среднюю скорость воды , м/с по формуле (5):
    , (5)
    где V2 – объемный расход воды, м 3 /с;
    S2 – живое сечение трубопровода, м 2 ;
    ; (6)
    ;
    n – общее число труб;

      z – число ходов.
      .
      Определим критерий Рейнольдса Re по формуле (7):
      , (7)
      где — средняя скорость воды, м/с;
      d – внутренний диаметр труб, м;
      — коэффициент динамической вязкости, Па·с.
      .
      Следовательно, режим течения жидкости турбулентный.

    По найденному значению критерия Рейнольдса находим критерий Нуссельта Nu2 по формуле (8):
    , (8)

    где — критерий Pr при температуре стенки того же теплоносителя.

    Температура стенки tст определяется по формуле (9):
    , (9)
    .
    Исходя из этого критерий Prст = 1,5 [].
    .
    Определяем коэффициент теплоотдачи , Вт/(м 2 ·К) по формуле (10):
    , (10)
    где — критерий Нуссельта;
    — коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К);
    dвн – диаметр труб, м.
    Вт/(м 2 ·К).
    Рассчитаем температуру конденсата, удовлетворяющего условие [ 1, 53 ].
    ,
    .
    Теплофизические свойства насыщенного водяного пара при t=110 0 приведены в таблице 2 [ 2, 143 ].

    Таблица 2 – Теплофизические свойства насыщенного водяного пара.

      Плотность , кг/м 3 951
      Удельная теплоемкость с1, кДж/(кг·К) 4,233
      Коэффициент теплопроводности , Вт/(м·К) 0,685
      Коэффициент динамической вязкости , Па·с 259·10 -6
      Кинематический коэффициент , м 2 /с 0,272·10 -6
      Критерий Прандтля Pr 1,6

      Рассчитаем расход пара G1 , кг/с по формуле (11):
      , (11)
      кде r – удельная массовая теплота конденсации ( испарения ).
      .

    Коэффициент теплоотдачи от пара , Вт/(м 2 ·К), лимитирующий теплопередачу определим по формуле (12):
    , (12)
    где n – общее количество труб.
    .
    Сумма термических сопротивлений стенки труб из нержавеющей стали и загрязнений со стороны воды и пара равна [ 1,47 ]:

    и т.д.

    Перейти к полному тексту работы

    Скачать работу с онлайн повышением оригинальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru

    Смотреть полный текст работы бесплатно

    Смотреть похожие работы

    * Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.

    Источник

Читайте также:  Врезка газовой трубы в дом стоимость
Adblock
detector