Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Двухтрубный теплообменник

Департамент образования и науки Кемеровской области

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Анжеро-Судженский политехнический колледж»

Специальность: 240134 Переработка нефти и газа

ДВУХТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Пояснительная записка

КП 240134.00.00.00 ПЗ

Выполнил:

студент гр.411

Игольникова Ю.А.

Проверил:

Вершинина С.А.

АНЖЕРО-СУДЖЕНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Задание

для курсового проекта

студентки 2 курса группы 411

Игольниковой Юлии Алексеевны

Тема проекта: Рассчитать двухтрубный теплообменник для охлаждения с 80 до 25 С 1,1 т/ч 15%-ого водного раствора KCI. Хладагентом является вода c tнач =10С, которую пропускают внутри трубы малого диаметра и она нагревается до 60С.

Графическая часть проекта:

Лист 1Общий вид аппарата.

Руководитель проекта : Вершинина

Дата выдачи задания «11» января 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Тепловой расчет 8

2 Конструктивный расчет 14

3 Гидравлический расчет 16

Вывод 19

Список литературы 20

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменном называется процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющий различную температуру. При этом теплота происходит самопроизвольно от более нагретого к менее нагретому телу. В результате передачи теплоты происходят: нагревание - охлаждение, парообразование – конденсация, плавление – кристаллизация. Теплообмен имеет важное значение для проведения процессов выпаривания, сушки, перегонки и других.

Тела, которые участвуют в теплообмене называются теплоносителями.

Теплообменные процессы могут происходить только при наличии разности температур между теплоносителями, то есть разность температур – движущая сила теплообмена.

Различают стационарные и нестационарные теплообменные процессы.

В периодически действующих аппаратах при нагревании или охлаждении, где температуры меняются во времени, осуществляется нестационарные процессы.

В непрерывно действующих аппаратах, где температуры в различных точках аппарата не изменяются во времени, протекают стационарные процессы.

[1,c.182]

Теплообменник, теплообменный аппарат — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители.

[2]

В химической технологии 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 тому подобные.
По способу передачи тепла различают теплообменные аппараты поверхностные и смесительные. В первом случае передача тепла происходит через разделяющие твердые стенки, во втором — непосредственным контактом (смешением) нагретых и холодных сред (жидкостей, газов, твердых веществ).

Поверхностные аппараты подразделяются на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах тепло от горячих теплоносителей к холодным передается через разделяющую их стенку, поверхность которой называется теплообменной поверхностью, или поверхностью нагрева. В регенеративных аппаратах оба теплоносителя попеременно соприкасаются с одной и той же стенкой, нагревающейся (аккумулируя тепло) при прохождении горячего потока и охлаждающейся (отдавая аккумулированное тепло) при последующем прохождении холодного потока.

[3,c.323]

Рисунок 1-Теплообменник типа «труба в трубе».

1.внутренняя труба; 2.наружная труба; 3.калач; 4. соединительные патрубки;

I - 15 % раствор KCI; II – водный раствор.

Теплообменники этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев. Каждое звено представляет собой две сносные трубы. Для удобства чистки и замены внутренние трубы как правило соединяют между собой «калачами» или коленами. Двухтрубные аппараты, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соединенных коллекторами. Если одним из теплоносителей является насыщенный пар, то его, как правило, направляют в межтрубное (кольцевое) пространство.

Такие теплообменники часто используют как жидкостные или газожидкостные. Подбором диаметров внутренней и наружной труб, можно обеспечить обеим рабочим средам, участвующим в теплообмене, необходимую скорость для достижения высокой интенсивности теплообмена.

Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэффициент теплопередачи, широко применим для нагрева или охлаждения сред при высоком давлении, простота сборки, установки и эксплуатации.

Недостатки двухтрубного теплообменника — некомпактность, большая стоимость вследствие большого израсходования металла на наружные трубы,

не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства.

[5]

Наиболее частыми причинами аварии является аварийный рост давления в сосуде, потеря механической прочности из-за коррозии, нарушения введения технологического процесса. Поэтому эксплуатация сосуда должна соответствовать требованиям указанным в правилах : «Устройство и безопасная эксплуатация сосудов работающих под давлением».

Особые требования предъявляются к конструкции сосуда. Они должны быть надежными в эксплуатации, обеспечивать возможность в чистке и ремонте, а материал применяемый для изготовления сосуда должен обеспечивать надежную и долгую эксплуатацию в заданных условиях.

Для управления работы и обеспечения нормальных условий эксплуатации, сосуд должен быть снабжен:

- приборами КИП;

-запорной арматурой;

-устройством для загрузки и выгрузки;

-предохранительной арматурой;

Сосуд работающий под давлением, должен быть непременно остановлен в случае:

-пожара;

-при аварийном росте давления;

-при неисправности приборов КИП и монометра;

-при неисправности предохранительного клапана;

-при неполном количестве крепежных деталей;

-если просрочен срок технического освидетельствования сосуда.

Заполнение сосуда следует производить медленным открытием арматуры. Перед ремонтом следует убедиться, что сосуд освобожден и промыт от продукта.

[4,с.123]

Производство теплообменных аппаратов труба в трубе

Изготовление теплообменных аппаратов типа труба в трубе – сложный технологический процесс, включающий в себя десятки операций. В качестве исходного материала используется листовая сталь, стойкая к действию высоких температур и агрессивных сред. Сталь тщательно проверяется, ведь от качества материала во многом зависит работоспособность будущего аппарата.

Производство теплообменников тупа труба в трубе происходит на автоматизированных технологических линиях в строгом соответствии со схемой аппарата. Математическая точность и повышенное внимание к каждой детали являются залогом высокого качества. В ходе изготовления все

размеры, пропорции и другие параметры строго контролируются автоматикой. Перед тем, как стать готовой продукцией, теплообменные аппараты типа труба в трубе тщательно проверяются на соответствие государственным стандартам качества.

Все оборудование проходит обязательную сертификацию и сложную процедуру проверки. Аппараты тестируют в реальных условиях, в том числе и с граничными показателями технологического процесса.

Поставка теплообменных аппаратов типа труба в трубе ведется по железным дорогам или с помощью автомобильного транспорта. Для этого используются заводские контейнеры и амортизационные прокладки, защищающие аппараты от повреждений.

Следует, однако, отметить, что аппараты воздушного охлаждения обладают специфической опасностью, обусловленной наличием мощного вентиляционного агрегата. Уже отмечен случай, когда отрыв лопасти вызвал повреждение теплообменной системы, выхода горючих жидкостей и газов наружу, возникновение крупного пожара на блоке теплообменной аппаратуры.

[6]

Хлорид калия, встречается в природе в виде минералов: сильвина KCI,сильвинита (K,Na)CI, карналлита KCI**6O, каинита KCI*MgS и др.

Применяется в основном как калийное удобрение; для получения КОН и солей калия; кристаллы KCI- в оптических приборах.

Токсичное действие .Человек. У рабочих калийного комбината отмечены изменения на ЭКГ и снижения выделения витаминов С и с мочой. Рабочие подземных выработок калийных руд страдают гнойничковыми болезнями кожи, заболеваниями периферической нервной системы, гипотонией, нарушением тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы.

Пыль калийных руд, попадая в кожные раны ,резко ухудшает заживление, вызывает мацерацию пограничных здоровых участков кожи, способствует развитию гнойной инфекции. У рабочих, контактирующих с каинитом, отмечают дерматиты с везикулезными вспышками на фоне отека и гиперемии кожи, воспаление слизистой глаз.

[7,c.326]

1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Цель: Определить тепловую нагрузку аппарата, расход теплоносителя и поверхность теплообменника.

Определяем физико - химические свойства теплоносителя при средней температуре

Свойства KCI .

Дж/кгград

, Пас

, Вт/м*град

Свойства воды при заданной температуре.

, кг/

801*

, Дж/кг*град

λ = 0,511,16=0,59 , Вт/мград

[8,c.525]

1.Рассчитываем тепловую нагрузку аппарата по формуле (1)

Q=) , (1)

где -количество раствора, поступающее на охлаждение, кг/ с;

KCI, к Дж/кг*грал;

-температура начальная и конечная KCI,.

кг/с

Дж/с

2.Расход воды определяем по формуле (2)

, (2)

где теплоемкость воды, Дж/кг*град;

Q – тепловая нагрузка , Дж;

- разность температур воды,.

кг

3.Среднию разность температур определяем по формуле (3)

3.1Составляем схему движения теплоносителей

80 25

60 10

3.2Определяем большую и меньшую разность температур

3.3Определяем отношение и

т.к. отношение рассчитываем по формуле (4)

, (4)

4.Стандартное значение труб принимаем самостоятельно:

диаметр теплообменных труб 48×5

внуренний диаметр = 40мм

наружный диаметр = 48мм

толщина стенки = 4мм

диаметр труб кожуха 80×5

внутренний диаметр =70мм

наружный диаметр = 80мм

толщина стенки = 5 мм

Рисунок 2 – Сечение двухтрубного теплообменника

[9,c.61]

5. определяем коэффициент теплопроводности материала из которго будет изготовлен аппарат. Для стали марки 08X18H12Б определяем =17,5Вт/м*град.

6.находим сечение затопленного пространства по формуле(5);

, (5)

7.рассчитываем скорость 15% раствора KCI по формуле (6);

, (6)

8.Рассчитываем критерий Рейнольдса по формуле(7);

, (7)

Re=

9.Определяем критерий Прандтля по формуле (8);

,(8)

10.Для того чтобы рассчитать критерий Нусельта, нужно определить режим течения 15% раствора KCI,т.к. 2300>Re<10000, то режим переходный ,находим критерий Нусельта по формуле(9);

Nu= , (9)

Подставляем:

11.Рассчитываем коэффициент теплоотдачи для горячего теплоносителя теплоносителя 15% раствора KCI, по формуле (10);

, (10)

где – коэффициент теплоотдачи 15% раствора KCI, Вт/м*град

Подставляем в формулу (10):

Вт/м*град

12.Рассчитываем скорость воды во внутренней трубе по формуле(11);

, (11)

где - скорость воды во внутренней трубе , м/с;

- расход воды, кг/с;

S- сечение наружной трубы, м;

- плотность воды, кг/.

13.Находим сечение заполненого пространства по формуле (12);

, (12)

где D вн- внутренний диаметр,наружной трубы;

d нар- наружный диаметр, внутренней трубы;

м

Находим скорость по формуле(11):

14.Рассчитываем критерий Рейнольдса по формуле(7):

Re=

Рассчитываем критерий Прандтля по формуле(8):

Pr=

15.Рассчитываем критерий Нусельта по формуле (13):

Nu= , (13)

16.Рассчитываем коэффициент теплоотдачи для холодного теплоносителя по формуле(10):

5 17.Находим коэффициент теплоотдачи по формуле (14);

, (14)

где толщина стенки, м

- коэффициент теплопроводности материала стенки,Вт/м*град

Вт/*град

18.Рассчитываем поверхность теплообменна по формуле(15)

, (15)

Подставляем :

Определяем стандартную поверхность теплообменна по каталогу =7,9

2 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

Цель:Определить все необхадимые контсруктивные размеры теплообменника,размеры труб,число элементов,диаметр патрубков.

1.Общию длину внутренней трубы находим по формуле(16)

где F –поверхность теплообменника по каталогу,

-диаметрвнутренней трубы,мм

L-общая длина внутренней трубы,мм

2.Определяем число элементов

, (17)

где n-число элементов, шт

ι-длина одного элемента,м

Задаемся длиной одного элемента 5м.

Получим:

т

3.Патрубки для входа и выхода принимаем равным диаметру внутренней трубы

d=0,040м=40мм

Расчитываем диаметр патрубков для ввода и ввывода 15% водного

р-ра KCI:

,(18)

Получаем:

0,04м

Рисунок 3 - Штуцер

Таблица 1: Основный размеры патрубков

Наименование

Патрубок для ввода и вывода воды

130

100

М12

Патрубок для ввода и вывода KCI

160

130

110

М12

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Цель: Определить потери давления жидкости, протекающего по внутренней трубе двухтрубного теплообменника.

Потери давления для 15% раствора KCI определим по формуле(19)

, (19)

где потери давления на трении, Па;

потери давления на местное сопротивление, Па.

2. Определяем потери давления на трение по формуле (20);

, (20)

где коэффициент трения;

l – Длина трубы, м;

W – Скорость жидкости, м/с;

n – количество элементов;

d – диаметр трубы.

3. Коэффициент трения определяем по формуле (21);

(21)

Получим:

Подставляем полученные значения в формулу(20);

4. определяем коэффициент местного сопротивления по формуле (22);

,(22)

где -коэффициент местного сопротивления,

-скорость потока раствора, м/с,

Раствор KCI входит в межтрубное пространство, совершает 2 поворота на 180и выходит из трубного пространства.

Коэффициент сопротивления на входе в трубу =0,5.

Коэффициент сопротивления поворота на 180

ξ=А*В , (23)

где А – коэффициент сопротивления угла в 180,

В – коэффициент сопротивления поворота трубы,

В= ,(24)

где - радиус изгиба трубы,м

d- внутренний диаметр трубопровода, м

В==3

А=1,4;тогда =1,4*3=4,2

Коэффициент сопротивления на выходе из трубы=1.

Определяем сумму коэффициента на местном сопротивлении

, (25)

∑ξ=0,5+4,2+1=5

Определяем потери давления на местном сопративлении(22)

=67,59 Па

Определяем общие потери давления по формуле(19)

Па

ВЫВОД

Целью работы было спроектировать двухтрубный теплообменник. В процессе проектирования были выполнены тепловой, конструктивный, гидравлический расчеты. Определены количество раствора, поступающее на охлаждение,; поверхность теплообмена; длина элементов теплообменника; диаметры патрубков; потери давления.

Таблица 2

Технические характеристики

Показатели		Трубное пространство	Межтрубное пространство
Среда	Наименование	Вода	15% раствор KCI
	Токсичность	Нетоксичен	Малотоксичен
	Взрывоопасность	Не взрывоопасна	Не взрывоопасен
	Агрессивность	Неагрессивна	Не агрессивен
	Температура, С	60 С (на выходе)	80 С (на входе)
Поверхность теплообмена,		8,8

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. П.Г. Романков. Процессы и аппараты химической промышленности [Текст]: учебник для техникумов/ П.Г. Романков, М.И. Курочкина, Ю.Я. Мозжерии и др. – Л.: Химия, 1989. – 560с.

2.ru.wikipedia.org/wiki/Теплообменник

3.Гельперин Н.И.Основные процессы и аппараты химической технологии[Текст] : М. :Химия,1981

4.Медведева В.С.Охрана труда и противопожарная защита [Текст]: М.: Химия, 1978

5.damar74.narod.ru/stats/teploobmenniki.html

6.novotekpnz.ru

7.Вредные вещества в промышленности 3том [Текст]:М.:Химия, 1977

8. К.Ф. Павлов. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст]: учебник, пособие/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков – Л.: Издательство «Химия» 1976

9. Ю.Н. Дытировский. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]: учебник / Ю.Н. Дытнеровский, В.А. Набатов – М.: «Высшая школа» 1991

Двухтрубный теплообменник 📙 Курсовая → 🆔 67381