Кожухотрубчатый теплообменник

Федеральное агентство по атомной энергии  Российской Федерации

Северская государственная технологическая академия 
 
 
 
 

       Кафедра МАХП 
 
 
 
 
 
 

Кожухотрубчатый теплообменник

Расчетная работа 
 
 
 
 
 
 
 

                                                              Преподаватель

                                                                        ____ Л.Ф. Зарипова

       «__»________2006г.

       Студент

                                                                     ____ Катаева А.М.

       «__»________2006г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Северск – 2006 
 

       Содержание 

             Введение 3  

       1    Цель расчета 4

       2    Данные для расчета 4

       3    Тепловой расчет аппарата 4

       3.1 Тепловая нагрузка аппарата 4

       3.2 Расчет средних температур теплоносителей  и средней разности 

             температур  5

       3.3 Определение температур стенок 6

       3.4 Определение поверхности теплообмена 10

       4    Конструктивный расчет теплообменника 12

       4.1 Определение числа труб и числа  ходов в трубном пространстве 12

       4.2 Расчет внутреннего диаметра  корпуса 13

       4.3 Расчет диаметров патрубков 14

       5    Гидравлический расчет 16

       6    Прочностной расчет 17

       7    Расчет тепловой изоляции 18

             Заключение 20

             Список литературы 21

             Приложение А. Эскиз кожухотрубчатого теплообменника  22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Введение

        

       Теплообменная аппаратура широко применяется в  химической технологии в различных процессах нагревания, охлаждения растворов, жидкостей, конденсации пара, испарения жидкости.

       При проектировании и конструировании  теплообменных аппаратов необходимо в максимально возможной степени  удовлетворить многосторонние и часто противоречивые требования, предъявляемые к теплообменникам. Основные из них: соблюдение условий протекания технологического процесса; возможно более высокий коэффициент теплопередачи; низкое гидравлическое сопротивление аппарата; устойчивость теплообменных поверхностей против коррозии; доступность поверхности теплопередачи для чистки; технологичность конструкции с точки зрения ее изготовления; экономное использование материалов.

       Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время  являются самыми распространенными теплообменными аппаратами. Они обеспечивают высокую теплопроизводительность, достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе. Наиболее целесообразно применение кожухотрубчатых теплообменников для парожидкостного теплообмена. С целью увеличения скорости движения теплоносителя и интенсификации теплообмена в теплообменнике устанавливают перегородки в трубном или межтрубном пространствах, т.е. выполняют теплообменники многоходовыми.

       Целью данной работы является расчет кожухотрубчатого парожидкостного теплообменника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1 Цель расчета 

       Целью расчета является закрепление теоретических  выводов и расчетно-практических рекомендаций по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» и их приложение к конкретному расчету кожухотрубчатого теплообменника. 

       2 Данные для расчета 

       Исходные  данные приведены в таблице 1. 

      Таблица 1 – Исходные данные

 

       3 Тепловой расчет  аппарата 

       Целью теплового расчета теплообменного аппарата является определение из теплового баланса тепловой нагрузки, истинного коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена. 

       3.1 Тепловая нагрузка  аппарата 

       Тепловую  нагрузку аппарата определяем из уравнения  теплового баланса по формуле [3, с. 11]: 

        , Вт,             (1) 

где D – расход пара, кг/с;

          i_П – энтальпия насыщенного пара, Дж/кг; 

       

 

где i_K – энтальпия конденсата, Дж/кг;

         r – удельная теплота парообразования или конденсации, Дж/кг;

           h_П – коэффициент полезного использования тепла в аппарате;

           G_II – массовый расход жидкости второго теплоносителя, кг/с;

           С_II – удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг∙К);

           t_2K – конечная температура жидкости;

           t_2H – начальная температура жидкости.

         Находим температуру кипения воды, равную температуре конденсации, и удельную температуру парообразования r [2, с. 533]:  

       

 

       Удельная  теплота парообразования [2, с.533]:

r=2208 кДж/кг. 

       3.2 Расчет средних  температур теплоносителей  и средней разности температур 

       В случае конденсации пара в теплообменнике средняя температура первого (горячего) теплоносителя равна температуре конденсации пара. Изменение температур теплоносителей представлено на рисунке 1. 
 
 
 
 
 
 
 

       Рисунок 1-Изменение температур теплоносителей 
 
 

       

       

 

       Так как  , то среднюю разность между теплоносителями определяем по формуле: 

       

       Кроме того, среднюю разность температур между теплоносителями можно  определить по формуле: 

       

где – средняя температура первого теплоносителя;

        – средняя температура второго теплоносителя.

       Тогда 

       

 

       Рассчитываем  удельную теплоемкость NaOH методом интерполяции. 

       

       

       20 – 0,017

       6,72 – х            х=

       С_II=3,846+0,0057=3,857 кДж/(кг К) 

       Тогда по формуле (1) определим тепловую нагрузку: 

       

 

       Также из формулы (1) найдем массовый расход пара: 

       

. 

       3.3 Определение температур  стенок 

       Задаемся  рядом значений  

       

 

       Тогда  

           

       Рассчитываем  для каждой t_ст1 коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке по формуле [3, с. 15]: 

            (2) 

где l – коэффициент теплопроводности конденсата, Вт/(м ×К);

       r – плотность конденсата, кг/м³;

       r – удельная теплота конденсации, Дж/кг;

       g – ускорение свободного падения, м/с²;

       m – динамический коэффициент вязкости, Па×с;

       Н – высота труб, Н = 2м;

       t_ст1 – температура стенки, °С.

       Определяем  значения для воды при температуре конденсации

       [2, с. 520]:

       Подставив в формулу (2) численные значения, получим: 

       

       

       

       

               

 
 

       Определяем  удельный тепловой поток из уравнения  теплоотдачи по формуле: 

                                              (3) 

       Подставив численные значения в формулу (3), получим: