Федеральне агентство з освітиРФ
ФГАУ ВПО В«Уральський ФедеральнийУніверситет - УПІ
ім. першого Президента Росії Б.М.Єльцина В»
Кафедра Промислової теплоенергетики
Курсовийпроект
з дисципліни:
В«тепломасообмінних обладнанняпромислових підприємств В»
Розрахунок теплообмінного апарату
Єкатеринбург 2011
Завдання на курсове проектування
Тема проекту:
Вертикальний теплообмінний апарат з жорсткою трубної гратами.
Вихідні дані:
Гріючий теплоносій - насиченийпар (Міжтрубний простір):
P хат = 0,7 МПа.
нагрівається теплоносій- Вода (трубки):
= 15 0 С;
= 95 0 С;
Р абс = 0,8 МПа.
Зміст проекту:
Тепловий та конструктивнийрозрахунок;
Гідравлічний розрахунок;
Механічний розрахунокелементів конструкції теплообмінного апарату;
Розрахунок теплової ізоляції;
КВП і А;
ВимогиВ«РостехнаглядуВ».
Графічна частинапроекту:
Поздовжній і поперечнийрозрізи апарату (А1), деталювання верхньої кришки (А1).
1. Опис апарату
кожухотрубчастітеплообмінні апарати застосовують для нагрівання й охолодження рідин і газів, а такождля випаровування і конденсації теплоносіїв в різних технологічнихпроцесах.
кожухотрубчастітеплообмінник являє собою апарат, виконаний з пучків труб, зібранихза допомогою трубної решітки, і обмежений кожухом і кришками
з штуцерами.Трубне і Міжтрубний простору в апараті роз'єднані, а кожне з цихпросторів може бути розділене за допомогою перегородок на кілька ходів.Перегородки встановлюються з метою збільшення швидкості і коефіцієнтатепловіддачі теплоносіїв.
Теплообмінник зварний зпрямими трубками, завальцован в трубні дошки. Трубки латунні з діаметром 18/16мм. Коефіцієнттеплопровідності латуні О» = 104,7 Вт/м В· К. Корпус виконаний із сталі (Ст20).
2. Тепловий іконструктивний розрахунок
Орієнтовно за існуючимиконструкціям вибираємо:
зовнішній діаметр трубок d нар = 18 Г— 1 мм;
внутрішній діаметр трубокd вн = 16 мм.
Вибираємо із довідникаоптимальну швидкість теплоносія всередині трубок П‰ 0 = 1,1 м/с.
Визначаємо число трубок.
Температурний напір.
, де
0 С
0 С
170, 4 про С -температура насичення при тиску P хат = 0,7МПа
0 С
Знайдемо середнітемператури теплоносіїв. При протитоку вважають допустимим визначатисередню температуру теплоносія з меншим температурним перепадом як середньоарифметичну,а середню температуру іншого теплоносія за формулою.
0 С
Теплоємність води і їїщільність визначається по середній температурі з таблиць:
з в = 4,176кДж/(кг в€™ К);
ПЃ в = 983,6кг/м 3 ;
Визначаємо теплову потужність.
Q в == 4,176 в€™ 22,22 в€™ (95- 15) = 7424 кВт
Витрата води G в = 80 м 3 /год = 22,22 кг/с
Число труб:
Приймаємо число трубок 100,уточнюємо швидкість:
Розташування трубок втрубній решітці: по вершинах рівностороннього трикутника.
Крок між центрамитрубок:
t = d н в€™ 1,3 = 0,018 в€™ 1,3 = 0,0234 м.
Визначення внутрішньогодіаметра корпусу
Положення крайніх трубок.
м.
Внутрішній діаметр(Апарат приймається двоходовий):
м
L - найбільша сумарна довжинаперегородок в днищі апарату, м.
Округляємо в більшусторону до стандартного значення: D вн = 0,5 м.
Для насиченої водяноїпара швидкість в міжтрубному просторі не перевіряється.
Визначення коефіцієнтатеплопередачі.
При d ср /Оґ ≥ 2
- теплопровідністьматеріалу з якого виготовлена ​​трубка для латуні, = 104,7 Вт/м Г— К;
- товщина стінки трубки, м.
Визначення коефіцієнтатепловіддачі від трубок до води a м (Вимушене протягом всередині трубок):
= 4,7576 В· 10 -7 -кінематична в'язкість при t ср в = 59,8 про С;
= 2,99 (при t ср в = 59,8 про С)
= 1,55 (при t ср ст = 112 про С (приймаєтьсяпопередньо))
l Ж1 = 0,6545 Вт/(м Г— К) - теплопровідність плівкиконденсату.
Визначення коефіцієнтатепловіддачі від пари до трубок a п (плівковаконденсація на вертикальній трубі):
де l ж = 0,6769 Вт/м Г— К -теплопровідність плівки конденсату;
ПЃ = 955 кг/м 3 - Щільність конденсату;
g = 9,81 м 2 /с - прискореннявільного падіння;
r = 2047 Дж/кг - питома теплотапароутворення;
= 0,000273 Н В· с/м 2 - Коефіцієнт динамічної в'язкостіконденсату;
; О”t = 170,4-112 = 58,4 0 С;
h = 0,15 м-відстань між перегородками.
Перерахуємо температурустінки:
t ст = 0 С
Похибка у визначеннітемператури стінки:
О” =, що не перевищує 5%.
Коефіцієнт теплопередачі:
де Оґ = 0,001 м -товщина стінки трубки.
Визначення площіповерхні нагріву та розмірів її елементів.
Знайдемо довжину трубок причислі ходів z = 2:
м;
Ставлення K =
D вн = 0,5 м.
Вибираємо зовнішній діаметркорпуси з ряду стандартних зовнішніх діаметрів D н = 530 мм
Визначення діаметрівпатрубків.
- діаметр патрубка для пара:
, м
G п = Q В· (h "-h ') = 7424 В· (2768,3-720.9) = 3,63 кг/с - витрата пари;
ОЅ п = 0,24м 3 /кг - питома обсяг пари;
w п - швидкість пара, м/с, приймаємо 30 м/с.
м.
- діаметр патрубка дляконденсату:
= м
w в - швидкість води в патрубку, приймаємо 3 м/с.
- діаметр патрубка длянагрівається води:
= м
w в - швидкість води в патрубку, приймаємо 1,3 м/с.
3. Гідравлічнийрозрахунок
теплообміннийопір нагрів конденсація
На переміщення робочоїсередовища через апарат необхідно затратити певну потужність. Ця потужність(Потужність на валу насоса), Вт, визначається за формулою
,
де - витрата теплоносія кг/с;
- гідравлічний опірапарату, Н/м 2 ;
- щільність теплоносія, кг/м 3 ;
- ККД насоса.
Гідравлічний розрахуноктеплообмінного апарату зводиться до визначення втрат тиску по трактукожного теплоносія від входу в апарат до виходу з нього.
Загальне падіння тиску потракту складається з втрат тиску в елементах апарату: вхідних і вихіднихпатрубках, камерах і колекторах, в трубних пучках і т.п. Для зручності розрахункувсі складові повної втрати тиску умовно поділяють на опіртертя при проході рідини по лінійним ділянкам тракту апарату й місцевіопору, обумовлені наявністю в теплообміннику локальних перешкод,змінюють напрямок, форму і швидкість потоку рідини.
У загальному вигляді повнеопір підраховується за формулою:
,
де - опір тертя;
- місцеві опори.
Розрахунок лінійного опорутертя.
Опір лінійнихділянок - це, перш за все, опір вхідного, вихідного патрубків іопір, обумовлений перебігом у трубному пучку, для одного теплоносіяі омивання трубного пучка для іншого. Лінійна довжина патрубків підвед...
