Конструктивный тепловой расчет




РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА

Им. И.М. Губкина

ФАКУЛЬТЕТ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

КАФЕДРА ТЕРМОДИНАМИКИ И ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Курсовая работа по теплотехнике

 

 

«РАСЧЕТ И ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА»

 

Научный руководитель,

доцент _

 

Выполнил,

студент группы _

 

Работа принята:

 

Оценка:

 

 

Москва

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 3

Исходные данные…………………………………………………………………5

Конструктивный тепловой расчет. 5

Проверочный тепловой расчет. 10

Гидравлический расчет теплообменного аппарата. 11

Графическая часть. 12

Список использованной литературы: 13

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Теплообменными аппаратами (ТА) называются устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменные аппараты широко применяются в нефтедобывающей, газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности.

Все теплообменные аппараты по способу передачи теплоты могут быть разделены на две большие группы: поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах теплоносители отделены друг от друга твердой стенкой (такие аппараты называются рекуперативными), либо поочередно контактируют с одной и той же стенкой (такие аппараты называются регенеративными).

Рекуперативные теплообменные аппараты можно, в свою очередь, классифицировать:

1. По взаимному направлению потоков теплоносителей:

- прямоточные (прямоток), когда оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении;

- противоточные (противоток), когда оба теплоносителя движутся в противоположных направлениях;

- с перекрестным током – теплоносители движутся во взаимно перпендикулярных направлениях, однократно или многократно;

- с более сложными схемами различного сочетания прямотока, противотока и перекрестного тока.

2. По роду теплоносителей:

- аппараты, в которых оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (газо-газовые, жидко-жидкостные, газожидкостные);

- аппараты, в которых изменяется агрегатное состояние одного теплоносителя, - конденсаторы (горячего теплоносителя), парогенераторы, испарители (холодного теплоносителя);

- аппараты, в которых изменяются агрегатные состояния обоих теплоносителей (конденсаторы – испарители).

3. По конструктивному оформлению:

- трубчатые;

- трубчато-ребристные;

- пластинчатые;

- пластинчато-ребристые;

- трубчато-пластинчатые.

Наиболее распространенной конструкцией являются трубчатые аппараты. Поверхность теплообмена таких аппаратов состоит из одной или нескольких труб. Простейший теплообменник – типа «труба в трубе» - состоит всего из одной трубы, которая внутри омывается одним теплоносителем, а снаружи - другим, который протекает в кольцевом пространстве между теплообменной трубой и кожухом. Если теплообменник состоит из нескольких труб, то они собираются в трубный пучок с помощью трубных досок. Трубы с трубными досками заключены в кожух.

В инженерной практике при выборе теплообменного аппарата необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчеты, а также гидравлический расчет теплообменных аппаратов.

Конструктивный тепловой расчет проводится для того, чтобы выбрать теплообменный аппарат при их серийном производстве на заводах или спроектировать новый аппарат. В результате конструктивного расчета выбирается тип аппарата, его конструкция, схема течения теплоносителей, материал для изготовления отдельных элементов и определяется размер и масса теплообменного аппарата.

Проверочный тепловой расчет проводится с целью определить мощность теплообменного аппарата и конечные температуры теплоносителей, омывающих поверхность нагрева теплообменного аппарата, конструкция и площадь поверхности нагрева которого известны. Проверочный расчет обычно выполняется тогда, когда необходимо выяснить возможность использования уже установленного или проектируемого теплообменного аппарата в условиях, отличных от расчетных.

Гидравлический расчет теплообменного аппарата необходим для определения перепадов давлений теплоносителей и мощностей насосов и компрессоров, перекачивающих теплоносители.

 


Исходные данные

Горячий теплоноситель: топливо Т-5

кг/с

°C

°C

Холодный теплоноситель: нефть

кг/с

°C

 

Конструктивный тепловой расчет

Теплофизические свойства горячего теплоносителя (топливо Т-5) при средней температуре:

°C

Вт/(м·К)

кг/м3

Дж/(кг·К)

м2

 

Определим мощность ТА:

η=0,95 (ТА ставится в наиболее трудные условия при расчете).

 

Вт

 

Определяем температуру выхода холодного теплоносителя, методом итерации:

, °C где Дж/(кг·К) при t = 25℃

°C

°C

Дж/(кг·К)

°C

°C

Принимаем °C

°C

Дж/(кг·К) при t = 49,5℃

 

Теплофизические свойства холодного теплоносителя (нефть):

°C

Вт/(м·К)

кг/м3

Дж/(кг·К)

м2

 

Вычислим среднюю арифметическую разность температур между теплоносителями в теплообменном аппарате:

°С

°С

°С

 

Определим площади проходных сечений трубного fтр и межтрубного пространства fмт р при минимальной скорости течения жидкости.

Будем считать, что в трубах теплообменного аппарата течет топливо Т-5, а межтрубье – нефть:

м2;

м2;

 

На основании полученных данных, произведем выбор теплообменного аппарата.

Тип аппарата – ТА с U-образными теплообменными трубками;

Число рядов труб в пучке Z=16;

Число рядов труб в окнах перегородок Zn=8;

Число рядов труб между полостями, проходящими через кромки перегородок Zвп=4;

Диаметр кожуха, мм Наружный диаметр труб dn,мм Число ходов по трубам nx Площадь проходного сечения f, 10-22 Площадь поверхности теплообмена F2) при длине труб l (мм)
Наруж-ный Внут-ренний Одного хода по тубам В вырезе пере-городки Между пере-городками    
        1,2 2,0 3,3    

 

Уточним значение скорости горячего теплоносителя, в соответствии с выбранным теплообменным аппаратом, и вычислим число Рейнольдса:

м/с;

Режим течения турбулентный.

Используя метод итерации, при котором выполняется условие | tc(n+1) – tc(n)|<0,15, найдем αг и αх.

°С

Вт/(м2·К)

 

Скорость холодного теплоносителя в кольцевом пространстве:

м/с;

Число Рейнольдса

Режим течения переходной.

Вт/(м2·К)

°С

°С => Находим αг и αх при tc(2).

Prг,с(2)=10,7

Prх,с(2)=864

Вт/(м2·К)

°С

°С

 

αг = 560 Вт/(м2·К) и αх = 29 Вт/(м2·К)

Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю:

, Вт/(м2·К)

, Вт/(м2·К)

 

Необходимая площадь поверхности теплообмена:

м2

На основании выполненного расчета выбираем теплообменник

Диаметр кожуха, мм Наружный диаметр труб dn,мм Число ходов по трубам nx Площадь проходного сечения f, 10-22 Площадь поверхности теплообмена F2) при длине труб l (мм)
Наруж-ный Внут-ренний Одного хода по тубам В вырезе пере-городки Между пере-городками  
-       6,9 6,9 7,0  

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: