Курсовая работа по теплотехнике
«Тепловой расчет теплообменных аппаратов»
Задание №9
Приверил: Чурикова М.М.
Выполнил: Кабиров И.М.
Группа ХТ -12- 2
Москва 2013
Оглавление
I. Введение. Классификация теплообменных аппаратов………3
II. Конструктивный тепловой расчет…………………………….7
III. Проверочный тепловой расчет……………………………….11
IV. Графическая часть курсовой работы………………………..13
V. Список литературы……………………………………………..16
Введение. Классификация теплообменных аппаратов.
В процессах нефте- и газопереработки для обеспечения необходимой температуры в аппаратах требуется подводить и отводить тепло. Для этого на технологических установках широко используются специальные аппараты, называемые теплообменными или теплообменниками.
В аппаратах, предназначенных для нагрева или охлаждения, происходит теплообмен между двумя потоками, при этом один из них нагревается, а другой охлаждается. Поэтому вне зависимости от того, что является целевым назначением аппарата: нагрев или охлаждение, их называют теплообменными аппаратами.
Применительно к нефтегазоперерабатывающей промышленности теплообменные аппараты классифицируются по способу передачи тепла и назначению,
В зависимости от способа передачи тепла аппараты делятся на следующие группы.
Поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами осуществляется через поверхность, разделяющую эти среды.
Аппараты смешения, в которых передача тепла между теплообменивающимися средами происходит при их непосредственном контакте.
В зависимости от назначения аппараты делятся на следующие группы.
Теплообменники - в них один поток нагревается за счет использования тепла другого, получаемого в технологическом процессе и подлежащего в дальнейшем охлаждению.
Нагреватели, испарители, кипятильники - в них нагрев или частичное испарение осуществляется за счет использования высокотемпературных потоков нефтепродуктов или специальных теплоносителей (водяной пар, масло и др.).
Холодильники и конденсаторы - они предназначены для охлаждения потока или конденсации паров с использованием специального охлаждающего агента (вода, воздух, испаряющийся аммиак, пропан и др.).
Кристаллизаторы предназначены для охлаждения соответствующих жидких потоков до температур, обеспечивающих образование кристаллов некоторых составляющих смесь веществ. В качестве охлаждающего агента используются вода или специальные хладагенты в виде охлажденных рассолов, испаряющихся аммиака, пропана и др.
Поверхностные теплообменные аппараты классифицируются в зависимости от их конструкции. К их числу относятся следующие.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками (рис. 1).
Рис. 1. Кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками:
1 - распределительная камера; 2 - кожух; 5 - теплообменная труба; 4 - поперечная перегородка; 5 - трубная решетка; б - крышка кожуха; 7 - опора
В зависимости от числа перегородок в распределительной камере кожухотрубчатые теплообменные аппараты делятся на:
· одно-, двух- и многоходовые в трубном пространстве;
· аппараты многоходовые в межтрубном пространстве с продольными
перегородками;
· аппараты с поперечными перегородками сегментными, секторными, кольцевыми и др.
Теплообменники этого типа применяют при разнице температур теплообменивающихся сред, проходящих через трубки и межтрубное пространство, не более 50° и при сравнительно небольшой длине аппарата.
Достоинством аппаратов этого типа является простота конструкции и, следовательно, меньшая стоимость.
В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типа.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с плавающей головкой (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом поверхностных аппаратов (рис.2). Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса.
Рис. 2. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой:
1 - крышка распределительной камеры; 2 - распределительная камера; 3 - неподвижная трубная решетка; 4 - кожух; 5 - теплообменная труба; 6 - поперечная перегородка; 7 - подвижная трубная решетка;
8 - крышка кожуха; 9 - крышка плавающей головки; 10 - опора; 11 - катковая опора трубчатого пучка
По кожуху (межтрубному пространству) аппараты с плавающей головкой чаще всего выполняют одноходовыми. В аппаратах с двумя ходами по корпусу устанавливают продольную перегородку, что обеспечивает противоток потоков.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с температурным компенсатором. В этих аппаратах для частичной компенсации температурных напряжений используют специальные гибкие элементы (расширители, компенсаторы), расположенные на корпусе. Вертикальный кожухотрубчатый испаритель с неподвижными трубными решетками (рис. 3) отличается установкой между двумя частями кожуха 4 линзового компенсатора 3.
Рис. 3. Вертикальный кожухотрубчатый испаритель с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором на корпусе:
1 - распределительная камера; 2 -трубные решетки; 3 - компенсатор; 4 -кожух; 5 - опора; 6- теплообменная труба; 7 - поперечная «сплошная» перегородка; 9 - крышка. Потоки: I -испаряющаяся среда; II - конденсат; III - парожидкостная смесь; IV - водяной пар.
В аппаратах подобного типа используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы
Кожухотрубчатые теплообменники с U-образными трубками (см. рис.4) имеют одну трубную решетку, в которую ввальцованы оба конца U-образных трубок, что обеспечивает свободное удлинение трубок при изменении их температуры. Преимущество теплообменников с U-образными трубками - отсутствие разъемного соединения внутри кожуха, что позволяет успешно применять их при повышенных давлениях. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней и наружной поверхности труб, вследствие которой они используются преимущественно для чистых продуктов.
Рис. 4. Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками:
1 - распределительная камера; 2 - трубная решетка; 3 - кожух; 4 - теплообменная труба; 5 - поперечная перегородка; 6 - крышка кожуха; 7 - опора; 8 - катковая опора трубчатого пучка
Рис. 5. Испаритель с паровым пространством (рибойлер):
1 - кожух; 2 - люк; 3 - штуцер предохранительного клапана; 4 - трубчатый пучок;
5 - горловина; 6 - распределительная камера; 7 - опора; 8 - штуцер дренажа;
9 - перегородка; 10 - люк для троса лебедки. Потоки: I - испаряемая жидкость;
II-остаток; III- пары; IV- теплоноситель.
Испаритель с паровым пространством (рибойлер) (рис. 5). В испарителях с паровым пространством применяют такие же трубчатые пучки, как у аппаратов с плавающей головкой или U-образными трубками. При этом диаметр неподвижной трубной решетки несколько больше, что необходимо для того, чтобы плавающая головка в собранном виде могла свободно пройти через горловину 5 при демонтаже.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с двойными трубками. В таких аппаратах имеются две трубные решетки, размещенные с одной стороны аппарата. В одной трубной решетке развальцованы трубы меньшего диаметра, верхние концы которых открыты, в другой трубы большего диаметра, нижние концы которых заглушены. Такая конструкция обеспечивает независимое удлинение труб.(рис 6.)
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с витыми трубками используют в нефтегазопереработке для теплообмена между средами, одна из которых находится под высоким давлением.
Эффективность кожухотрубчатых теплообменных аппаратов повышается с увеличением скорости движения теплообменивающихся потоков и степени их турбулентности. Для повышения скорости движения потоков в межтрубном пространстве и обтекаемости поверхности теплообмена, создания большей турбулентности потоков и организации движения теплоносителя в направлении перпендикулярном к оси труб, в кожухотрубчатых теплообменных аппаратах устанавливают специальные поперечные перегородки. Они выполняют также роль опор трубчатого пучка, фиксируют трубы на заданном расстоянии одна от другой и уменьшают вибрацию труб.
На рис. 7 показаны поперечные перегородки разных типов. Наибольшее распространение получили сегментные перегородки (см. рис. 7, а). Высота вырезаемого сегмента равна примерно 1/3 диаметра аппарата, а расстояние между перегородками - около 0,5 диаметра аппарата. Поперечные перегородки с секторным вырезом (см. рис. 7, б) оснащены дополнительной продольной перегородкой, равной по высоте половине диаметра аппарата. Секторный вырез, по площади равный четверти сечения аппарата, располагают в соседних перегородках в шахматном порядке. При этом теплоноситель в межтрубном пространстве совершает вращательное движение то по часовой стрелке, то против нее.
Рис 7. Поперечные перегородки кожухотрубчатых аппаратов:
а-с сегментным вырезом; б- с секторным вырезом; в - кольцевые; г - с щелевым вырезом; д - «сплошные»
Аппараты со «сплошными» перегородками (см. рис. 7, д) используют обычно для чистых жидкостей. В этом случае жидкость протекает по кольцевому зазору (около 1,5 мм) между трубой и перегородкой,
В зависимости от характера направления потоков теплообменные аппараты делятся на прямоточные, противоточные, смешанного и перекрестного тока.
Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» по конструкции делятся на однопоточные (неразборные и разборные) и многопоточные.