Теплообменный аппарат труба в трубе

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Февраля 2013 в 14:03, курсовая работа

Описание работы

Процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменными. Его движущей силой является разница температур между более нагретыми и менее нагретыми телами. Тело, участвующее в теплообмене называется теплоносителями.

Содержание работы

Задание………………………………………………………………………………….3

Введение…………………………………………………………………………….…..4

1 Литературный обзор…………………………………………………………….……...5
1.1 Теоретические аспекты процесса теплообмена........................................................5
1.2 Основные конструкции и параметры нормализованных теплообменных
аппаратов……………………………………………………………………………..9

2 Технологический расчет……………………………………………………………..16
2.1 Ориентировочный тепловой расчет……………………………………....……….17
2.2 Расчет изоляции аппарата……………………………………………….…………22
2.3 Определение размеров патрубков…………………………………………………23
2.4 Гидравлический расчет…………………………………………………………….23

3 Расчет аппарата на прочность……………………………………………………….26

4 Расчет фланцевого соединения………………………………...……………………27

5 Выбор материала………………………………………………………..…………….29
5.1 Сведения об установке контрольно – измерительных приборов………….…….29

Заключение…………………………………………………………….………………..30

Список литературы…………………………………………………….………………..31

Файлы: 1 файл

ПАПП - 1.doc

— 975.00 Кб (Скачать файл)

 

 

Содержание

 

   Задание………………………………………………………………………………….3

 

   Введение…………………………………………………………………………….…..4

 

1 Литературный обзор…………………………………………………………….……...5

   1.1 Теоретические  аспекты процесса теплообмена........................................................5

   1.2 Основные конструкции и параметры нормализованных теплообменных

         аппаратов……………………………………………………………………………..9 

                 

   2 Технологический  расчет……………………………………………………………..16

   2.1 Ориентировочный  тепловой расчет……………………………………....……….17

   2.2 Расчет изоляции  аппарата……………………………………………….…………22

   2.3 Определение  размеров патрубков…………………………………………………23

   2.4 Гидравлический  расчет…………………………………………………………….23

 

   3 Расчет аппарата  на прочность……………………………………………………….26

 

   4 Расчет фланцевого соединения………………………………...……………………27

 

5 Выбор материала………………………………………………………..…………….29

   5.1 Сведения об  установке контрольно – измерительных  приборов………….…….29

 

   Заключение…………………………………………………………….………………..30

 

Список литературы…………………………………………………….………………..31

 

 

         

 

АТТ.00.00.000.ПЗ

         

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Студент

Савельев И.В.

   

 

Теплообменный аппарат  “труба в трубе”

Лит.

Лист

Листов

Руководит.

Бакин И.А.

   

У

   

2

31

       

 

КемТИПП

группа ПМн- 061

Н. контр.

     

Заф. каф.

     

 

 

Задание

Спроектировать теплообменник  типа «Труба в трубе» для подогрева  жидкости по следующим данным:

  1. Наименование жидкости – молоко
  2. Начальная температура жидкости -
  3. Конечная температура жидкости -
  4. Расход жидкости – 8500 кг/г
  5. Греющий теплоноситель – вода
  6. Начальная температура греющего теплоносителя -

 

         

 

АТТ.00.00.000.ПЗ

Лист

         

3

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

  1. Литературный обзор

 

1.1 Теоретические аспекты процесса теплообмена

Процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменными. Его движущей силой  является разница температур между  более нагретыми и менее нагретыми  телами. Тело, участвующее в теплообмене  называется теплоносителями.

Различают три способа  распространения тепла: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция.

Теплопроводность представляет собой перенос тепла от более  нагретого тела к менее нагретому  участку тела вследствие теплового  движения и взаимодействия микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом.

Тепловое излучение  это процесс распространения  электромагнитных колебаний с различной  длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов и молекул излучающего  тела. Все тела способны излучать энергию, которая поглощается другими телами и снова превращается в тепло.

Конвекцией называется процесс переноса тепла вследствие движения и перемещения макроскопических объемов газа либо жидкости. Перенос  тепла возможен в условиях естественной конвекции, обусловленной разностью плотностей в различных точках объема жидкости, возникающий вследствие не одинаковых температур в данных точках жидкости.

Конвекция также бывает вынужденной, в результате которой  происходит движение объемов жидкости или газа, например при перемешивании механической мешалкой.

Теплопередача – самопроизвольный, необратимый процесс переноса тепловой энергии от горячего тела к холодному. Как и многие физические процессы и явления он подчиняется закону сохранения энергии, т.е. расходуется на нагрев холодного тела и компенсацию тепловых потерь в окружающую среду, которая обычно составляет 3-5%.

Тепловой поток (тепловая нагрузка аппарата) это количество тепла переносимого  от горячего теплоносителя к холодному за единицу времени.

         

 

АТТ.00.00.000.ПЗ

Лист

         

5

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Тепловой баланс

,

где Q – тепло, отдаваемое горячим теплоносителем,

       Q – тепло, отдаваемое холодным теплоносителем,

       G , G – массовые расходы теплоносителя,

       I – энтальпия

Основное уравнение  теплопередач

,

где Q – тепловой поток;

     К – коэффициент  теплопередачи, Вт/м2*градус, он показывает, какое количество тепла передается  от горячего теплоносителя к холодному за 1 секунду через 1м2 поверхности теплопередач, при условии что температуры теплоносителей различаются на 1 градус;

       F – площадь поверхности теплопередач, м2;

     ∆t –  средний температурный напор,  градус, он показывает, на сколько в среднем различаются температуры теплоносителя;

определение коэффициента теплопередач.

Вт/м2*К

где     и   - коэффициенты теплоотдачи для горячего и холодного теплоносителя. Они показывают, какое количество тепла отдается 1м2 или 1мм2 поверхности за 1 секунду, при условии что температура поверхности и температура теплоносителя отличаются на 1 градус;

   - термическое сопротивление поверхности теплопередач.

Передача  тепла теплопроводностью.

         

 

АТТ.00.00.000.ПЗ

Лист

         

6

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 Процесс передачи  тепла теплопроводностью описывается  с помощью закона 

Фурье, согласно которому количество тепла dQ, передаваемое непосредственно теплопроводностью через элемент поверхности dF, которая перпендикулярна тепловому потоку за время dt, прямопропорционально термическому градиенту поверхности dF и времени dτ

Тепловое подобие.

  • Критерий Нуссельта, с его помощью описывается подобие граничных условий.

Равенство критерия Нуссельта  характеризует подобие процесса теплопередачи на границе между  стенкой и потоком жидкости

  • Критерий Фурье – описывает условия подобия в ядре патока. Он характеризует связь между скоростью изменения температурного поля, размерами канала и теплофизическими свойствами среды в нестационарных условиях

  • Критерий Пекле показывает соотношение между количеством тепла, переносимого путем конвекции и теплопроводности при конвективном теплообмене

  • Критерии Прандтля характеризует поле теплофизических величин патока жидкости

  • Критерий Грасгоффа – вводится при условиях естественной конвекции. Характеризует отношение сил трения к подъемной силе, определяемой разность плотностей в различных точках потока жидкости
         

 

АТТ.00.00.000.ПЗ

Лист

         

7

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Теплоотдача без изменения  агрегатного состояния

  • Вынужденное движение жидкости внутри труб при развитом турбулентном режиме.

Для геометрически подобных прямых труб критериальное уравнение  будет иметь вид:

  • Ламинарный режим осложняется естественной конвекцией, возникающей вследствие разности температур по сечениям патока

Теплоотдача при механическом перемешивании.

  • Для интенсификации процесса теплоотдачи применяют мешалки, создающие преимущественно радиальные патоки жидкости. Критериальное уравнение:

  • При естественной конвекции нагретые частицы поднимаются вверх. Они имеют меньшую плотность, чем холодные частицы, которые опускаются вниз и нагревшись также поднимаются вверх. В результате чего возникают конвективные потоки. Критериальное уравнение:

Теплоотдача при изменении  агрегатного состояния.

     Определяющие  размеры для конденсации пара  и кипения жидкости различны. При конденсации пара определяющий  размер будет линейный размер  поверхности нагрева.

При кипении определяющими  размерами становятся либо критический радиус образовавшегося пузырька, либо его диаметр в момент отрыва от поверхности.

         

 

АТТ.00.00.000.ПЗ

Лист

         

8

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

При конденсации паров  на поверхность нагрева обычно образуется сплошная пленка конденсата. Она стекает вниз в различных гидродинамических режимах , поэтому интенсивность теплопередачи при изменении агрегатного состояния будет зависеть от толщины пленки конденсата и режима ее течения.

Для пленочной конденсации  критериальное уравнение теплообмена будет иметь вид:

,

где

- критерий Галилея

- критерий Кутателадзе.

1.2 Основные конструкции и параметры нормализованных теплообменных аппаратов

1.2.1. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты

 

         

 

Лист

         

9

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Кожухотрубчатые теплообменные  аппараты могут использоваться в  качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей.

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники — для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладоагентом) жидких и газообразных сред. В соответствии с ГОСТ 15120—79 и ГОСТ 15122—79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники могут быть двух типов: Н—с неподвижными трубными решетками и К — с линзовым компенсатором неодинаковых температурных удлинений кожуха и труб. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20— 60 град, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.

Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально  или вертикально, быть одно-, двух-, четырех - и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников — также и из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали.

Кожухотрубчатые конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121—79, конденсаторы могут быть двух-, четырех - и шестиходовыми по трубному пространству. От холодильников они отличаются большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство.

В кожухотрубчатых испарителях  в трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть жидкий, газообразный, парообразный, парогазовый или парожидкостной теплоноситель. Согласно ГОСТ 15119-79 эти теплообменники могут быть только вертикальными одноходовыми, с трубками диаметром 25*2мм. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе. Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа.

         

 

Лист

         

10

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

При большем давлении в кожухе следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 14246—79, могут быть двух- или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м.

 Кожухотрубчатые конденсаторы  с плавающей головкой (ГОСТ 14247—79) отличаются от аналогичных теплообменников большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Допустимое давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа, в межтрубном пространстве — от 1,0 до 2,5 МПа. Эти аппараты могут быть двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Диаметр кожуха от 600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м.

Теплообменники с U-образными трубами применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20X2 мм.

Кожухотрубчатые испарители с трубными пучками из U-образных труб или с плавающей головкой имеют паровое пространство над кипящей в кожухе жидкостью. В этих аппаратах, всегда расположенных горизонтально, горячий теплоноситель (в качестве которого могут быть использованы газы, жидкости или пар) движется по трубам. Согласно ГОСТ 14248—79, кожухотрубчатые испарители могут быть с коническим днищем диаметром 800—1600 мм и с эллиптическим днищем диаметром 2400—2800 мм. Последние могут иметь два или три трубных пучка. Допустимые давления в трубах составляют 1,6—4,0 МПа, в кожухе—1,0—2,5 МПа при рабочих температурах от —30 до 450 °С, т. е. выше, чем для испарителей с линзовым компенсатором. Испарители с паровым пространством изготовляют только двухходовыми, из труб длиной 6,0 м, диаметром 25X2 мм.

         

 

Лист

         

11

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

  • Теплообменники типа «труба в трубе»
  •  

     

    При небольших тепловых нагрузках, когда требуемая поверхность  теплообмена не превышает 20—30 м2, целесообразно  применение теплообменников типа «труба в трубе». Такие теплообменники изготовляют  следующих типов: 1) неразборные однопоточные малогабаритные; 2) разборные одно- и двухпоточные малогабаритные; 3) разборные однопоточные; 4) неразборные однопоточные; 5) разборные многопоточные.

    Эти теплообменники могут  иметь один ход или несколько (обычно четное число) ходов.

    Однопоточный малогабаритный теплообменник  имеет распределительную камеру для наружного теплоносителя, разделенную на две зоны продольной перегородкой. В крышке размещен калач, соединяющий теплообменные трубы. Кожуховые трубы крепятся в трубных решетках, теплообменные трубы герметизируются с помощью сальниковых уплотнений. Однопоточные разборные теплообменники из труб большого диаметра (более 57 мм) выполняются без распределительной камеры, так как штуцер для подвода наружного теплоносителя можно приварить непосредственно к кожуховым трубам.

    Двухпоточный разборный теплообменник  имеет две распределительные камеры, а в крышке размещены два калача. Поверхность теплообмена и проходные сечения для   теплоносителей при      прочих равных      условиях    в два раза больше, чем в

             

     

     

    Лист

             

    12

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    однопоточном теплообменнике. Многопоточные теплообменники типа «труба в трубе» принципиально не отличаются от двухпоточных.

  • Пластинчатые теплообменники
  •  

     

    В пластинчатых теплообменниках  поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными (Сварными). В пластинах разборных теплообменников имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных термостойких резин.  Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что благодаря прокладкам  между  ними  образуются каналы

             

     

    Лист

             

    13

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

    для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов. Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита закрепляются в специальной раме. Группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых данный теплоноситель движется только в одном направлении (сверху вниз или наоборот), составляет пакет. Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухотрубчатых теплообменниках. При заданном расходе теплоносителя увеличение числа пакетов приводит к увеличению скорости теплоносителя, что интенсифицирует теплообмен, но увеличивает гидравлическое сопротивление. При оптимальной компоновке пластин число пакетов для горячего и холодного теплоносителя может быть неодинаковым. В условном обозначении схемы компоновки число слагаемых в числителе соответствует числу пакетов (последовательных ходов) для горячего теплоносителя, в знаменателе — для холодного; каждое слагаемое означает число параллельных каналов в пакете (в конденсаторах однопакетная компоновка пластин по ходу пара).

    В полуразборных теплообменниках  пластины попарно сварены, доступ к  поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред.

    Разборные аппараты могут  работать при давлении 0,002—1,0 МПа и температуре рабочих сред от* —20 до 4-180°С, полуразборные — при давлении 0,002—2,5 МПа и той же температуре; неразборные (сварные) аппараты могут работать при давлении 0,0002—4,0 МПа и температуре от — 100 до +300 °С.

    Разборные теплообменники изготовляют по ГОСТ 15518—83 в трех исполнениях: I — на консольной раме, II — на двухопорной раме, III — на трехопорной раме.

     

               

    Лист

             

    14

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

  • Спиральные теплообменники
  •  

     

     

     

    В спиральных теплообменниках поверхность теплообмена образована двумя листами из углеродистой или коррозионно-стойкой стали, свернутыми на специальном станке в спирали. С помощью приваренных дистанционных штифтов между листами сохраняется одинаковое по всей спирали расстояние, равное 12 мм. Таким образом, получаются два спиральных канала, заканчивающихся в центре двумя полуцилиндрами, отделенными друг от друга перегородкой. К периферийной части листов приварены коробки. Каждый полуцилиндр с торцевой стороны и каждая коробка имеют штуцер для входа или выхода теплоносителя. С торцов спирали зажимают между дисками с помощью крышек. Для герметизации используют прокладки из резины, паронита, асбеста или мягкого металла. Согласно ГОСТ 12067—80, спиральные теплообменники имеют поверхности теплообмена 10—100 м2, работают при давлениях до 1 МПа и температуре от —20 до +200 °С.

               

    Лист

             

    15

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    1. Технологический расчет

     

    Температурная схема

     

      

     

     

     Расчетные температуры:

     жидкости (молоко): t = 450C;

     воды: t = 560C.

    Жидкость:

     

    t 0C

    ρ, кг/м3

    λ, Вт/(м∙К)

    С∙10-3, Дж/кг∙К

    V∙10-6, м2

    45

    1019

    0,570

    3,918

    0,92


    Вода:

    t 0C

    ρ, кг/м3

    µ, Па∙с

    V∙10-62

    λ, Вт/(м∙К)

    С∙10-3, Дж/кг∙К

    50

    988,1

    0,549∙10-3

    0,556

    0,647

    4180

    60

    983,2

    0,470∙10-3

    0,478

    0,660

    4180


    Определим ρ, µ, V, λ и С   воды:

               

    Лист

             

    16

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

      1.  Ориентировочный тепловой расчет

    Технологическую жидкость направим во внутреннюю трубу теплообменника, в межтрубное пространство направим нагревающую воду.

    Из формулы теплового  баланса определим тепловой поток [1] от греющего агента к охлаждающему (Q,Вт):

                                                                                                         (1)

    где - расход жидкости, кг/с;

               - средняя удельная теплоемкость жидкости, Дж/кг∙К;

               - начальная температура жидкости, 0C;

               - конечная температура жидкости, 0C.

    ,

                                                    

                                                   (2)

    где - расход воды, кг/с.

    Определим ориентировочную  поверхность теплопередач,

                                                            

    ,                                                      (3)

    где - ориентировочный коэффициент, ;

               - средняя разность температур.

                                                              

                                                         (4)

    .

    Определяем рабочие параметры теплообменника при .

    Выбираем два теплообменника с трубами, параметры которых:

               

    Лист

             

    17

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    №1

    №2

    При F = 81,3 м2

    При F = 79,3 м2

    Количество труб 76

    Количество труб 26

    Длина трубы 6000 мм

    Длина трубы 9000 мм

    Dнар = 89мм; δст = 4мм

    Dнар = 159мм; δст = 5мм

    Dвн = 89 – 2∙4 = 81мм

    Dвн = 159 – 2∙5 = 149мм

    dнар = 57мм; δст = 3,5мм

    dнар = 108мм; δст = 4мм

    dвн = 57 – 3,5∙2 = 50мм

    dвн = 108 – 2∙4 = 100мм


    Вариант №1 (F = 81,3 м2)

    Воспользовавшись законом  сплошности потока , определяем среднюю скорость, обоих теплоносителей по формуле:

    а) для холодного теплоносителя 

                                                               

    ,                                                          (5)

    где S2 – живое сечение потока холодного теплоносителя

                                                               

                                                          (6)

    ,

    б) для горячего теплоносителя

    где S1 – живое сечение потока холодного теплоносителя

    ,

    Определяем критерий Рейнольдса по формуле:

    а) для холодного теплоносителя

                                                            

                                                             (7)

    где - эквивалентный диаметр .   

               

    Лист

             

    18

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    б) для горячего теплоносителя

    где .   

    Критерий Прандтля:

    а) для холодного теплоносителя

    б) для горячего теплоносителя 

    Далее выбираем одно из трех критериальных уравнений для определения критерия Нуссельта, в зависимости от режима движения теплоносителей:

    а) для холодного теплоносителя

         б) для  горячего теплоносителя 

    Для турбулентного режима движения теплоносителя ( )

                                        

                                            (8)

    где - поправочный коэффициент, учитывающий отношение длины трубы (l) к ее диаметру (d);

    ;

     т.е.  , следовательно =1

    а) для холодного теплоносителя

    а) для горячего теплоносителя 

     т.е.  , следовательно =1;

    Далее находим коэффициент  теплоотдачи от внутренней стенки малой трубы к холодному теплоносителю по формуле:

                                                                     

    ,                                                                     (9)

               

    Лист

             

    19

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

       

    Коэффициент теплоотдачи  от горячей воды к нагруженной  стенке малой трубы определяем по формуле:

    ,

    Коэффициент теплоотдачи определяем по формуле:

                                                            

                                                              (10)

    где - толщина стенки малой трубы ;

    - коэффициент теплопроводности  материала стенки (для стали  );

    - термическое сопротивление  загрязнения малой трубы со  стороны холодного молока;

    - термическое сопротивление  загрязнения малой трубы со стороны горячей воды.

    Для органической жидкости

    ,

    .

    Для горячей воды (хорошего качества)

    .

    Тогда

    Плотность теплового  потока, определяем по формуле:

                                            

                                                (11)

    Находим необходимую  поверхность теплопередачи, по формуле:

               

    Лист

             

    20

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

                                                           

    ,                                                      (12)

    Вариант №2 (F = 79,3 м2)

    Скорость обоих теплоносителей:

    а) для холодного теплоносителя 

    ,

    б) для горячего теплоносителя 

    ,

    Определяем критерий Рейнольдса:

    а) для холодного теплоносителя

    б) для горячего теплоносителя

       

    Критерий Прандтля:

    а) для холодного теплоносителя 

    б) для горячего теплоносителя 

    Далее выбираем одно из трех критериальных уравнений для определения критерия Нуссельта, в зависимости от режима движения теплоносителей:

    а) для холодного теплоносителя 

         б) для  горячего теплоносителя 

                                                 

                                         (13)

     т.е.  , следовательно, =1

               

    Лист

             

    21

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

     т.е.  , следовательно, =1

    ,

    ,

    ,

    ,

    Для дальнейшего расчета из двух вариантов выбираем 1, так как в нем F – наименьшая, а К – наибольший.

    1В:              

    2В:            

      1. Расчет изоляции аппарата

    Толщину изоляции слоя определяем по формуле:

                                                            

                                                        (14)

    где - коэффициент теплопроводности изоляционного материала (принимаем      для шлаковой ваты );

           - коэффициент теплопередачи в окружающую среду,

                                                             

                                                       (15)

    где - коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху ;

           - допускаемая температура поверхности изоляции ;

           - температура окружающей среды .

    Тогда

    ,

    ,

               

    Лист

             

    22

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    Толщина изоляции теплообменного аппарата в данном случае составляет .

      1. Определение размеров патрубков

    Диаметры патрубков  определяем из соотношения:

                                          

                                                 (16)

    Диаметр патрубка для  горячего теплоносителя будет равен:

    Принимаем 

    Диаметр патрубка для  холодного теплоносителя будет  равен:

    Принимаем 

      1. Гидравлический расчет

    Для холодного теплоносителя  мощность насоса (N, кВт) определяем по формуле:

                                                          

                                                                  (17)

    где - потери напора в теплообменнике, Па;

           - объемный расход холодного теплоносителя, ;

           - КПД насоса

    Гидравлическое сопротивление  аппарата складывается из потерь давления на преодоление сопротивления трения и на преодоление местных сопротивлений .

                                     

    ,                                         (18)

    где - коэффициент гидравлического трения;

           и d- длина и диаметр трубы, ;

           - коэффициент местного сопротивления.

               

    Лист

             

    23

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

     Коэффициент гидравлического трения при турбулентном движении теплоносителя:

    ,

    ,

                                                                 

    ,                                                       (19)

                                               

    ,                                     (20)

    ,

    .

     

    Выбор центробежного  насоса:

                                                       

                                                (21)

    Выбираем центробежный насос Х8/18 с типом электродвигателя АО2-31-2

    Для горячего теплоносителя  мощность насоса (N, кВт) определяем по формуле:

    Гидравлическое сопротивление  аппарата:

    Коэффициент гидравлического  трения при турбулентном движении теплоносителя:

    ,

    ,

    .

    Выбор центробежного  насоса:

               

    Лист

             

    24

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    Выбираем центробежный насос Х8/18 с типом электродвигателя АО2-31-2

     

               

    Лист

             

    25

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    3 Расчет аппарата  на прочность

    Толщина гладкой цилиндрической обечайки находится по формуле [4]:

                                                    

    ,                                                        (22)

    где - внутреннее давление в аппарате;

          - внутренний диаметр цилиндрической оболочки;

          - допускаемое напряжение при растяжении для материала стенки аппарата (для стали

           Х18Н12Т =125МПа) ;

          - коэффициент прочности сварных соединений ;

          - прибавка на коррозию к толщине стенки аппарата (от1 до 4мм и более).

    Принимаем

     

    Для стали Ст20 =105МПа ;

            .

    Принимаем

               

    Лист

             

    26

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    4 Расчет фланцевого  соединения

    Данные для расчета:

    Размеры фланца [3]:

    Наружный диаметр фланца, ;

    Диаметр болтовой окружности ;

    Толщина фланца

    Размер привалочного выступа 4мм;

    Толщина прокладки 

    Диаметр болта 

    Внутренний диаметр  фланца ;

    Диаметр криволинейной  поверхности 

     

    Из этих данных находим  геометрическую ширину прокладки

    Принимаем привалочные  поверхности плоскими с двумя рисками. Приведенная и эффективная ширина прокладки соответственно будут равны:

    Приведенная:

                                                                   

                                                            (23)

    Эффективная:

                                                                

    ,                                                      (24)

    Расчетный диаметр прокладки  будет равен:

                                                               

                                                         (25)

    В качестве прокладочного  материала выбираем мягкую резину, из справочника коэффициент удельного  давления m=1 и посадочное напряжение 1,5МПа.

    Нагрузка на болты  от давления находится по формуле:

                                                    

                                                 (26)

               

    Лист

             

    27

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    Нагрузка на болты  от затяжки находится по формуле:

                                                             

                                                       (27)

    Болты будем изготавливать из стали (Ст 10). При значении предела прочности болтов 300МПа, допускаемое напряжение будет равно:

    Допускаемая нагрузка на болт находится по формуле:

                                                    

    ,                                                (28)

    Количество болтов находится  по формуле:

                                                                 

                                                          (29)

    ,

    Принимаем 4 болта.

    Толщина круглого приварного фланца [2], испытывающего напряжение изгиба, может быть рассчитана по формуле:

                                           ,                                              (30)

    где - диаметр расположения центров болтов;

           n – окончательное принятое число болтов;

          - диаметр отверстия под болт;

         - допускаемое напряжение при изгибе фланца (принимается меньше в 5-      6 раз).

     

               

    Лист

             

    28

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

     

    5 Выбор материала

    Материалы для изготовления стальных сварных аппаратов должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при ее рабочих параметрах. Обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь, возможно, низкую стоимость и быть недефицитными.

    Качество, химический состав и механические свойства материалов должны удовлетворять  требованиям соответствующих стандартов и ТУ.

    При выборе материала должны учитываться  механическая прочность, термостойкость, химическая стойкость, физические свойства.

    Согласно выше перечисленным требованиям  выбираем материал:    

    - для труб, штуцеров и фланцев сталь Х18Н12Т  ГОСТ 5632-72; 

    -для болтов и гаек сталь  10 по ГОСТ 26-429-79; 

    -для прокладок мягкая резина;

    -для изоляции шлаковая вата.

    5.1 Сведения об установке контрольно – измерительных приборов

    Для контроля работы теплообменного аппарата, на нем монтируются термометры для холодного и горячего теплоносителя, приборы для измерения  давления. Так же  на аппарате предусмотрены конденсатоотводчики, предохранительные клапаны и воздушные краны.

               

    Лист

             

    29

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    Заключение

    Был произведен расчет и  спроектирован теплообменник типа «Труба в трубе» для нагревания молока. Данный теплообменник состоит из 11 секций, в каждой секции по 13 элементов.

    Выбран центробежный насос для нагнетания горячей  и холодной жидкости марки Х8/18 с параметрами с типом электродвигателя АО2-31-2.

     

     

     

     

     

               

    Лист

             

    30

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    Список литературы

    1. «Процессы и аппараты». Методические указания. Кемерово.: 2007. 
    2. «Основные процессы и аппараты химической технологии» Дытнерский И.Ю.
    3. «Справочник конструктора - машиностроителя» Анурьев В.И.

    4. «Практикум по расчету и конструированию машин и аппаратов пищевых производств» - Л.: Агропромиздат. Ленинградское отд – ние, 1991.-256 с., ил. Харламов С.В.

               

    Лист

             

    31

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     

    Введение

     

    Процесс переноса тепла между телами, имеющими разную температуру, называется теплообменом. Его движущей силой является разность температур между более и менее нагретыми телами. Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. Различают три способа распространения тепла: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

    Теплопроводность – это перенос  тепла от более нагретого участку  тела к менее нагретому участку  тела вследствие теплового движения и взаимодействия микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом.

    Конвекция – перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

    Тепловое излучение – процесс  распространения электромагнитных колебаний с различной длинной волн, обусловленный тепловым движением атомов и молекул излучающего тела.

    Теплоотдача – это перенос тепла  от стенки к жидкой (газообразной) среде или в обратном направлении. Теплопередача – это процесс передачи тепла  от более нагретой среде к менее нагретой через разделяющую поверхность или стенку.

    Теплопередача между средами может  происходить в стационарных и нестационарных условиях. При стационарном процессе поле температур не изменяется во времени. При неустановившемся процессе температура изменяется во времени. 

             

     

    АТТ.00.00.000.ПЗ

    Лист

             

    4

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    34

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    35

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    36

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    37

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    389

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    39

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    40

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    41

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата



     


               

    Лист

             

    42

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата


     

     

     
             

     

    Лист

             

    43

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
             

     

    Лист

             

    44

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
             

     

    Лист

             

    45

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
             

     

    Лист

             

    46

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
               

    Лист

             

    47

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата

     
             

     

     

    Лист

             

    48

    Изм

    Лист

    № докум.

    Подп.

    Дата



     



    Информация о работе Теплообменный аппарат труба в трубе