- К чему сводится расчет кожухотрубного теплообменника? К определению поверхности.
- Расчёт кожухотрубных теплообменников Введение Настоящее пособие предназначено.
Площадь поверхности теплообмена выбранного теплообменного аппарата F=17,5 м 2, что отвечает требуемой поверхности, т.е. Для выполнения уточненного расчета оставляем ранее выбранный в ориентировочном расчете аппарат. 1.7 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата Уточненным называется расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом температуры стенки. Расчет температуры стенки ведем методом последовательных приближений. Первое приближение. Задаемся значением температуры стенки со стороны пара, равным.
М 2, По 1, табл. 1.8 ГОСТ 15122-79 окончательно выбираем двухходовой аппарат диаметром d=325 мм, с числом труб n = 56 шт, с длиной теплообменных труб L = 4000 мм и F = 17,5 м 2. 1.8 Обозначение теплообменного аппарата 1) Диаметр кожуха D = 325 мм по 1,. 29 ГОСТ 9617-76. 2) Тип аппарата ТНВ – теплообменник с неподвижными трубными решётками вертикальный. 3) Условное давление в трубах и кожухе – 0,3 МПа.
Расчет теплообменника в настоящее время занимает не более пяти минут. Любая организация.
4) Исполнение по материалу – М 1. 5) Исполнение по температурному пределу – 0 – обыкновенное. 6) Диаметр трубы d= 25 мм. 7) Состояние поставки наружной трубы – Г – гладкая. 8) Длина труб L= 4,0 м.
9) Схема размещения труб – Ш – по вершинам равносторонних треугольников. 10) Число ходов – 2. Группа исполнения – А. Вертикальный двухходовой кожухотрубчатый теплообменник 1-кожух; 2-трубная решетка; 3-трубка, 4-крышка, 5-распределительнаякамера 2. Конструктивный расчет Цель конструктивного расчета теплообменных аппаратов с трубчатой поверхностью теплообмена – расчет диаметров штуцеров и выбор конструкционных материалов для изготовления аппаратов, трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных трубок и трубных решеток к кожуху; конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними; распределительных камер, крышек и днищ аппарата; фланцев, прокладок и крепежных элементов; конструкций компенсирующего устройства, воздушников, отбойных щитков, опор и т.п 1, стр.42.
2.1 Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата Материал выбирают по рабочим условиям в аппарате: температуре, давлениям, химическим свойствам теплоносителей и др. При выборе материала пользуемся рекомендациями 1, табл. 2.2 и ГОСТ 15199-79, 15120-79, 15121-79, в которых указаны материалы основных деталей в зависимости от группы материального исполнения.
Группа материального исполнения – М 1. Материал: кожуха – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-79; распределительной камеры и крышки – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-89; трубы – сталь 10 ГОСТ 8733-87 1, табл. 2.2 Выбор трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина Sр ( min ) (в мм) должна быть не менее 1,. Толщину трубной решетки выбираем в зависимости от диаметра кожуха аппарата и уловного давления в аппарате 1, табл. 2.3: Sр = 27 мм.
Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82. 46 определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при d н = 25 мм, t = 32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 1, табл. Размещение отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рис. 4 Размещение отверстий в трубных решетках Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 х 2 мм в трубных решетках выбираем по 1, табл.
2.7, диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы: D 0 = 287 мм, 2R = 281 мм, Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках по рядам: 0 ряд – 6 1 ряд – 9 2 ряд – 8 3 ряд – 7 4 ряд – 4 Общее число труб в решетке – 56 шт. Отверстия в трубных решетках выполняем гладкими. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр 25,5 мм. Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рис. Рис.5 Крепление труб в трубной решетке развальцовкой споследующей отбортовкой Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой. 2.8 в соответствии с ГОСТ 26291-94 принимаем минимальную толщину стенки корпуса S = 6 мм.
2.3 Выбор конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними. Отбойники Применяем внутренние поперечные перегородки с диаметрально чередующимся в них сегментными средами для поддержания расстояния между трубами (рис. 7 Узел крепления неподвижной трубной решетки: 1 – решетка трубная; 2 – фланец; 3 – прокладка;4 – трубка теплообменная; 5 – кожух; 6 – крышка. Для того чтобы теплообменники лучше работали, необходимо обеспечить минимальный зазор между корпусом и перегородкой. Номинальный диаметр D п поперечных перегородок принимают в зависимости от внутреннего диаметра аппарата 1,. 58: D п = 310 мм при D=315 мм.
Максимальное расстояние между перегородками принимаем по 1,. 58 равным 800 мм, а минимальная толщина перегородок 1,.
Взаимное расположение поперечных перегородок фиксируют несколькими стяжками между ними. Стяжки придают пучку жесткость и дополнительную прочность, обеспечивают удобства его сборки. Они представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные через отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегородками надеты распорные трубки. Число стяжек принимаем в зависимости от диаметра аппарата 1,.
59: диаметр стяжек – 12 мм, число стяжек – 4. При входе среды (пара) в межтрубное пространство теплообменника часто устанавливают отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера (рис. 9 Днище эллиптическое с отбортовкой По 3, табл. 16.1 выбираем размеры днища эллиптического отбортованного стального диаметром 800 мм: S d = 6 мм, Н d = 81 мм, h у = 25 мм. Днище 325 х 6-25 ГОСТ 481-58 3, табл.
Выбранное днище используем для изготовления входной и выходной крышек аппарата. Марка стали – 09 Г 2 С 3, табл.
2.5 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов Присоединение трубопроводов к теплообменным аппаратам бывает разъемным и неразъемным. Разъемное присоединение труб осуществляется при помощи фланцевых резьбовых штуцеров.
При диаметре трубопроводов более 10 мм применяют фланцевые штуцеры. Диаметр штуцера зависит от расхода и скорости теплоносителя 1,. 10 Фланец для штуцеров Выбираем по D у и р у = 0,6 МПа 3, табл. Основные размеры фланцев: фланцы штуцеров для ввода и вывода воды – Фланец 50-3 ГОСТ 1255-67: D у = 50 мм, D б =110 мм, D ф = 140 мм, h = 13 мм, z = 4 шт, d б =12мм; фланец штуцера для ввода водяного пара – Фланец 100-3 ГОСТ 1255-67: D у =100 мм, D б = 170 мм, D ф = 205 мм, z = 4 шт, h = 15 мм, d б = 16 мм; фланец штуцера для вывода конденсата – Фланец 30-3 ГОСТ 1255-67: D у =32 мм, D б = 90мм, D ф = 120 мм, h = 15 мм, z = 4 шт, d б = 18 мм. Для присоединения крышек к корпусу аппарата используем тип 2 диаметром 325 мм (рис. 11 Фланец для аппарата По 3, табл. 21.9 выбираем основные размеры фланцев для аппарата: фланец I-325-3 ГОСТ 1235-67: D б = 395 мм, D ф = 435 мм, h = 20 мм, d б = 20 мм, z = 12т; прокладка – паронит ГОСТ 481-80.
2.6 Проверка необходимости установки компенсирующего устройства Жесткое крепление трубных решёток к корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям. В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.). По данным 1 табл.1.7 допускаемая разность температур кожуха и труб (не требующая установки компенсирующего устройства) при давлении Р y. 0 С, следовательно, установка компенсирующего устройства не требуется.
2.7 Опоры аппарата Химические аппараты устанавливают на фундаменты или специальные несущие конструкции при помощи опор. Тип опоры выбирают в зависимости от конструкции оборудования, нагрузки и способа установки.
При установке вертикальных аппаратов широко применяются лапы на полу или на фундаментах. При наличии нижних опор аппарат устанавливают на три или четыре точки, при подвеске между перекрытиями – на три лапы и более. Расчетную нагрузку, воспринимаемую опорой аппарата, определяют по максимальной силе тяжести его в условиях эксплуатации или гидравлического испытания (при заполнении аппарата водой) с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок от силы тяжести трубопроводов, арматуры и т. Вес аппарата (с жидкостью) делится на число 'лап', и по допустимой нагрузке на опору выбирают ее основные размеры по 1, табл. Принимаем число лап равным 3, а допустимую нагрузку равную 4000 Н.По 1, табл.
Расчет Кожухотрубчатого Теплообменника Программа
2.13 выбираем основные размеры опор вертикального аппарата при допустимой нагрузке 4000 Н: a=75 мм, a 1 =95 мм, b=95 мм, с=20 мм, c 1 =50 мм, h=140 мм, h 1 =10 мм, S 1 =5 мм, k=15 мм, k 1 =25 мм, d=12 мм. 12 Опора вертикального аппарата 3.
Гидравлический расчет Цель гидравлического расчета – определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды. Теплоносители должны подаваться в теплообменный аппарат под некоторым избыточным давлением для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата и системы технологических трубопроводов за аппаратом, переместить теплоноситель из одной точки пространства в другую (например, поднять его) и иметь возможность сообщить ему дополнительную скорость. При этом теплоноситель должен обладать достаточной энергией в заданной точке технологической схемы. Потери энергии жидкостью и газами при их движении, обусловленные внутренним трением, определяют величину гидравлического сопротиления 1,. 3.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них Теплообменные аппараты включаются в трубопроводы, входящие в состав насосных установок, образующих технологические схемы различных пищевых или химических отраслей промышленности. Расчету принадлежит схема насосной установки, предлагаемая в задании на проектировании. Различают два вида гидравлических сопротивлений (потерь напора): сопротивление трения и местные сопротивления.
12 – Схема насосной установки 1 –емкость; 2 – насос; 3 – теплообменник; 5 – стерилизуемый аппарат. Трубопровод состоит из всасывающей и напорной линий. Всасывающая линия – трубопровод от нижней части емкости до насоса. Напорная линия – участок трубопровода от насоса до теплообменника, теплообменник 3, участок от теплообменника 3 до стерилизуемого аппарата 4. 3.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения в них теплоносителя Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода (12), принимая по 1, табл. 1.4 скорость во всасывающем трубопроводе.
3.3 Выбор типа и марки насоса по расчетному напору и заданной подаче По полю характеристик V – Н насосов для чистой воды 8, c. 328 по заданной подаче V = 4×10 -3 м 3 /с (14,4 м 3 /ч) к рассчитанному требуемому напору Н тр =64,4 м выбираем насос по ГОСТ 22247-96: К 290/18б-У2, n=1450 об/мин.
3.4 Построение характеристик насоса и трубопровода. Определение рабочей точки насоса По каталогу насоса для химических производств 6 строим рабочие характеристики выбранного насоса – зависимости Н = f(V), N = f(V), h = f(V). Для построения характеристики трубопровода рассмотрим его уравнение (17). Первые два слагаемых уравнения являются величиной постоянной и определяют собой статистический напор, тогда.
Так как V А = 16 м 3 /ч больше заданной подачи V А =14,4 м 3 /ч, то необходимо отрегулировать работу насоса на сеть одним из способов: прикрытием задвижки на напорной линии (дросселирование); уменьшением частоты вращения вала рабочего колеса насоса; обрезкой рабочего колеса. Заключение Расчет курсового проекта состоит из трех основных расчетов: теплового, конструктивного и гидравлического. В тепловом расчете определили необходимую площадь теплопередающей поверхности, в нашем случае F = 17,5 м 2, которая соответствует заданной температуре и оптимальным гидродинамическим условиям процесса. По полученным расчетным путем данным выбрали теплообменник. А ГОСТ 15122-79. В конструктивном расчете произвели расчет диаметров штуцеров, выбрали конструкционные материалы для изготовления аппаратов, трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных трубок и трубных решеток к кожуху; конструктивную схему поперечных перегородок и расстояния между ними; распределительные камеры, крышки и днища аппарата; фланцы и прокладки.
В гидравлическом расчете выбрали необходимый насос по полученному требуемому напору, в нашем случае H тр =64,4 м и заданная подача V=410 -3 м 3 /с (234 м 3 /ч) выбираем насос CR 15-6, мощность которого 5,5 кВт, который обеспечивает заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды. Список использованных источников 1.
Процессы и аппараты химических и пищевых производств (пособие по проектированию) / А.В. Логинов, Н.М. Подгорнова, И.Н. – Воронеж: ВГТА, – 2003. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. Романков, А.А.
Носков; Под ред. – 8-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1976. Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.
Справочник / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский; Под ред. – 2-е изд; перераб. – Л.: Машиностроение, 1970. Дытнерский, Г.С.
Борисов, В.П. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Под ред. Дытнерского, 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1991. Учебник по менеджменту о.с. виханский и а.и. наумов.
Насосы и насосные установки пищевых предприятий: Учеб. Пособие / А.В. Логинов, М.Н. Слюсарев, А.А. – Воронеж: ВГТА, 2001. А.Г Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов.- 10-е изд., стереотипное, доработанное.
1973г.- М.: ООО ТИД 'Альянс', 2004.-753с.
Расчёт кожухотрубных теплообменников Введение Настоящее пособие предназначено для студентов, выполняющих расчет теплообменников при курсовом проектировании по процессам и аппаратам химической технологии. Оно может быть использовано также на лабораторных занятиях при изучении процесса теплопередачи в кожухотрубных теплообменниках.
В курсовых проектах по процессам и аппаратам ручные расчеты теплообменников являются весьма трудоемкими, причем значительная доля времени тратится на малоинформативные арифметические вычисления. Поэтому при составлении этого пособия преследовалась цель: дать студентам возможность эффективного использования ЭВМ для расчета теплообменников, т. Сократить время на выполнение трудоемких расчетов без потери качества обучения. Методическое пособие состоит из описания трех программ расчета кожухотрубных теплообменников, охватывающих подавляющее большинство рассчитываемых при курсовом проектировании теплообменных аппаратов, а именно:. вертикальных кожухотрубных испарителей,.
вертикальных и горизонтальных кожухотрубных подогревателей и дефлегматоров,. кожухотрубных холодильников Элементом творческого использования этих программ является то, что от студента требуется не просто однократный расчет поверхности теплопередачи, но и наиболее тонкое ее приближение к нормализованным значениям. Это достигается методом целенаправленного перебора остальных, также нормализованных, конструктивных характеристик, т.
Многократным обращением к программе. В этой связи общим во всех трех программах является то, что исходная информация разбивается на два массива величин: констант массива 1, не изменяющихся в процессе подбора нормализованного теплообменника (они представляют собой физико-химические свойства теплоносителей и технологические условия процесса) и переменных массива 2, представляющих собой нормализованные конструктивные характеристики выбираемого аппарата, которыми необходимо задаваться в процессе расчета (например, диаметр и высота труб, число ходов и т.д.). При значительном отклонении рассчитанной поверхности от имеющейся в соответствующем нормализованном ряду необходимо целенаправленно изменить одну или несколько переменных массива 2.
При этом некоторое увеличение времени расчетов компенсируется необходимостью вдумчивого анализа получаемых результатов. Расчет вертикальных кожухотрубных испарителей.
Предлагаемый ниже алгоритм расчета относится к вертикальным кожухотрубным испарителям (например, кипятильникам ректификационных колонн), в которых кипящая в трубах жидкость обогревается паром, конденсирующимся в межтрубном пространстве. Алгоритм расчета.
Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к кипящей в трубах жидкости определяется по формуле 1: a тр= Б.q 0,6 (1) q - удельный тепловой поток, Вт/м 2. L ж – теплопроводность, Вт/мК; r ж – плотность жидкости, кг/м 3; r ж - удельная теплота парообразования, Дж/кг; C ж – теплоемкость жидкости, Дж/кгК; m ж – вязкость жидкости, Па×с; r п – плотность паров жидкости при температуре кипения, кг/м 3; r о – плотность паров жидкости при атмосферном давлении, кг/м 3. S ж – поверхностное натяжение, н/м; ( все физические свойства - при температуре кипения ).
Коэффициент теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, рассчитывается по формуле 1,2, (2) которая подстановкой D t = q / a мтр приводится к виду: a мтр= B.q -1/3, (3) Физические свойства конденсата: l к – теплопроводность, Вт/м×К; r к – плотность, кг/м 3; m к – вязкость, Па×с, - при разности температур Dt = (t п – t оп) 10 3 Вт/м 2. Нижняя граница интервала изоляции корня принята равной a 1=1 Вт/м 2, верхняя граница b 1 – равной критической удельной тепловой нагрузке, которая в программе рассчитывается по формуле 2: 2. Инструкция по работе с программой 1.
Расчет Трубчатого Теплообменника Программа
А) По ориентировочному значению коэффициента теплопередачи 2 выполняется приближенная оценка требуемой поверхности: F ор = Q/K ор.Dt ср б) По нормалям выбирается возможный вариант теплообменника, соответствующий ориентировочной поверхности. В данном случае определяется единственная конструктивная характеристика – высота труб Н, необходимая для уточненного расчета поверхности. В качестве выписки из нормалей можно воспользоваться таблицей, приведенной в литературе 2, или таблицей, имеющейся в приложении к настоящему пособию.
В) Рассчитывается в системе СИ константы массива физ. Свойств и вводятся в ЭВМ в порядке, приведенном ниже: теплопроводность конденсата l К, Вт/(м×К) плотность конденсата r К, кг/(м 3) удельная теплота конденсации r К, Дж/кг вязкость конденсата m К, Па×с теплопроводность жидкости l Ж, Вт/(м×К) плотность жидкости r Ж, кг/м 3 теплоемкость жидкости C Ж, Дж/(кг×К) вязкость жидкости m Ж, Па×с поверхностное натяжение жидкости s Ж, Н/м плотность паров жидкости при температуре кипения r П, кг/(м 3) плотность паров жидкости при атм. Давлении r 0, кг/(м 3) удельная теплота парообразования жидкости r Ж, Дж/кг средняя разность температур Dt СР., град. Цельсия сумма термич. Стенки труб и загрязнений åd/l, м 2×К/Вт тепловая нагрузка Q, Вт Далее пользователю предлагается проверить введённую исходную информацию и при необходимости изменить её.
При этом если в массиве информации содержится грубая ошибка, машина выдаст фразу “ОШИБКА В ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ” с указанием места, где эта ошибка допущена. Если не исправить ошибку, ЭВМ “выйдет” из задачи. Далее ЭВМ запрашивает высоту труб, м. Вводится запрашиваемая величина, и на экран выдаются результаты: коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве - a тр коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве - a мтр коэффициент теплопередачи - К поверхность теплообмена - F д) Анализируются результаты расчета, и при необходимости делается целенаправленное изменение высоты труб. Е) В пояснительной записке должен быть кратко изложен алгоритм расчета, приведена распечатка исходной информации и результатов расчета, причем каждое изменение высоты труб должно сопровождаться комментариями, объясняющими целесообразность и целенаправленность перехода к следующему варианту Пример 1. Расчет кожухотрубного испарителя. Задание: требуется рассчитать кипятильник ректификационной колонны.