Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Определение свойств теплоносителей. Оценка коэффициента теплопередачи и ориентировочной поверхности теплообмена. Конструкция вертикального кожухотрубчатого теплообменника жесткого типа. Расчет скорости воды в межтрубном пространстве теплообменника.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНОБРНАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине

«Процессы и аппараты химической технологии»

на тему

РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Студент IV -- ХТ -- 2 Усова В.Д.

Преподаватель Скороход А.А.

Самара 2012г.

ВВЕДЕНИЕ

Теплообменные аппараты - устройства, в которых теплота переходит от одной среды к другой. Теплообмен между теплоносителями является одним из наиболее важных и часто используемых в технике процессов, поэтому теплообменники получили широкое применение в промышленности.

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1. Поверхностные теплообменники, в которых перенос тепла между обменивающимся теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена - глухую стенку.

2. Теплообменники смешения, в которых тепло передается от одной среды к другой при их непосредственном соприкосновении.

Значительно реже применяют в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жидких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми телами - насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагреваемой другими теплоносителями.

Поверхностные теплообменники наиболее распространены , и их конструкции весьма разнообразны.

В химической технологии применяют теплообменники, изготовленные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титан и др.), а также из не металлических материалов, например графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью.

Конструкции теплообменников должны отличатся простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможность меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.

Для теплообменников производят тепловой расчет. Тепловой расчет теплообменных аппаратов может быть проектным и поверочным. Проектные тепловые расчеты выполняют при проектировании новых аппаратов для нахождения поверхности теплообмена. Поверочные тепловые расчеты выполняют при известной поверхности нагрева теплообменника с целью определения количества переданной теплоты и конечных температур рабочих жидкостей. При рассмотрении теплообменных аппаратов с непрерывно изменяющейся температурой теплоносителей различают аппараты:

· прямоточные

· противоточные

· перекрестного тока

· смешанного тока

Теплообмен и гидравлическое сопротивление связаны со скоростью движения теплоносителей, то есть последняя должна выбираться в некоторых оптимальных пределах, определяемых стоимостью поверхности теплообмена аппарата данной конструкции и стоимостью затрачиваемой энергии при эксплуатации аппарата. Чем больше скорости теплоносителей, тем выше коэффициент теплопередачи и тем компактнее для заданной тепловой производительности теплообменник, а значит меньше капитальные затраты, но при этом растет сопротивление потоку и возрастают эксплуатационные затраты. При проектировании теплообменных аппаратов необходимо решать совместно задачу теплообмена и гидравлического сопротивления и найти наивыгоднейшие характеристики.

Задачей конструкторов является разработка теплообменных аппаратов с наименьшей затратой материала на единицу переносимой в нем теплоты. Для этого нужно увеличивать значения ?tср и К при одновременном уменьшении мощностей, необходимых на прокачку теплоносителей.

В данном проекте я выбрал кожухотрубчатый теплообменник. Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников.

В кожухотрубчатом теплообменники одна из обменивающих теплом сред движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремиться двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или охлаждении.

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Рис.1. Технологическая схема экстракционного выделения ароматических углеводородов: 1-экстракционная колонна; 2-скрубер; 3-теплообменник; 4- колонна экстрактивной перегонки; 5-сепаратор; 6-колонна рекуперации экстрагента

Исходную углеводородную фракцию подают в нижнюю часть экстракционной колонны 1, где она движется вверх противотоком к экстрагенту, вводимому в верхнюю часть колонны. Пространства под и над местом ввода потоков играют роль сепараторов. Рафинат с верха колонны уносит некоторое количество экстрагента, и для его рекуперации рафинат промывают в скрубере 2 водой, после чего используют как топливо.

Насыщенный экстрагент с низа колонны 1 подогревают в теплообменнике 3 горячим регенерированным экстрагентом и направляют в колонну 4, где осуществляется экстрактивная отгонка ароматических углеводородов с водой.

В сепараторе 5 воду отделяют и возвращают в колонну 4, а смесь ароматических углеводородов подают на окончательную ректификацию. Экстрагент с низа колонны 4 после охлаждения возвращают на экстракцию, а часть его выводят на регенерацию в колонну 6, где от него отгоняют излишнее количество воды и очищают от продуктов конденсации. Основной фракцией является бензол и толуол.

2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТА И ОБОСНОВАНИЕ ЕГО ВЫБОРА

В данной работе рассчитываем конструкцию вертикального кожухотрубчатого теплообменника жесткого типа при производстве толуола.

Кожухотрубчатый вертикальный шестиходовой теплообменник с неподвижными трубными решетками состоит из цилиндрического корпуса, который с двух сторон ограничен приваренными к нему трубными решетками с закрепленными в них греющими трубами. Пучок труб делит весь объем корпуса теплообменника на трубное пространство, заключенное внутри греющих труб, и межтрубное. К корпусу прикреплены с помощью болтового соединения два днища. Для ввода и вывода теплоносителя и хладоагента корпус и днища имеют патрубки. Вода вводится в трубное пространство, проходит по трубкам и выходит из теплообменника через патрубок в верхнем днище. Жидкость направляется в межтрубное пространство теплообменника, омывает снаружи трубы и выводится из корпуса теплообменника через патрубок.

Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную площадь. Отвод конденсата из трубного пространства конструктивно упрощается.



Рис. 2 - Шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник: 1 - корпус; 2 - трубная решетка; 3 - трубы; 4,,5-крышки, 6- перегородки 7 - перегородки межтрубном пространстве;

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1. Определение средней разности температур.

Средняя разность температур для противоточной схемы движения:

100? 80?

94 ?60?

;

Средняя разность температур рассчитывается по формуле:

Для дальнейших расчетов потребуются найти средние температуры конденсата и сырья. Так как температуры отличаются не более чем в два раза, то среднюю разность температур можно приближенно определить как среднеарифметическую между ними.

Средняя температура воды:

Средняя температура толуола:

2. Определение свойств теплоносителей.

Свойства насыщенного водяного пара и парового конденсата берем из справочной литературы (Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов). Все полученные значения сводим в таблицу.

Направим воду в трубное пространство теплообменника, а толуол - в межтрубное. Оборотная вода, насыщенная кислородом воздуха, будет вызывать коррозию трубного пучка и крышек аппарата, корпус корродировать не будет, что также более выгодно.

Трубное пространство. Вода:

Плотность [4, стр. 512]:

Теплоемкость [4, стр. 562]:

Вязкость [4, стр. 556]:

Теплопроводность [4, стр. 561]:

Межтрубное пространство: толуол

Плотность [4, стр. 512]:

Теплоемкость [4, стр. 562]:

Вязкость [4, стр. 556]:

Теплопроводность [4, стр. 561]:

Теплофизические свойства потоков Таблица 1

Свойство	Сырьё(толуол)	Теплоноситель(вода)
Средняя температура, 0С	77	90
Плотность, кг/м3	811	965
Теплоемкость, Дж/(кг•К)	1759,5	Другие файлы: Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор насыщенных паров толуола Тепловой баланс, гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника, тепловая нагрузка аппарата. Расчет площади теплообменника и подбор коэффициент... Конструкторское решение и расчет механизма горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации перегретого пара Характеристика и классификация теплообменных аппаратов. Проект горизонтального кожухотрубчатого теплообменника для конденсации перегретого пара; тепло... Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа Расчет кожухотрубчатого теплообменника, средней разницы температур между теплоносителями, объемного и массового расхода теплоносителя, тепловой нагруз... Расчет кожухотрубчатого теплообменника Индекс для горячего теплоносителя и средняя движущая сила процесса нагревания. Расход теплоты с учетом потерь, объемные расходы этанола и пара. Опреде... Кожухотрубчатые теплообменные аппараты Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов. Тепловой конструктивный расчёт рекуперативного кожухотрубчатого теплообменника, а также теплово...