Общий вид с пояснениями теплообменника типа "труба в трубе"

Содержание

Содержание

Аннотация

Поясняющие сведения

Введение

Типовые конструкции

Расчеты

Общая часть

Вариант

Вариант

Выводы

Литература

Аннотация

Целью данного курсового проекта является расчет и выбор оптимального нормализованного теплообменного аппарата. Для осуществления этой цели приведена сравнительная характеристика двух типов аппаратов: типа «труба в трубе» и кожухотрубчатого теплообменных аппаратов (отличающихся гидродинамическим режимом теплоносителей).

Кратко описаны сущность и назначение процесса теплопередачи в химической технологии. При выборе теплообменного аппарата в качестве критериев оптимальности были приняты различные параметры: габариты аппаратов, их стоимость, масса, которые позволили подобрать наилучший вариант среди аппаратов различных конструкций.

Поясняющие сведения

Введение

Процессы теплообмена широко распространены в химической технологии и многих областях техники. Нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация имеют общую закономерность: их интенсивность определяется законами теплопередачи.

Рассмотрение любого процесса включает балансовый (тепловой – для тепловых процессов) и кинетический расчеты.

В балансовом расчете решается вопрос о количестве тепла, которое должно перейти в аппарате от одной среды к другой. Кинетический расчет определяет требуемую величину поверхности теплопередачи, т.е. размер аппарата. Кинетический расчет невозможен без предварительного балансового, а балансовый без кинетического остается лишь нереализованным заданием.

В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлено рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменников наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности и конвекции.

Зависимость коэффициента теплоотдачи от характера и скорости движения рабочих сред, их физических свойств, размеров и формы поверхности теплообмена и других факторов весьма сложна и не может быть установлена теоретически. Поэтому для определения коэффициента теплоотдачи прибегают к экспериментальным исследованиям и обобщением опытных данных при помощи теории подобия. Процесс теплоотдачи определяется для разных случаев соответствующими критериями: критерий Нуссельта, критерий Пекле, критерий Прандтля, критерий Рейнольдса, критерий Грасгофа. На основании теории подобия любую зависимость между переменными, характеризующими какие-либо явления, можно представить в виде обобщенной зависимости между критериями подобия. Конкретный вид зависимостей устанавливают в результате обработки опытных данных; обычно получают степенные уравнения.

Теплоотдача при поперечном омывании труб, и особенно, трубных пучков характерна в теплообменной аппаратуре. В этом случае условия омывания труб жидкостью изменяются по окружности трубы, что приводит к резкому изменению значений локальных коэффициентов теплоотдачи. Обобщенные критериальные уравнения, полученные при обработке многочисленных опытных данных, позволяют вычислять средние значения α, используемые обычно в расчетах.

В качестве теплоносителей в промышленности наиболее распространены водяной пар, газообразные продукты сгорания топлива и химических реакций. В качестве охлаждающих агентов наиболее часто используют воду, воздух и водные растворы некоторых солей (NaCl, CaCl2). Коэффициент теплоотдачи зависит от физических свойств теплоносителей, поэтому выбор или вычисление физических параметров теплоносителей в зависимости от температуры и давления составляют элемент расчета теплообменной аппаратуры.

Типовые конструкции

Процессы теплообмена осуществляются в аппаратах различных типов и конструкций.

По способу передачи тепла теплообменные аппараты делят на поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах рабочие среды обмениваются теплом через стенки из теплопроводного материала, а в смесительных тепло передается при непосредственном перемешивании рабочих сред (используются, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред).

Поверхностные теплообменники делятся рекуперативные и регенеративные.

Кожухотрубчатые теплообменники

Эти теплообменники распространены вследствие компактного размещения большой передающей поверхности в единице объема аппарата. Поверхность теплообмена в нем (рис.2.2.1.) образуется пучком трубок 5, концы которых закреплены в двух трубных решетках 4. Трубки заключены в цилиндрический кожух 1.

К трубным решеткам крепятся на болтах распределительные головки 3. Для подачи, отвода теплообменивающихся сред в аппарате имеются штуцеры 2. Трубки чаще всего в решетках закрепляются развальцовкой, сваркой и реже с помощью сальников.

Для увеличения скорости движения теплоносителей с целью интенсификации теплообмена нередко устанавливают перегородки как в трубном, так и в межтрубном пространствах.

Кожухотрубные теплообменники могут быть горизонтальными, вертикальными, наклонными. В зависимости от величины температурных удлинений трубок и корпуса применяют кожухотрубные теплообменники с жесткой, полужесткой и нежесткой конструкцией.

В связи с увеличением масштаба производства все чаще применяется установка батареи кожухотрубных теплообменников с большой теплопередающей поверхностью. Такая установка рентабельна, т.к. экономит производственные площади.

Теплообменники типа «труба в трубе»

Теплообменники этого типа состоят из ряда последовательно соединенных звеньев. Каждое звено представляет собой две соосные трубы. Трубы обычно соединяют между собой “калачами” или коленами.

Двухтрубные теплообменники, имеющие значительную поверхность нагрева, состоят из ряда секций, параллельно соединенных коллекторами. Подбором диаметров внутренней и наружной труб можно обеспечить обеим рабочим средам необходимую скорость для достижения высокой интенсивности теплообмена.

Преимущества двухтрубного теплообменника: высокий коэффициент теплоотдачи, пригодность для нагрева или охлаждения сред при высоком давлении, простота изготовления, монтажа и обслуживания. Недостатки – громоздкость, высокая стоимость вследствие большого расхода металла на наружные трубы, не участвующие в теплообмене, сложность очистки кольцевого пространства.

Теплообменник.cdw