Расчет кожухотрубчатого теплообменника [MATHCAD] – Все для студента
Учеб. – метод. пособие. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2003. – 80 с. В пособии описаны современные конструкции нормализованных кожухотрубных теплообменных аппаратов, изготовляемых отечественными предприятиями химического машиностроения; дана полная сводка уравнений для выполнения теплового расчета аппарата, изложены подробные алгоритмы теплообменников различного назначения….
- 2,26 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
Учебное пособие – Пенза: Пензенский государственный университет, 2001. – 100 с. Предложены последовательность выбора и расчета теплообменников, даны методики расчетов основных узлов и справочный материал, необходимый при выполнении курсовых и дипломных проектов по разработке и модернизации конструкций теплообменников. Илл. 46, табл. 9, библиогр. 46 назв. Содержание: Основы…
- 1,27 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т .1. Пер. с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. – М.: Энергоатомиздат, 1987, С. 560. Справочник содержит лаконичное и точное изложение классических основ теории теплообмена и современных методов расчета и проектирования теплообменной аппаратуры самого разного назначения. Содержание Предисловие к русскому изданию Предисловие…
- 11,00 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
Энергоатомиздат, 1987. — 352 с. Перевод с английского под ред. О. Г. Мартыненко. Справочник содержит лаконичное и точное изложение классических основ теории теплообмена и современных методов расчета и проектирования теплообменной аппаратуры самого разного назначения. Содержание Тепловой и гидравлический расчет теплообменников Введение Расчет и конструирование…
- 7,58 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
При помощи данной программы можно выполнять расчёт и подбор пластинчатых теплообменных аппаратов. Программа разработана фирмой Danfoss, одним из мировых лидеров по производству теплотехнического оборудования. Принцип работы прост: вводите исходные данные, получаете параметры теплообменника. Удобно, эффективно и не надо заморачиваться с расчётами. Языки: русский, английский и т. д….
- 43,36 МБ
- дата добавления неизвестна
- изменен
www.twirpx.com
Расчет теплообменника форма онлайн
Запрос на расчет теплообменника TFP онлайн
Расчёт и подбор теплообменников производится специалистами ООО «Термопоток» на основании заполненного опросного листа или on-line запроса по компьютерной программе PHE-Designer изготовителя пластин – фирмы FUNKE (Германия), разработанной на основании теплогидравлических испытаний. За расчёты, проведенные по другой методике или другими лицами, изготовитель ответственности не несёт.
Рекомендации по заполнению опросного листа
Для всех теплообменников при заказе необходимо обязательно указывать:
- тепловую нагрузку или расходы греющей или нагреваемой сред;
- температуры входа и выхода сред из теплообменника;
- допустимые потери давления в теплообменнике для греющей и нагреваемой сред.
При назначении допустимых потери давления в теплообменнике надо иметь в виду, что неоправданное их занижение приводит к увеличению теплообменной площади аппарата и, следовательно, его цены.
При заказе теплообменника, предназначенного для системы горячего водоснабжения, подключенной по двухступенчатой смешанной схеме, необходимо обязательно указать:
- тепловую нагрузку на отопление;
- зимний температурный график сетевой воды для определения расхода сетевой воды через первую ступень теплообменника;
- температурный график сетевой воды в точке излома для рабочего расчета теплообменника при наиболее низких параметрах сетевой воды;
- летний температурный график сетевой воды для проведения проверочного расчета теплообменника.
При затруднениях с заполнением показателей опросного листа можете проконсультироваться у специалиста по расчету теплообменников по телефонам +375 17 380 09 70, 380 09 71, 395 27 72
Скачать опросный лист:
Либо заполните форму онлайн:
termopotok.by
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
Обратная связь
ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение
Как определить диапазон голоса – ваш вокал
Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими
Целительная привычка
Как самому избавиться от обидчивости
Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам
Тренинг уверенности в себе
Вкуснейший “Салат из свеклы с чесноком”
Натюрморт и его изобразительные возможности
Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.
Как научиться брать на себя ответственность
Зачем нужны границы в отношениях с детьми?
Световозвращающие элементы на детской одежде
Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия
Как слышать голос Бога
Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)
Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека – Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
Отёска стен и прирубка косяков – Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.
Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) – В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Расчет теплообменного аппарата кожухотрубчатого типа
Выполнил: студент 3 – ИТ – III
Шибаев Владимир
____________
(подпись)
Проверил: Филлипов В.В.
_____________
(подпись)
Содержание.
1. Задание на расчет кожухотрубчатого теплообменника………………….…1
2. Расчет кожухотрубчатого теплообменника:
2.1Расчет средней разницы температур между теплоносителями……..2
2.2Расчет средней температуры каждого теплоносителя……….………2
2.3Теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах………………………………………………………………………2
2.4Расчет объемного и массового расхода теплоносителя…………………3
2.5Расчет тепловой нагрузки на аппарат…………………………………………..3
2.6Расчет массового и объемного расхода хладагента………………………3
2.7Расчет средней скорости потока хладагента…………………………………3
2.8Расчет критерия Рейнольдса и режим движения каждого потока….3
2.9Расчет ориентировочных коэффициентов теплоотдачи для каждого потока………………………………………………………………………………3
2.10Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи без учета загрязнения стенки……………………………………………………………………………………..5
2.11Расчет ориентировочного коэффициента теплопередачи с учета загрязнения стенки……………………………………………………………………………………..5
2.12Расчет температуры стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости……………………………………………………………………………………5
2.13Расчет необходимой площади теплообмена………………………………..7
2.14Подбор диаметров штуцеров для ввода и вывода потоков……………7
2.15Расчет гидравлического сопротивления трубного и межтрубного пространств, исходя из допустимых скоростей их движения………………………7
3.Выводы и рекомендации……………………………………………………………………….9
4.Библиография………………………………………………………………………………………10
РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
1. Расчет средней разницы температур между теплоносителями
Для этого определим среднюю разность температур при прямотоке теплоносителей:
100 50
20 40
80 10
Для этого определим среднюю разность температур при противотоке теплоносителей:
100 50
40 20
60 30
Так как внутри двух ходового кожухотрубчатого теплообменника нет четко определенного тока теплоносителей, то найдем среднюю температуру между противотоком и прямотоком, которая и будет использоваться в дальнейших расчетах:
2. Рассчитаем среднюю температуру каждого теплоносителя:
3. Выпишем теплофизические свойства теплоносителей при их средних температурах.
Таблица 1
| Горячий теплоноситель (1) | Хладагент (2) | ||||||
| октан | вода | ||||||
| ρ1, кг/м3 | С1, Дж/кг К | μ1, Па с | λ1, Вт/(м К) | ρ2, кг/м3 | С2, Дж/кг К | μ2, Па с | λ2, Вт/(м К) |
| 0,000306 | 0,1095 | 0,000804 | 0,618 |
4. Рассчитаем массовый и объемный расходы теплоносителя:
5. Рассчитаем тепловую нагрузку аппарата:
Так как в заданном нам процессе не происходит изменение агрегатного состояние ни вещества теплоносителя, ни вещества хладагента, то тепловая нагрузка находится по формуле
6. Рассчитаем массовый и объемный расход хладагента:
Исходя из теплового баланса и ранее найденной тепловой нагрузки на аппарат, получим:
7. Рассчитаем среднюю скорость хладагента:
8. Рассчитаем критерий Рейнольдса и режим движения каждого потока:
– развитое турбулентное движение
– развитое турбулентное движение
9. Рассчитаем ориентировочные коэффициенты теплоотдачи для каждого потока.
Коэффициент теплоотдачи находится по формуле . Для расчета необходимо подобрать критериальное уравнение расчета критерия Нуссельта.
Так как горячий поток движется турбулентно в прямых трубах, то критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта будет выглядеть так:
, где для охлаждающихся жидкостей при допустимой погрешности, – коэффициент зависящий от геометрии аппарата и режима движения потока берется их таблицы 2, – критерий Прандтля.
Таблица 2
| Значение Re | Отношение L/d | ||||
| 50 и более | |||||
| 1,23 | 1,13 | 1,07 | 1,03 | ||
| 1,18 | 1,1 | 1,05 | 1,02 | ||
| 1,13 | 1,08 | 1,04 | 1,02 | ||
| 1,1 | 1,06 | 1,03 | 1,02 | ||
| 1,05 | 1,03 | 1,02 | 1,01 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
Так как холодный поток поперечно обтекает пучок гладких труб при их шахматном расположении, при турбулентном режиме движения жидкости, то критериальное уравнение для нахождения критерия Нуссельта имеет вид:
, где – критерий Прандтля, для нагревающихся жидкостей при допустимой погрешности, – коэффициент учитывающий влияние угла атаки φ находится по таблице 3.
Таблица 3
| φ | |||||||||
| 0,98 | 0,94 | 0,88 | 0,78 | 0,67 | 0,52 | 0,42 |
Коэффициент Прандтля находится по формуле:
Подставляя вышеполученное, находим критерий Нуссельта и ориентировочный коэффициент теплоотдачи:
10. Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи без учета загрязнений стенки
, где – коэффициент теплопроводности стенки теплообменника
11. Рассчитаем ориентировочный коэффициент теплопередачи с учета загрязнений стенки
Найдем термическое сопротивление стенки и загрязнений:
Ориентировочный коэффициент теплопередачи с учетом загрязнения стенки:
12. Рассчитаем температуру стенки со стороны каждого потока и перерасчет значений коэффициентов теплопередачи, теплоотдачи, удельной теплопроводимости.
Определим ориентировочно значения и , исходя из того что
, где сумма
Найдем:
Проверка суммы :
Исходя из этого, получим
Введем поправку к коэффициенту теплоотдачи, определив .
Критерий Прандтля для октана при
, где – найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 4.
Таблица 4
| Св-ва потока (1) при t’ст1 | ||
| Сст1, Дж/кг К | μст1, Па с | λст1, Вт/м К |
| 2105,35684 | 0,00036 | 0,14824 |
Критерий Прандтля для воды при
, где – найдены с помощью метода кусочно-линейной интерполяции и сведены в таблицу 5.
Таблица 5
| Свойства потока (2) при t’ст2 | ||
| Сст2, Дж/кг К | μст2, Па с | λст2, Вт/м К |
| 0,0007 | 0,6328 |
Коэффициенты теплоотдачи:
– для октана
– для воды
Исправленные значения К, q, tст1, tст2
Дальнейшее уточнение α1, α2 и других величин не требуется, так как расхождение между α1, и α2, и других не превышает 5%.
13. Рассчитаем необходимую площадь поверхности теплообмена:
С запасом в 10%
14. Подберем диаметры штуцеров для ввода и вывода потоков, исходя из допустимых скоростей их движения:
Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для горячего потока
Выбираем из стандартного ряда диаметр входного и выходного штуцера для холодного потока , так как расчетное значение больше чем стандартное изделие, то необходимо увеличить количество штуцеров для холодного потока.
15. Рассчитаем гидравлическое сопротивление трубного и межтрубного пространств.
Гидравлическое сопротивление в трубном и межтрубном пространстве складывается потерь на трение и местных сопротивлений.
, где – формула Блазиуса, для турбулентного движения в гладких трубах, – сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», где таких местных сопротивлений n штук (n – количество трубок). Исходя из этого .
Тогда гидравлическое сопротивление:
Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:
, где – сумма коэффициентов учитывающих разные местные сопротивления, в частности для трубного пространства характерны местные сопротивления вида: «вход в трубу», «выход из трубы», «внезапное расширение», «внезапное сужение», «поворот потока».
Исходя из этого . Тогда гидравлическое сопротивление:
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
Необходимый процесс охлаждения провести в заданном нам аппарате невозможно, так как площадь поверхности теплообмена у заданного аппарата много меньше необходимой ( ).
Чтобы проводить заданный процесс необходимо либо изменить конструкцию аппарата (увеличить количество ходов, «оребрить» трубки), что несомненно приведет к большим денежным затратам и сложностью обслуживания самого аппарата, либо последовательно выстроить 4 таких аппарата, что в существенной мере сократит расходы на обслуживание, но монтаж такой системы и ее «большие площади» приведут к росту постоянных затрат.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов. – 12-е изд., стереотипное. Перепеч. с изд. 1987 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 575 с.
2. Измайлов В.Д., Филлипов В.В. Справочное пособие для расчетов по процессам и аппаратам химической технологии. Самара, СамГТУ, 2006, 43 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учебник для вузов. – 11-е изд., стереотипное доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005 – 753 с.
megapredmet.ru
Кожухотрубчатый теплообменник: чертеж, расчет
Простота изготовления, ремонтопригодность, хорошие эксплуатационные характеристики и надежность конструкции делают рекуперативный или кожухотрубный аппарат одним из самых распространенных видов теплотехнического оборудования. В качестве рабочей среды могут применяться: газ, вода, пар, воздух, нефть и т. д. Чем выше их популярность, тем чаще специалисты сталкиваются с необходимостью делать расчет для их выбора. К счастью, прогресс не стоит на месте. Была разработана программа для выбора рекуператоров. Расскажем о ней подробнее.
Рис. 1 Схема кожухотрубного теплообменника
К чему сводится расчет кожухотрубного теплообменника? К определению поверхности теплообмена и конечных температур теплоносителя. На чем он основывается? На составлении теплового баланса рекуператора по заданной схеме (см. рис.1) и определении коэффициента теплопередачи.
Исходные данные:
- начальные температуры обеих сред (греющей и нагреваемой), их давление и массовый расход.
- физические характеристики теплоносителей (вязкость, плотность, теплопроводность и т. д.).
- конечная температура одной из температурных сред.
Расчет поверхности.
Программа определяет тепловую мощность рекуператора из уравнения теплового баланса.
Уравнение теплового баланса
- Q = Ср* Ϭt.
- G – массовый расход среды, кг/с.
- Ϭt – изменение температуры среды, °С.
Полученную мощность подставляем в уравнение коэффициента теплопередачи и находим из него поверхность нагрева (теплообмена), м2.
- F = Q / k ∆t.
- Q — тепловая мощность, уже определенная из уравнения теплового баланса, Вт.
- к — коэффициент теплопередачи через разделяющую стенку, Вт/м2К, определяется довольно сложным расчетом.
- ∆t – средний температурный напор, который определяет схема движения греющей и обогреваемой сред (противоток, прямоток), °С.
Определив из последнего уравнения поверхность нагрева теплообменника, из базы типовых рекуператоров подбирается вариант с похожими характеристиками.
Рис. 2 Чертеж линзового рекуператораОписанный выше расчет был предварительным. После него начинается самый сложный и длинный этап — проверочный расчет кожухотрубного теплообменника. Рассчитываются проходные сечения по греющей и обогреваемой среде, делается расчет теплообменника на прочность, меняется схема движения сред и все пересчитывается заново. В конечном итоге программа определяет коэффициент запаса по поверхности нагрева.
Этот запас необходим, на случай если внезапно поменяется нагрузка на теплообменник (плохая работа питательных насосов, шламообразование в трубах, часть трубного пучка пришлось заглушить для ремонта). В заключение программа вычислит массу рекуператора. Это удобно — сразу есть работа для строителей (выдается задание на фундаменты).
Программа методом многочисленных итераций находит оптимальные варианты и выдает в виде списка. Даже если ни один вариант схемы типового конденсатора вам не подойдет, у вас на руках останется расчет, в котором есть все данные для разработки рабочего проекта.
Раньше эта работа делалась вручную, можно так сделать и сейчас, но долго выбирать оптимальную схему никто не будет — выберут первую, которая пройдет по температурам. Так зачем мучиться несколько дней, если программа предоставит вам расчет кожухотрубчатого теплообменника буквально за минуты?
Кожухотрубчатый теплообменник. Конструкция и принцип работы
Рассмотрим кожухотрубчатый теплообменник, чертеж которого мы видим на рисунке 2. Опишем его конструкцию, соблюдая последовательность его сборки.
Рис. 3 Фланцевое соединение рекуператора- Между трубными решетками ввариваются трубы с предварительно надетыми на них дистанционными решетками. Последние не только дистанционируют трубы пучка, они еще и делают теплообменный аппарат многоходовым, увеличивая тепловую эффективность его схемы. Эта конструкция образует трубную систему рекуператора.
- К кожуху привариваются два штуцера — подвода и отвода среды. К торцам кожуха варятся фланцы.
- В днища рекуператора вваривают штуцера повода и отвода среды. Приваривают фланцы, ответные фланцам кожуха.
- Трубная система вставляется в кожух. Трубные решетки зажимаются между фланцами днища и кожуха, уплотняются прокладками, соединяются болтами или шпильками (см. рис. 3). Это дает возможность легко осуществить ремонт кожухотрубных теплообменников: разболтить фланцевое соединение и вынуть трубный пучок.
Греющая среда может циркулировать в межтрубном пространстве, а может идти по трубной системе. Равновероятны оба варианта схемы. Все зависит от физических характеристик среды и удобства монтажа подводящих трубопроводов. Схема кожухотрубного теплообменника закладывается в расчет программы.
Компенсация температурных удлинений
Кожухотрубчатый теплообменник, принцип работы которого всегда построен на передаче тепла от греющей среды к обогреваемой через разделительную стенку, имеет один момент, который сильно влияет на его конструкцию. В том случае, если значения температур греющей и обогреваемой среды будут сильно различаться, конструкция должна предусматривать компенсацию температурных удлинений. Если этого не сделать, то корпус будет расширяться быстрее, чем трубный пучок (или наоборот). Это приведет к деформации труб, а значит, ремонт — неизбежен. Возможные варианты решений приведены на рис.4
Рис. 4 Типы кожухотрубных теплообменниковI и II — греющая и обогреваемая среда.
- 1 — кожух рекуператора.
- 2 — трубная система.
- 3 — компенсатор.
- 4 — головка трубной системы.
а) Теплообменник с линзовым компенсатором, к которому приварены две независимых части корпуса. Эта конструкция (схема) подходит только для рекуператоров с низкими температурами и давлением. Если подавать на него теплоносители с высокими параметрами, то остановки на ремонт не избежать (работа тонкого компенсатора в таких условиях невозможна). Теплообменник кожухотрубный, чертеж которого показан на рис. 2 как раз относится к линзовым теплообменникам.
б) Рекуператор с плавающей головкой. Трубная система только с одной стороны зажата между фланцами корпуса и крышки (днища). С другой стороны торцы труб вварены в отдельную камеру (головку), которая не связана жестко с корпусом. Таким образом, трубный пучок и корпус могут удлиняться независимо друг от друга. Ремонт в этом случае не составит проблем — трубная система вытаскивается вместе с головкой.
в) Теплообменный аппарат с трубками U-образной формы. Крышка, куда входит греющая среда, разделена перегородкой на две камеры. Принцип, на котором основан теплообмен: в одну камеру входит среда I и по половине труб U-образной формы, проходя весь кожухотрубчатый теплообменник, возвращается во вторую камеру входной крышки. Среда II входит в один патрубок кожуха, циркулирует в межтрубном пространстве и выходит по второму патрубку. Корпус и трубная система расширяются независимо друг от друга.
Полезные советы для выбора теплообменника
Программа расчета кожухотрубчатого теплообменника требует четко сформулированных исходных данных. Чтобы работа рекуператора была безупречной, а остановки на ремонт редкими, нужна верно заданная схема.
Есть несколько особенностей, которые очень важны для расчета. Это:
- Скорость теплоносителей. Так, для жидких теплоносителей ω =0,6…6 м/с, для газообразных ω = 3-30 м/с. Чем выше скорость, тем выше тепловая мощность теплообменника. Но при этом растет и расход электроэнергии (нагрузка) на питательный насос, которому нужно «продавить» среду по системе. Чаще всего скорости сознательно занижают.
- При выборе диаметра и материала трубного пучка нужно учесть:
- качество воды (пара). Шлак и накипь снизят теплопередачу и тепловую мощность рекуператора.
- чем хуже условия, в которых будет проходить работа теплообменника, тем лучше должна быть сталь, из которой он будет сделан. Если придется делать промывку кислотой, то без нержавейки тут не обойтись. Лучше раз потратиться на изготовление, чем постоянно останавливать рекуператор на ремонт.
- Ограничение по габаритам. Его размеры не должны превышать максимально возможные транспортировочные габариты.
- Ремонтопригодность. После монтажа перед рекуператором должно быть достаточно пространства, чтобы можно было произвести ремонт кожухотрубных теплообменников (вынуть трубную систему из кожуха). Работа сварщиков тоже требует пространства для маневра. Если это невозможно, то рекомендуется конструкция (схема), показанная на рис. 5.
- Удобство эксплуатации. Его конструкция должна предусматривать свободный подход к задвижкам, приборам контроля, фланцам.
- Технология изготовления. Сама работа (технология) и сортамент материалов накладывает определенные ограничения. Так, например, очень трудно будет найти лист толщиной 9 мм, в то время как 10 мм можно купить у любой фирмы. Выточить много деталей — дорого. Желательно такие элементы конструкции сразу менять. И т. д. и т. п.
Изначально неверный расчет рекуператора и выбор неподходящей схемы — главные причины, из-за которых происходит ремонт теплообменного аппарата. Программа по расчету теплообменных аппаратов существенно ускорит процесс расчета, и снизит процент ошибки до нуля. Простой интерфейс программы будет понятен даже начинающему расчетчику.
Статьи по теме:
Пластинчатый теплообменник: технические характеристики
Разборный пластинчатый теплообменник
Принцип работы пластинчатого теплообменника
kotlomaniya.ru
Расчет кожухотрубного теплообменника
Методические указания по курсовому проектированию
Расчет кожухотрубного теплообменника
1. Кожухотрубные теплообменники
Общие сведения
Кожухотрубные теплообменники наиболее широко распространены в пищевых производствах. Это объясняется следующими их достоинствами – компактностью, невысоким расходом металла, легкостью очистки труб изнутри, надежностью в работе.
Конструкция кожухотрубного теплообменника заключается в следующем. В наружную трубу большого диаметра – кожух 1 (рис. 1) помещен пучок трубок 3 . Концы трубок 3 развальцованы в трубных решетках 2 ,чем обеспечивается герметичность межтрубного пространства. Сверху и снизу трубные решетки закрыты крышками 5 , которые с помощью прокладок 6 и фланцев 7 герметично соединяются с решеткой и корпусом. При большой высоте аппараты могут устанавливаться на межэтажном перекрытии с помощью опорных лап 9 . Первый теплоноситель проходит по трубам, а второй подается в межтрубное пространство.
Отметим, что в связи с большим объемом межтрубного пространства эта конструкция как бы предназначена для подачи туда греющего пара. При этом пар подводится в верхней части аппарата через патрубок 8 ,а конденсат отводится из нижнего сечения через патрубок 10 , расположенный возможно ближе к трубной решетке. По трубам целесообразно направлять жидкость, так как конструкция позволяет обеспечить необходимую скорость движения жидкого теплоносителя, пропуская его по части труб, объединенных в одном пучке. По одному пучку труб жидкость совершает один ход, а по другому – второй ход и т.д., реализуя многоходовой кожухотрубный аппарат. На рис. 2 изображен двухходовой теплообменник, в корпусе 1 которого размещены трубки 2 .
В правой крышке аппарата имеются патрубки 5 и 7 для входа и выхода жидкого теплоносителя. Внутреннее пространство крышки разделено перегородкой 6 на две секции. Пар поступает через патрубок 4 , а конденсат выходит через патрубок 8 . Для улучшения условий омывания внешней поверхности трубок паром межтрубное пространство разделено вертикальными перегородками 3 . Увеличение числа ходов в аппарате ведет к уменьшениюживого сечения каждого хода и, следовательно, к возрастанию скорости движения жидкости в трубах. Это, в свою очередь, приводит к повышению коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. Однако увеличение числа ходов ведет к возрастанию гидравлических сопротивлений. На практике число ходов в аппаратах, применяемых в пищевой промышленности, не превышает 20. Кожухотрубные теплообменники характеризуются компактностью. В 1м3 объема аппарата поверхность теплопередачи может достигать 200 м2 .
В рассмотренных кожухотрубчатых теплообменниках трубы жестко закреплены в трубной решетке. Вследствие разности температур между кожухом и трубами в них возникают температурные напряжения, которые могут привести к разрушению аппарата. Теплообменники с жестким креплением труб в трубной решетке надежно работают при разностях температур между корпусом и трубами 25…30 0 С. Если эта разность превышает указанные пределы, применяют теплообменники с различными компенсаторами температурных удлинений.
На рис. 3.а и б показаны теплообменники с «плавающей» головкой , в которых одна из трубных решеток не соединена с кожухом и может свободно перемещаться вдоль оси при температурных удлинениях.
На рис. 3.в показан теплообменник с линзовым компенсатором на корпусе. Температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением этого компенсатора. Такие теплообменники применяют при температурных деформациях, не превышающих 10…15 мм, и при давлении в межтрубном пространстве не выше 0,25 МПа.
Рис. 3. Теплообменники с компенсацией температурных удлинений:
а – с «плавающей» головкой открытого типа; б – с «плавающей» головкой закрытого типа; в-с линзовым компенсатором; г – с сальниковым компенсатором; д- с U – образными трубами; е – с двойными трубами;
1 – кожух; 2 – «плавающая» головка; 3 – линзовый компесатор; 4 – сальник; 5 – U – образные трубы; 6 – наружная труба с закрытым нижним концом; 7 – внутренняя труба с открытыми концами; , – теплоносители.
В теплообменнике с сальниковым компенсатором (рис. 3.г) одна из трубных решеток при температурных расширениях может свободно перемещаться вдоль оси. Уплотнение патрубка, по которому выводится из теплообменника теплоноситель , достигается установкой на верхнем днище сальника 4 .
В теплообменнике с U – образными трубами (рис. 3.д) оба конца труб закреплены в одной трубной решетке. Каждая труба может свободно удлиняться независимо от других; при этом температурные напряжения не возникают.
В теплообменнике с двойными трубами (рис. 3.е) каждый из теплообменных элементов состоит из двух труб: трубы 6 с закрытым нижним концом и расположенной внутри нее трубы 7 с открытыми концами. Верхний конец трубы 7 закреплен в верхней трубной решетке, верхний конец трубы 6 – в нижней трубной решетке. Теплоноситель поступает в трубу 7 сверху и, пройдя ее, движется далее по кольцевому каналу между трубами 6 и 7 . Теплообмен между теплоносителями и осуществляется через стенку трубы 6 . Каждая из труб 7 и 6 может свободно удлиняться без возникновения температурных напряжений. Очень важным фактором, определяющим работу теплообменников, является скорость движения теплоносителей. При увеличении скорости возрастает интенсивность теплообмена, но увеличивается гидравлическое сопротивление. Оптимальные скорости обычно соответствуют устойчивому турбулентному режиму движения теплоносителей и в большинстве случаев лежат в пределах 0,1…2 м/с для жидкостей и 2…20 кг/(м2 с) – для газов.
2. Расчет теплообменника
Задание на проектирование. Спроектировать и рассчитать кожухотрубный теплообменник для подогрева воды по следующим данным:
Трубы стальные, давление греющего насыщенного водяного пара в межтрубном пространстве рг.п. = 4 кгс/см2 , массовый расход воды в трубном пространстве Gв = 25 кг/с, скорость движения воды по трубам wв = 1 м/с, начальная температура воды tн = 290 С, конечная температура воды tк = 810 С
Процесс передачи теплоты от горячего теплоносителя холодному, учитывающий теплоотдачу от горячего теплоносителя стенке, теплопроводность стенки и теплоотдачу от стенки к холодному теплоносителю подчиняется основному уравнению теплопередачи, которое для установившихся процессов и единицы времени имеет вид:
Q = KFtcp (Вт), (1)
где К – коэффициент теплопередачи Вт/(м2 К); tср – средняя разность температур между теплоносителями 0 С или К; F – площадь поверхности теплообмена м2 .
, (2)Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи при конденсации водяных паров 1 = 4000…15000 Вт/(м2 К), а для воды, проходящей по трубному пространству 2 = 1200…5800 Вт/(м2 К).
Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи от конденсирующегося пара к воде К = 800…3500 Вт/(м2 К).
Этими значениями обычно пользуются в предварительных и проверочных расчетах.
Площадь теплопередающей поверхности теплообменника определяют из уравнения (1)
(3)Здесь количество теплоты Q определяется из уравнений теплового баланса. Коэффициент теплопередачи К – по формуле (2), а коэффициенты теплоотдачи определяют по эмпирическим формулам или через число Нуссельта Nu по уравнениям подобия. Среднюю разность температур tср определяют по среднеарифметической или средне-логарифмической формулам.
3. Тепловой расчет теплообменника
Тепловой расчет теплообменника заключается в определении площади теплопередающей поверхности теплообменника по формуле (3), т.е. в предварительном определении величин Q, K, tcp . Для этих расчетов необходимо определить физические параметры теплоносителей.
Физические параметры теплоносителей
Физические параметры теплоносителей:
для воды – теплоемкость, коэффициент теплопроводности, плотность, коэффициент вязкости;
для пара – удельная теплота парообразования.
Для горячего теплоносителя (пара) этот параметр определяют по таблице 2 или 3 приложения при температуре пленки конденсата. Это температура примерно на 30 С ниже температуры греющего пара, которую определяют по заданному давлению пара рг.п. (табл. 3). Для холодного теплоносителя (воды) физические параметры определяют при средней температуре воды табл. 1).
Для определения физических параметров часто используют метод интерполяции, что допустимо для инженерных расчетов.
Определение тепловой нагрузки аппарата и расхода горячего теплоносителя
Тепловую нагрузку аппарата и расход горячего теплоносителя определяем из уравнения теплового баланса при нагреве холодного теплоносителя при конденсации водяного насыщенного пара:
Qпр = D r;
Qрасх = 1,05 G с(t2 – t1 ) (4)
где D – расход греющего пара, кг/с;
r – теплота парообразования (конденсации), Дж/кг;
1,05 – коэффициент учитывающий потери тепла в размере 5%;
G = V – массовый расход воды, кг/с;
V – объемный расход воды, м3 /с;
mirznanii.com
Расчет кожухотрубного теплообменника
Кожухотрубные теплообменники в своё время получили широкое распространение в пищевом производстве. Это было обусловлено такими их качествами как: компактность, легкость очистки, надежность, выливающимися из конструктивных особенностей кожухотрубных теплообменников. Пример конструкции кожухотрубного теплообменника можно наблюдать на рисунке ниже:
Как можно видеть из вышеприведенной схемы конструкции кожухотрубного теплообменника его основными элементами являются: кожух (наружная труба большого диаметра) в который помещен пучок мелких трубок, закрепленных при помощи трубных решеток. В 1 м3 объема кожухотрубного аппарата поверхность теплопередачи может достигать 200 м2, что делает кожухотрубные теплообменники довольно компактными. Долгое время кожухотрубные теплообменники являлись наиболее компактным видом теплообменников. Однако, с появлением пластинчатых теплообменников они уступили им эту позицию, поскольку теплообменники пластинчатые в среднем до трех раз компактнее кожухотрубных. К тому же, конструктивные особенности кожухотрубного теплообменника приводят к тому, что, ввиду разности температур между кожухом и трубами, возникают температурные напряжения, которые со временем приводят к разрушению теплообменника. Поэтому очень важно выполнить расчет кожухотрубного теплообменника грамотно, или отдать предпочтение пластинчатым теплообменникам. Расчет пластинчатого теплообменника Вам помогут выполнить специалисты компании Астера.
Перед тем, как мы перейдем непосредственно к расчету кожухотрубного теплообменника, имеет смысл познакомить Вас со всеми недостатками этого типа теплообменников. Помимо вышеописанной склонности к саморазрушению кожухотрубные теплообменники обладают немалым весом (превосходящим вес пластинчатого теплообменника до пяти раз). Монтаж кожухотрубного теплообменника требует специальной подготовки фундамента и обходится существенно дороже установки пластинчатого теплообменника. То же самое можно сказать и об обслуживании: если процесс очистки трубок кожухотрубного теплообменника может привести к их разрушению или заглушению, то засорение пластинчатого теплообменника легко устраняется парой низкоквалифицированных работников. Замена трубок кожухотрубного теплообменника обходится в 80-90% стоимости самого аппарата, в то время как для пластинчатого теплообменника стоимость замены уплотнений составит 10-15% от стоимости теплообменника.
Если вышеперечисленные недостатки кожухотрубных теплообменников не поколебали Вашей уверенности в целесообразности их использования, то далее вы обнаружите ссылки на статьи содержащие основные данные и формулы, необходимые для расчета кожухотрубного теплообменника. Расчет площади теплообменника приведен в отдельной статье, поскольку справедлив для различных типов теплообменников, а тепловой расчет кожухотрубного теплообменника Вы найдете в другой статье.
sondex.su