Расчет теплообменника змеевикового – Расчет перед изготовлением змеевикового теплообменника

Змеевиковые теплообменники

Змеевиковые теплообменники – это простейшие аппараты с небольшой теплопроизводительностью. Они бывают погружные и оросительные трубчатые из спирально согнутых труб с расположением витков по винтовой линии или из прямых труб, соединенных коленами с поворотом на 180°.

Схема погружного спирального теплообменника приведена на (рис. 2.1, а). Корпус такого теплообменника чаще всего выполняют цилиндрическим, особенно аппарата, работающего под давлением или под вакуумом. В корпусе могут быть размещены одна или несколько спиралей из труб с внутренним диаметром до 25 мм. Спирали ввальцовываются в верхнюю и нижнюю трубные решетки. Трубные решетки жестко закреплены во фланцевых соединениях между корпусом и крышками. Одна рабочая среда пропускается внутри труб, другая – в межтрубном пространстве. Для увеличения скорости потока в межтрубном пространстве, особенно среды, не изменяющей фазовое состояние, предусматривают устройства в виде цилиндра или каких-либо других перегородок, уменьшающие живое сечение. С увеличением скорости потока повышается коэффициент теплоотдачи с внешней стороны змеевика, а следовательно, и коэффициент теплопередачи. Коэффициент теплоотдачи в змеевиковых теплообменниках между стенкой и конденсирующимся паром или жидким теплоносителем с внутренней стороны достаточно высокий вследствие повышенных скоростей потока и криволинейного течения жидкости.

Длина змеевика должна быть рассчитана таким образом, чтобы не было переохлаждения конденсата или жидкости на выходе из теплообменника. При накоплении конденсата в змеевике ухудшается теплообмен, затрудняется отвод неконденсирующихся газов, увеличивается гидравлическое сопротивление, что в свою очередь вызывает повышение давления рабочей среды на входе в змеевик.

В тех случаях, когда расчетную поверхность теплообмена невозможно скомпоновать в виде одного змеевика, параллельно включают несколько секций змеевиков. Если в качестве греющей среды используется водяной пар, то его подают в змеевик сверху (конденсат отводится снизу), если жидкость – то направление ее движения выбирается в соответствии с условиями работы аппарата. Поверхность теплообмена погружных змеевиковых теплообменных аппаратов выполняется из стальных, медных, латунных, алюминиевых или свинцовых труб, а также из кислотоупорных материалов – стекла, керамики или пластмасс.

К недостаткам погружных змеевиковых теплообменников следует отнести большой их объем, а следовательно, большой расход металла на единицу поверхности. Практически невозможно механически очистить поверхность теплообмена.

Погружные змеевики применяют в качестве подогревателей, холодильников, конденсаторов при давлении внутри труб до 40·10⁵ Па и в межтрубном пространстве до 16·10⁵ Па.

Рис. 2.1 – Схемы змеевиковых теплообменников: а – погружного; б – оросительного; 1 – корпус; 2 – змеевик; 3 – внутренняя труба; 4 – крышка; 5 и 6 – патрубки; 7 – змеевик; 8 – распределительный желоб; 9 – сборный желоб

Оросительные змеевиковые теплообменники предназначаются для охлаждения жидких сред и конденсации пара. Их собирают из прямых горизонтальных труб, соединенных калачами (рис. 2.1, б). Пакеты таких змеевиков устанавливают и закрепляют на каркасе. Внутри труб змеевика проходит охлаждаемая среда, а снаружи поверхность орошается охлаждающей средой – водой или другой жидкостью. Над верхним рядом труб размещается желоб с перфорированным дном или с зубчатыми краями, служащими для распределения орошающей жидкости. Под нижним рядом труб размещается поддон для сбора этой жидкости и отвода ее в сборный резервуар. В многоярусных змеевиках необходимо устанавливать над каждой или через одну горизонтальную трубу распределительные зубчатые козырьки для равномерного распределения охлаждающей жидкости на нижерасположенной трубе. В некоторых случаях целесообразно организовать охлаждение змеевиков с частичным испарением орошающей жидкости. При испарительном охлаждении расход жидкости следует регулировать так, чтобы нижние змеевики не были «сухими».

Простота устройства, доступность для осмотра, ремонта и очистки труб, несколько меньший расход охлаждающей воды (жидкой среды) по сравнению с погружными змеевиковыми теплообменниками способствуют распространенному применению их в промышленности и на транспорте. В то же время необходимо отметить, что часть воды при таком способе охлаждения другого теплоносителя теряется, теплообменники чувствительны к колебаниям подачи воды в орошающий желоб, занимают много места.

vse-lekcii.ru

5.Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника

Задание. Произвести тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола с расходом G_б=1180 кг/час при атмосферном давлении.

Жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров. Охлаждающий агент – вода с начальной температурой –t_в¹=27⁰С и конечной –t_в¹¹=37⁰C. Термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001 м²час*К/ккал, а со стороны воды – 0,0007 м²*час*К/ккал. Температура кипения бензола при атмосферном давлении t_к=80,1⁰С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5 ккал/кг.

Решение.

1. Определяем основные параметры спирального теплообменника.

Больший температурный напор ∆t_б = t_к – t_в

1 = 80,1-27 = 53,1⁰С

Меньший температурный напор ∆t_м = t_к – t_в¹¹ = 80,1-37 = 43,1⁰С

Среднелогарифмический напор

∆t=(∆t_б-∆t_м)/ℓn(∆t_б/∆t_м) = (53,1-43,1)/ℓп(53,1/43,1)=47,9⁰С

Средняя температура охлаждающей воды

t_в = t_к – ∆t=80,1 – 47,9 = 32,2⁰С

Тепловая нагрузка (теплопроизводительность)

Q=G_бr

=1180*94,5=111510ккал/час=111510*427*9,81/3600 = 129750 Вт ≈ 130 кВт

Здесь:

r = 94,5 ккал/кг – скрытая теплота парообразования бензола при атмосферном давлении;

G_б = 1180 кг/час – массовый расход бензола (задано).

Массовый расход охлаждающей воды

G_в =Q/c_р(t_в¹¹-t_в¹) =111510/(1*(37-27)) = 11151 кг/час.

Здесь с_р= 1ккал/кг*К – теплоёмкость воды при средней температуре t_в=32,2⁰С.

2. Тепловой расчет спирального теплообменника. Основные размеры канала спирального теплообменника и скорости движения теплоносителей.

2.1. Площадь поперечного сечения канала спирального теплообменника определяем по параметрам движения охлаждающей воды.

Принимаем скорость движения воды W ≈ 0,56 м/c. Тогда ориентировочная площадь поперечного сечения канала

S=G_в/(ρ*w*3600)= 11151/(1000*0,56*3600) = 0,00553 м²,

где ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды

Примечание: при значении массового расхода воды, превышающем 10000кг/час, принимать скорость движения воды по зависимости

W ≈ 0,5 + (G_в – 10000)*0,5/10000,

а затем определять площадь поперечного сечения канала.

Принимая высоту канала равной в=10мм, получим ширину спирали

В=S/в=0,00553/0,01 = 0,553 м= 553 мм

С учетом конструктивных особенностей организации уплотнения каналов с торцов (рис.5 и рис.6, Приложение), принимаем ширину канала равной

В_к=0,5=500 мм.

Тогда, скорость охлаждающей воды равна

W_в=G_в/(3600*ρ_в*В_к*в)=11151/(3600*1000*0,5*0,01) = 0,619м/c

Для бензола принимаем такое же сечение канала S_б = S

Скорость движения бензола в каналах теплообменника

W_б=G_б/(3600*ρ_б*В_к*в) = 1180/3600*825*0,5*0,01=0,079м/c

Здесь ρ_б = 825 кг/м³ плотность жидкого бензола на линии насыщения [2].

2.2. Определим коэффициент теплопередачи.

2.2.1. Гидравлический диаметр каналов для движения воды и бензола

d=4S/Р=4*В_к*в/(2(В_к+в))=4*0,5*0,01/(2*0,51) = 0,0196м=19,6 м

Здесь S и Р – площадь поперечного сечения канала и его периметр соответственно.

2.2.2. Коэффициент теплоотдачи конденсирующегося бензола определяют по зависимости [1].

альфа_б=А/⁴√d*∆t_б

где d-гидравлический диаметр канала;

∆t_б – температурный напор от конденсирующихся паров бензола к стенке канала со стороны бензола;

А – коэффициент, зависящий от физических свойств конденсирующегося бензола и от скрытой теплоты его парообразования. Зависимость для определения коэффициента А приведена далее.

Дальнейший расчёт проводим последовательными приближениями

, задаваясь в каждом новом приближении температурой стенки канала со стороны бензола. Каждое приближение заканчиваем сравнением заданного и полученного значений температуры стенки канала со стороны бензола.

studfiles.net

Теплообменные аппараты змеевиковые – Энциклопедия по машиностроению XXL

Среднее отклонение для девяти случаев лежит в пределах (+ 8) (—6,5)%, что может служить подтверждением практической приемлемости рекомендуемого способа теплового расчета змеевиковых теплообменных аппаратов. При проектировании змеевиковых теплообменных аппаратов необходимо шаг навивки змеевиковой трубки выбирать с таким расчетом, чтобы зазор а (см. рис. 143) между смежными витками составлял 4н-9 мм.  [c.280]

ЗМЕЕВИКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ  [c.369]

Классификация змеевиковых теплообменных аппаратов. Эти аппараты классифицируют по назначению, по агрегатному состоянию теплоносителей и схемы их относительного движения, по конфигурации теплообменных элементов и их ориентации, по месту их расположения и виду компоновки, по характеру теплового контакта  

[c.369]

Рис. 4.1 18 Теплообменные элементы змеевиковых теплообменных аппаратов

Конструкции змеевиковых теплообменных аппаратов. Основным узлом аппарата является теплообменный элемент – змеевик.  [c.370]

Рис. 4.1.19. Одноэлементный змеевиковый теплообменный аппарат промышленного значения

Рис. 4.1.20. Многоэлементный змеевиковый теплообменный аппарат с витыми трубами

Рис. 4.1.21. Многоэлементный противоточно-винтовой змеевиковый теплообменный аппарат для нагрева воды

Расчет змеевикового теплообменного аппарата. Тепловой расчет сводится к определению площади поверхности теплопередачи, величина которой рассчитывается по уравнению (4.1.1) по аналогии расчета кожухотрубчатых теплообменников. Однако при расчете коэффициента теплопередачи по уравнению  [c.372]

Уравнения для определения коэффициента теплоотдачи aj в трубном пространстве змеевикового теплообменного аппарата  [c.372]

В табл. 4.1.4 представлены уравнения змеевикового теплообменного аппарата при для определения коэффициента теплоотдачи внешнем стабилизированном продольном и tt2, Вт/(м К), в межтрубном пространстве поперечном обтекании змеевиков.  [c.374]

ЗМЕЕВИКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ 375  [c.375]

Расчет теплопередачи в змеевиковых пароводяных подогревателях (ПВД) подробно рассмотрен в книге С. С. Бермана Расчет теплообменных аппаратов турбоустановок (Госэнергоиздат, 1962) см. также [Л. 32].  [c.172]

Копструкционио теплообменные аппараты АЭС выполняются чаще всего в виде кожухотрубпых аппаратов с прямыми или змеевиковыми гладкими трубами (см. рис П.6.1, П.6.2, П.7.1 —П.7.5). При конструкционном (проектном) расчете по известным (заданным) начальным и конечным температурам теплоносителей и их расходам определяется необходимая поверхность теплообмена, обеспечивающая передачу задапноп тепловой мощности.  [c.161]

На рис. 13 показана двухконтурная схема установки с углекислым газом в качестве первичного теплоносителя и энергетическим контуром на водяном паре с двумя ступенями давления пара (АЭС Данджнесс-А). Первичным теплообменным аппаратом является парогенератор, в корпусе которого расположены змеевиковые поверхности нагрева пароперегревателей, испарителей и подогревателей воды обеих ступеней давления. Змеевики последовательно омываются потоком газа.  [c.12]

Змеевиковые теплообменные аппараты -это аппараты, в которых теплообменная поверхность выполнена в виде объемного или плоского змеевика, расположенного в корпусе теплообменного аппарата, а теплоноситель с высоким давлением подается в трубное пространство змеевика. Эти аппараты применяют в химической, нефтехимической, газовой, а также в холодильной и пищевой отраслях промышленности. Теплообменные аппараты такого типа определяют как аппараты нежесткой конструкции с компенсацией температурных напряжений в результате свободного удлинения змеевика.  [c.369]

Многоэлементный змеевиковый теплообменный аппарат с плоскими спиральными змеевиками для охлаждения азотоводородной смеси состоит из четырех кольцевых секций I, включенных параллельно по ходу газа и жидкости (рис. 4.1.22). К наружной и внутренней  [c.371]

Рис. 4.1.22. Многоэлементный змеевиковый теплообменный аппарат с плоскими спиральными змеевиками для охлаждения азотоводородной смеси

Конструктивно проточная часть змеевиковых теплообменных аппаратов по межтрубному пространству выполняется в виде одиночных змеевиков, помещенных в индивидуальные корпуса, либо многозмеевиковых сборок, расположенных в общем корпусе большого диаметра. В последнем случае могут применяться цилиндрические или шестигранные чехлы, разделяющие потоки тепло-  [c.164]

При создании жидкометаллических змеевиковых теплообменных аппаратов возникает необходимость определения коэффициента теплоотдачи при течении жидкого металла внутри змеевиковых труб (в случае теплообменника) и при внешнем их омывании. Отметим, что случай течения жидкого металла внутри змеевика был в онределенной мере рассмотрен в литературе. Анализ данных зарубежных авторов [4, 5], а также результаты экспериментов по определению теплоотдачи при течении калия внутри змеевика [6] позволяют сделать вывод  [c.165]

Одной из первых в этой области является работа [86,], где теплообмен псевдоожиженного слоя с поверхностью изучался при давлениях в аппаратах до 2,3 МПа. Псевдоожижение осуществлялось в цилиндрической колонне с внутренним диаметром 53 мм и высотой 1 м. Калориметром служил змеевиковый холодильник, выполненный из медной трубки наружным диаметром 6 мм и внутренним 4 мм. Высота холодильника 80 мм, диаметр витка 30 мм. В качестве твердой фазы применялись цинк-хромовый катализатор синтеза метанола, ванадиевый катализатор БАВ и песок использовались фракции средним диаметром 0,38, 0,75 и 1,5 мм. Высота неподвижного слоя составляла 120 мм. Ожижающий газ имел следующий состав 80% Hj, I0%N2, 7% СО, 2% СН4 и 1% СО2. Во время опытов температура псевдоожиженного слоя составляла в среднем 150 °С.  [c.66]

В процессах с небольщим теплообменом используются упрощенные конструкции теплообменников, например змеевиковые, сильфонные. Змеевик из экструдированной трубки с минеральной мукой, нагретой до 260° С, наматывают на цилиндре мень-щего диаметра, чем аппарат. Сильфон изготовляют механическим прорезанием фторопластового цилиндра. Толщина стенки гофр 0,6—0,8 мм.  [c.118]

Завод изготовляет различные изделия около 600 типоразмеров из чугуна, углеродистой, нержавеющей, двухслойной сталей различных марок, а также из специальных сплавов, алюминия и других цветных металлов весом от 200 кг до 300 т. В состав этих изделий входят центрифуги 37 типоразмеров, изготовляемые из кислотостойких металлов колонная аппаратура диаметром от 800 до 5000 мм 144 типоразмеров с колпачковыми, ситчатыми и решетчатыми тарелками с насадками и без насадок теплообменная аппаратура 126 типоразмеров, в число которой входят холодильники типа труба в трубе на давление до 400 ат, змеевиковые, спиральные и кожухотрубчатые аппараты вальцовые и грибковые сушилки 8 типоразмеров аппараты с перемешивающими устройствами раз- ное нестандартное оборудование 191 типоразмера стационарные горизонтальные и вертикальные компрессоры 15 типоразмеров стационарные и передвижные компрессорные станции четырех типов ротационные машины 8 типоразмеров.  [c.41]

---

mash-xxl.info