Кафедра энергетики теплотехнологий

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА» (БГТУ им. В.Г. Шухова)

 

Кафедра энергетики теплотехнологий

 

Курсовая работа

 

 

по дисциплине «Тепломассообмен»

 

на тему: «Расчет кожухо-трубчатого теплообменника (подогревателя)»

 

                                                           Студент: Табачный Павел Анатольевич

 

Группа ЭТз-

 

 

Принял:

К.т.н., доц.

Тихомирова Т.И.

 

БЕЛГОРОД 2021

Оглавление

Введение. 3

Исходные данные. 6

1. Тепловой расчет. 7

1.1Определение тепловой нагрузки аппарата. 7

1.2 Определение расхода пара и температуры его насыщения. 8

1.3 Расчет температурного режима теплообменника. 8

1.4 Выбор теплофизических характеристик теплоносителей. 8

1.5 Ориентировочный расчет площади поверхности аппарата. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления. 9

1.6 Приближенный расчет коэффициентов теплоотдачи и коэффициента теплопередачи. 10

1.7 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата 12

1.8 Обозначение теплообменного аппарата. 16

2. Гидравлический расчёт. 17

2.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них. 17

2.1.1 Разбивка трубопровода насосной установки на участки. 17

2.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения теплоносителя в них. 18

2.1.3 Расчет сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них. 19

2.2 Определение требуемого напора насоса. 23

2.3 Выбор типа и марки насоса по расчетному напору и заданной подаче. 23

Заключение. 24

Список используемой литературы.. 25

 

 

Введение

 

Теплообменник — техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры.

 

Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспо-могательную роль.

 

По назначению теплообменные аппараты называют подогревателями, холодильниками, испарителями, конденсаторами, плавителями и т.п.

 

По способу передачи тепла различают теплообменные аппараты смеше-ния и поверхностные. В поверхностных аппаратах передача тепла происходит через твердую стенку, разделяющую теплообменивающиеся среды. В аппара-тах смешения тепло от одного потока к другому передается при их непосред-ственном контакте. По конструктивным признакам поверхностные теплооб-менные аппараты можно разделить на следующие типы:

 

1) Кожухотрубчатые теплообменники (жесткого типа, с линзовым ком-пенсатором на корпусе, с плавающей головкой, с U -образными трубками). Эти аппараты (рис.1) имеют цилиндрический корпус, в котором установлен трубный пучок, состоящий из трубных решеток, в которых развальцовкой или сваркой закреплены трубки. Внутри корпуса установлены перегородки, создающие определенное направление потока и увеличивающие его скорость

 

в корпусе.

 

 

Рис 1. Кожухотрубчатый теплообменник жесткого типа: 1 - корпус; 2 -труб-ный пучок; 3 - перегородка; 4 -трубная решетка; 5-6 - крышки

 

2) Теплообменники типа "труба в трубе".

 

Теплообменные аппараты "труба в трубе" (рис.2) состоят из ряда последова-тельных элементов, образуемых двумя соосными трубами разных размеров.

 

 

Один из теплоносителей движется по внутренней трубе, а второй - в кольцевом пространстве между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью внешней трубы. Элементы соединяются между со-бой калачами, образуя плоский змеевик любой требуемой длины, прямые участки которого имеют рубашки.

 

Pиc.2. Теплообменный аппарат "труба в трубе": 1 - внутренняя труба; 2 - внешняя трубе; 3 - калачи; 4 - патрубки с фланцами

 

3) Подогреватели с паровым пространством (рибойлеры). Поверхность теплообмена аппарата воздушного охлаждения скомпонована из секций труб. Через трубчатые секции вентилятором продувается охлажда-ющий воздух. По трубам секций пропускают охлаждаемую или конденсируе-мую среду. Секции могут располагаться горизонтально, вертикально, наклонно (в виде шатра) и зигзагообразно (рис.3).

 

 

Рис.3. Аппараты воздушного охлаждения: а - горизонтальный; б - шатровый;

 

в - вертикальный; г - зигзагообразный. 1 - секция; 2 - колесо вентилятора; 3 - диффузор; 4 -электродвигатель; 5 - колонна; 6 - решетка ограждающая; 7 - коллектор впрыска химически очищенной воды; 8 – жалюзи

 

4) Погружные конденсаторы-холодильники.

 

В спиральных теплообменниках поверхность теплообмена образуется спи-рально свернутыми стальными лентами (рис.4). Движение теплоносителей

 

происходит по двум спиральным каналам прямоугольного сечения шириной 8 или 12 мм и высотой от 0,2 до 1,5 м. Направление потоков может быть как прямоточным, так и противоточным.

 

Рис.4. Спиральный теплообменник: 1 - спиральные ленты; 2 - разделительная перегородка; 3 - дистанционные ребра; 4 - крышка; 5 – прокладка

 

 

Исходные данные

 

Вариант 4

 

Задание выдал: Тихомирова Т.И.                                               Принял:

 

Задание: Выбрать конструкцию и целесообразный режим эксплуатации теплообменного аппарата для нагревания воды в бойлерной установке ТЭЦ (см. рис. 1)

 

Рис.1 Теплотехнологическая схема

 

Вода насосом 1 перекачивается из резервуара 2 через грязевик 3 и бройлер 4 по трубопроводам к потребителям. В бройлере вода нагревается от отбора турбины давление p_т от t_н до t_к. Расход воды V, давление у потребителей p_к.

Вода подаётся по трубопроводу l=l _вс+ l _н. Длина трубопровода от насоса до теплообменника l’ _н, высота всасывания h _вс, максимальная высота подъема воды H.

№ варианта	V, м^3/с	H, м	l вс, м	l н, м	l 'н, м	pт, МПа	t1, ^0C	t2, ^0C	pк, МПа	h вс, м
4	0,043	27	9	9,1	22	0,27	50	79	0,12	2,1

 

 

Тепловой расчет

 

Целью теплового расчета является определение необходимой площади теплопередающей поверхности, соответствующей при заданных температурах оптимальным гидродинамическим условиям процесса, и выбор стандартизированного теплообменника.

Из основного уравнения теплопередачи

                                  

                                              

 

где: F - площадь теплопередающей поверхности, м2;

Q - тепловая нагрузка аппарата, Вт;

К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ∙К);

∆𝑡ср- средний температурный напор, К.

Гидравлический расчёт

 

Цель гидравлического расчета – определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды. 

 

Заключение

 

В данной курсовой работе были произведены два расчета: тепловой и гидравлический. 

 

В ходе теплового расчета мы определили необходимую площадь теплопередающей поверхности, соответствующей при заданных температурах оптимальным гидродинамическим условиям процесса, и подобрали стандартизированный теплообменник     

В ходе гидравлического расчета мы определили величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подобрали насос марки К 125/395, обеспечивающий заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды.

 

Список используемой литературы

1. А.А. Александров, Б.А. Григорьев «Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара» – Москва: изд-во МЭИ 2003г

2. Рабинович, О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: «Машиностроение», 1973 г. – 344 с.

3. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособ. для студ. химико-технол. спец. вузов/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков / Под ред. П.Г. Романкова – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987 г. – 586 с.

4. Насосы и насосные установки пищевых предприятий: Учеб. пособие / А.В. Логинов, М.И. Слюсарев, А.А. Смирных. – Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2001г. – 220 с.

5. Логинов А.В. Процессы и аппараты химических и пищевых проиводств (пособие по проектированию) / А.В. Логинов, Н.М. Подгорнова, И.Н. Болгова. – Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2003г. – 264 с.

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г. ШУХОВА» (БГТУ им. В.Г. Шухова)

 

Кафедра энергетики теплотехнологий

 

Курсовая работа

 

 

по дисциплине «Тепломассообмен»

 

на тему: «Расчет кожухо-трубчатого теплообменника (подогревателя)»

 

                                                           Студент: Табачный Павел Анатольевич

 

Группа ЭТз-

 

 

Принял:

К.т.н., доц.

Тихомирова Т.И.

 

БЕЛГОРОД 2021

Оглавление

Введение. 3

Исходные данные. 6

1. Тепловой расчет. 7

1.1Определение тепловой нагрузки аппарата. 7

1.2 Определение расхода пара и температуры его насыщения. 8

1.3 Расчет температурного режима теплообменника. 8

1.4 Выбор теплофизических характеристик теплоносителей. 8

1.5 Ориентировочный расчет площади поверхности аппарата. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления. 9

1.6 Приближенный расчет коэффициентов теплоотдачи и коэффициента теплопередачи. 10

1.7 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата 12

1.8 Обозначение теплообменного аппарата. 16

2. Гидравлический расчёт. 17

2.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них. 17

2.1.1 Разбивка трубопровода насосной установки на участки. 17

2.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения теплоносителя в них. 18

2.1.3 Расчет сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них. 19

2.2 Определение требуемого напора насоса. 23

2.3 Выбор типа и марки насоса по расчетному напору и заданной подаче. 23

Заключение. 24

Список используемой литературы.. 25

 

 

Введение

 

Теплообменник — техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры.

 

Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспо-могательную роль.

 

По назначению теплообменные аппараты называют подогревателями, холодильниками, испарителями, конденсаторами, плавителями и т.п.

 

По способу передачи тепла различают теплообменные аппараты смеше-ния и поверхностные. В поверхностных аппаратах передача тепла происходит через твердую стенку, разделяющую теплообменивающиеся среды. В аппара-тах смешения тепло от одного потока к другому передается при их непосред-ственном контакте. По конструктивным признакам поверхностные теплооб-менные аппараты можно разделить на следующие типы:

 

1) Кожухотрубчатые теплообменники (жесткого типа, с линзовым ком-пенсатором на корпусе, с плавающей головкой, с U -образными трубками). Эти аппараты (рис.1) имеют цилиндрический корпус, в котором установлен трубный пучок, состоящий из трубных решеток, в которых развальцовкой или сваркой закреплены трубки. Внутри корпуса установлены перегородки, создающие определенное направление потока и увеличивающие его скорость

 

в корпусе.

 

 

Рис 1. Кожухотрубчатый теплообменник жесткого типа: 1 - корпус; 2 -труб-ный пучок; 3 - перегородка; 4 -трубная решетка; 5-6 - крышки

 

2) Теплообменники типа "труба в трубе".

 

Теплообменные аппараты "труба в трубе" (рис.2) состоят из ряда последова-тельных элементов, образуемых двумя соосными трубами разных размеров.

 

 

Один из теплоносителей движется по внутренней трубе, а второй - в кольцевом пространстве между наружной поверхностью внутренней трубы и внутренней поверхностью внешней трубы. Элементы соединяются между со-бой калачами, образуя плоский змеевик любой требуемой длины, прямые участки которого имеют рубашки.

 

Pиc.2. Теплообменный аппарат "труба в трубе": 1 - внутренняя труба; 2 - внешняя трубе; 3 - калачи; 4 - патрубки с фланцами

 

3) Подогреватели с паровым пространством (рибойлеры). Поверхность теплообмена аппарата воздушного охлаждения скомпонована из секций труб. Через трубчатые секции вентилятором продувается охлажда-ющий воздух. По трубам секций пропускают охлаждаемую или конденсируе-мую среду. Секции могут располагаться горизонтально, вертикально, наклонно (в виде шатра) и зигзагообразно (рис.3).

 

 

Рис.3. Аппараты воздушного охлаждения: а - горизонтальный; б - шатровый;

 

в - вертикальный; г - зигзагообразный. 1 - секция; 2 - колесо вентилятора; 3 - диффузор; 4 -электродвигатель; 5 - колонна; 6 - решетка ограждающая; 7 - коллектор впрыска химически очищенной воды; 8 – жалюзи

 

4) Погружные конденсаторы-холодильники.

 

В спиральных теплообменниках поверхность теплообмена образуется спи-рально свернутыми стальными лентами (рис.4). Движение теплоносителей

 

происходит по двум спиральным каналам прямоугольного сечения шириной 8 или 12 мм и высотой от 0,2 до 1,5 м. Направление потоков может быть как прямоточным, так и противоточным.

 

Рис.4. Спиральный теплообменник: 1 - спиральные ленты; 2 - разделительная перегородка; 3 - дистанционные ребра; 4 - крышка; 5 – прокладка

 

 

Исходные данные

 

Вариант 4

 

Задание выдал: Тихомирова Т.И.                                               Принял:

 

Задание: Выбрать конструкцию и целесообразный режим эксплуатации теплообменного аппарата для нагревания воды в бойлерной установке ТЭЦ (см. рис. 1)

 

Рис.1 Теплотехнологическая схема

 

Вода насосом 1 перекачивается из резервуара 2 через грязевик 3 и бройлер 4 по трубопроводам к потребителям. В бройлере вода нагревается от отбора турбины давление p_т от t_н до t_к. Расход воды V, давление у потребителей p_к.

Вода подаётся по трубопроводу l=l _вс+ l _н. Длина трубопровода от насоса до теплообменника l’ _н, высота всасывания h _вс, максимальная высота подъема воды H.

№ варианта	V, м^3/с	H, м	l вс, м	l н, м	l 'н, м	pт, МПа	t1, ^0C	t2, ^0C	pк, МПа	h вс, м
4	0,043	27	9	9,1	22	0,27	50	79	0,12	2,1

 

 

Тепловой расчет

 

Целью теплового расчета является определение необходимой площади теплопередающей поверхности, соответствующей при заданных температурах оптимальным гидродинамическим условиям процесса, и выбор стандартизированного теплообменника.

Из основного уравнения теплопередачи

                                  

                                              

 

где: F - площадь теплопередающей поверхности, м2;

Q - тепловая нагрузка аппарата, Вт;

К- коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 ∙К);

∆𝑡ср- средний температурный напор, К.