Расчёт теплообменного аппарата

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Братский государственный  университет»

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«Тепломассообмен»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет пароводяного подогревателя

 

 

Пояснительная записка

140106 ТО 10 КР 00000 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент группы ЭОП-05                                                                               Красуля А.С.

 

 

 

Руководитель

к.т.н., доцент кафедры ПТЭ                                                                        Федяева В.Н.

 

 

 

Братск 2007

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….4

1. Тепловой расчет подогревателя…………………………………….8
2. Гидравлический расчет подогревателя…………………………….22
3. Механический расчет подогревателя………………………………27

Заключение…………………………………………………………………38

Список использованной литературы……………………………………...39

Спецификация……………………………………………………………....40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Теплообмен- учение о  самопроизвольном необратимо протекающем  процессе распространения теплоты  в пространстве. Процессы теплообмена  сопровождаются химическими реакциями  и физическими превращениями (нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и  др.). Процессы теплообмена делятся на: теплопроводность, конвекцию, излучение.

Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные  для передачи тепла от одного теплоносителя  к другому, а также для осуществления  различных технологических процессов: нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и др.

Теплообменные аппараты бывают различных типов:

• контактного типа (смесительные аппараты);
• поверхностного типа.

В контактных аппаратах  теплообмен осуществляется при непосредственном соприкосновении теплоносителей и, как правило, сопровождается переносом массы. Поверхность твердой стенки или границы раздела контактирующих сред, через которую осуществляется теплообмен, называется поверхностью теплообмена или поверхностью нагрева, а если теплообмен сопровождается передачей масс,- поверхностью тепломассообмена.

В теплообменных аппаратах  поверхностного типа теплообмен идет через разделительную стенку и, теплоносители  не смешиваются (рекуперативные аппараты). Данные аппараты нашли широкое применение в теплоэнергетике для нагрева (охлаждения) воды (пара) в испарителях и конденсаторах. Так же используются для теплообмена двух жидкостей в теплообменниках типа «труба в трубе», данные теплообменные аппараты имеют поверхности нагрева от нескольких квадратных сантиметров до нескольких сотен квадратных метров.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям теплообменных  аппаратов:

 

 

- строгое обеспечение  заданного технологического режима;

- обеспечение высокой удельной  плотности теплового потока;

- высокая экономичность;

_ наименьшее гидравлическое  сопротивление, компактность;

- надежность и безопасность  эксплуатации;

-герметичность в сочетании  с разборностью и доступностью  поверхности теплообмена для механической очистки ее от загрязнения;

- удобство монтажа,  ремонта, обслуживания.

Поверхностные теплообменные  аппараты делят  на рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативные –  аппараты, в которых теплообмен идет через разделительные стенки.

Регенеративные –  аппараты, в которых два или  более теплоносителей поочередно соприкасаются  с насадкой, причем тепловой поток  меняет свое направление на противоположное.

По конструкционному оформлению теплообменные аппараты бывают: трубчатые, змеевиковые, оросительные, секционные, ребристые, пластинчатые, спиральные.

По виду теплоносителей теплообменные аппараты бывают водо-водяные, пароводяные, газо-воздушные, газо-мазутные.

Теплообменные аппараты бывают одноходовыми и многоходовыми (рис.1).

Многоходовые теплообменные аппараты изготавливают для увеличения поверхности теплообмена при меньших габаритах, обеспечивая большую компактность.

Так же теплообменные  аппараты бывают прямоточные, противоточные  и перекрестные в зависимости  от движения теплоносителей в них. Лучшие результаты с точки зрения снижения поверхности нагрева дает противоточное движение, поэтому во всех теплообменных аппаратах, где это возможно, создают противоток движения теплоносителей.

 

 

Кожухотрубчатый рекуперативный аппарат.

 

 

 

 

Рис.1.

 

 

 

 

 

1.ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ.

При заданном давлении пара Р_п=0,7МПа, температура насыщения t_s=151⁰C. Пар перегрет, имеем две зоны теплообмена:

первая – охлаждение пара от t_п до t_s;

вторая – конденсация  насыщенного пара на вертикальных трубах.

Считаем, что переохлаждения конденсата нет. Расчет поверхности проводим отдельно для каждой зоны (Рис.2)

1. Определяем параметры теплоносителей при средних температурах воды и пара:

где

      - температура воды на входе в подогреватель;

      - температура воды на выходе из подогревателя.

.

,

где

     - температура перегретого пара, ⁰С;

     - температура насыщенного пара,

⁰С

⁰С

2. По таблицам физических свойств воды и водяного пара определим их основные параметры

При ⁰С определяем следующие справочные данные:

- теплоемкость воды;

=990,1 -плотность воды;

 м²/кг-

 м²/с- коэффициент кинематической вязкости воды;

 

 

- коэффициент теплопроводности  воды;

- число Прандтля

При определяем:

- теплоемкость пара;

- плотность пара;

- коэффициент кинематической  вязкости пара;

- коэффициент теплопроводности пара;

- число Прандтля

3. Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде

,

- объемный расход воды, ;

- теплоемкость воды.

                      

1.3.1.  Вычисляем количество теплоты, передаваемой паром воде в 1-й зоне

,

где

      - массовый расход пара, ;

      - теплоемкость пара,  

1.3.1.1. Определяем расход пара

  ,

где

- теплота парообразования, определяемая  по температуре насыщения пара( ), .

1.3.2. Определяем количество теплоты, передаваемой паром воде во 2-й

 

 

зоне

1.3.3.  Проверим полученное  значение передаваемой паром  воде

4. Выберем произвольно диаметр трубок:

материал: сталь;

скорость воды: ;

внутренний диаметр: d_вн=0,027 м

наружный диаметр: d_нар=0,029 м

толщина стенок трубок:

1.5. Определяем коэффициент  теплоотдачи от внутренней поверхности  стенки трубки к воде

, ,

где

- внутренний диаметр трубки, ;

- коэффициент теплопроводности  воды,

     - критерий Нуссельта для воды.

1.5.1. Определяем режим  течения воды в трубах

,

где

      - критерий Рейнольдса;

      -коэффициент кинематической вязкости воды,

      - скорость воды в трубках, 

т. к. то режим течения жидкости турбулентный, значит критерий Нуссельта определяем по формуле:

,

где

 

      - число Прандтля;

      - поправочный коэффициент( ).

1.6. Вычисляем количество  трубок

Выбираем стандартное  количество трубок, близкое к полученному  значению - .

1.7. Определяем шаг между трубками

1.8. Определяем  (по прил. 17) при . =10.Отсюда определяем диаметр трубной решетки ,м.

1.9. Определяем внутренний  диаметр корпуса

,

где

      - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата ( );

      - наружный диаметр трубки, м.

.

1.10. Рассчитаем поверхность  теплообмена в 1-й зоне

1.10.1. Определяем площадь  межтрубного пространства для  прохода пара

.

1.10.2. Определяем скорость пара  в межтрубном пространстве

,

где

   - плотность пара,

   - массовый расход пара,

                              

1.10.3. Определяем коэффициент теплоотдачи от пара к трубе

, ,

где

   - эквивалентный диаметр, ;

             - коэффициент теплопроводности пара,

   - критерий Нуссельта для пара.

1.10.3.1. Вычисляем эквивалентный  диаметр

, ,

где

   - смоченный периметр, .

1.10.3.2. Определяем смоченный периметр

1.10.3.3. Определяем режим  течения воды в трубах

,

где

  - критерий Рейнольдса;

             - коэффициент кинематической вязкости пара,

   - скорость пара в трубках,

 

 

т. к. то режим течения жидкости турбулентный, значит критерий Нуссельта определяем по формуле:

,

где

      - число Прандтля для пара;

1.10.4. Вычисляем коэффициент теплопередачи в 1-й зоне

, ,

где

      - толщина трубки, ;

      - толщина накипи, ;

- коэффициент теплопроводности стали трубки, ;

      - коэффициент теплопроводности накипи, .

1.10.5. Определяем температурный  напор в 1-й зоне

, ,

где

      - температура воды на границе между зонами, ,

 

Поверхность теплообмена 1-й зоны составит

,

1.11. Рассчитаем поверхность теплообмена  во 2-й зоне

Будем считать, что в этой зоне коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубки к жидкости равен коэффициенту теплоотдачи в 1-ой зоне. Это допустимо, так как свойства воды во  2-й зоне мало отличаются от свойств воды в 1-й зоне.