Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
3
Министерство образования и науки Российской Федерации
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Химической технологии
Допускаю к защите
Руководитель _______________
Н.Д. Губанов
Спроектировать теплообменник для нагревания воздуха. Вариант 2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
Процессы и аппараты пищевых производств
1.007.00.00ПЗ
Выполнил студент группыТПб-11-1 __________ А.В.Кувшинова
шифр
Нормоконтроль____________________________________________Н.Д.Губанов
Курсовой проект защищен с оценкой___________________________________
Иркутск 2013 г.
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|||
|
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. |
4 |
||
|
1 |
Выборконструкционногоматериала………………………………………….6 |
||
|
2 |
Технологическийрасчет..................................................................................... |
7 |
|
|
2.1 |
Общийтепловой баланс.............................................................................. |
7 |
|
|
2.2 |
Расчетрасходагорячего теплоносителя.................................................... |
8 |
|
|
2.3 |
Средняяразность температур..................................................................... |
8 |
|
|
2.4 |
Расчеториентировочнойповерхноститеплопередачи. |
||
|
Выбортеплообменного аппарата..................................................................... |
9 |
||
|
2.5 |
Уточненныйрасчеттеплообменногоаппарата........................................ |
.9 |
|
|
3 |
Гидравлический расчет....................................................................................... |
13 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...…………………………………………………….……..……..15
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ................................................... |
16 |
ВВЕДЕНИЕ
Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками.
По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:
Одним из самых распространенных типов теплообменников являются кожухотрубчатые теплообменники. Они представляют из себя пучок труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучок труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между кожухом и трубами.
Кожухотрубчатые теплообменники могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные.
Достоинствами кожухотрубчатых теплообменников являются: компактность; небольшой расход метала; легкость очистки труб изнутри, а недостатками - трудность пропускания теплоносителей с большими скоростями; трудность очистки межтрубного пространства и трудность изготовления из материалов, не допускающих развальцовки и сварки.
Кожухотрубчатые теплообменники могут использоваться как для нагрева, так и для охлаждения.
Теплообменные аппараты изготавливают (по ГОСТ 15120-79):
1 Выбор конструкционного материала
Так как среда в аппарате коррозионная, то для деталей теплообменного кожухотрубчатого аппарата, соприкасающихся с разделяемой средой, выбираем сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, а для остальных – сталь Ст 3 ГОСТ 380-71.
2 Технологический расчет
В задании проекта надо нагреть воду от 10 до 70ºС, для этого используем насыщенный водяной пар, который применяется в пищевой промышленности для нагрева до температуры 256ºС. Принимаем температуру для расчета 108,7ºС.
Определим среднюю температуру холодного теплоносителя (воды):
= 0.5*( (2.1)
При этой температуре вода имеет следующие физико-химические показатели [1]:
-теплоемкость холодного теплоносителя
=4180Дж/кг⋅К;
- число Прандтля холодного теплоносителя
-коэффициент теплопроводности холодного теплоносителя
µ2-вязкость динамическая холодного теплоносителя
Па⋅с
-плотность холодного теплоносителя
Тепловую нагрузку в соответствии с заданными техническими условиями находят из уравнения теплового баланса для одного из теплоносителей по формуле [2]
(2.2)
Тепловые потери при наличии теплоизоляции незначительны, поэтому в уравнении теплового баланса они не учитываются.
Тепловая нагрузка аппарата составит
Qобщ = 1,03*(2,0⋅4180⋅(65−5))=516648Вт.
2.2 Расход горячего теплоносителя
В качестве горячего теплоносителя примем насыщенный водяной пар с температурой конденсации 108,7°С. При этой температуре насыщенный пар имеет следующие физико-химические показатели [2, стр. 537]:
- коэффициент теплопроводности горячего теплоносителя:
-вязкость динамическая горячего теплоносителя
-плотность горячего теплоносителя
Pr1 - число Прандтля горячего теплоносителя
Расход пара определяется из уравнения теплового баланса, где r1 - удельная теплота парообразования.
(2.3)
2.3 Средняя разность температур
В кожухотрубчатом теплообменнике схема взаимного движения теплоносителей – противоток.
Для установившегося процесса теплообмена в случае противотока, для расчета средней разности температур используем формулу
(2.4)
где ∆tБ и ∆tМ - большая и меньшая разности температур на концах поверхности теплообмена.
∆tБ =108,7 −10 = 88,7°C;
∆tМ =108,7 −70 = 38,7°C ;
2.4 Расчет ориентировочной поверхности теплопередачи
Выбор теплообменного аппарата
Ориентировочный коэффициент теплопередачи в кожухотрубчатых теплообменниках примем KОР = 200 Вт/м2⋅К (от конденсирующегося водяного пара к воде) [1].
Зная тепловую нагрузку аппарата, рассчитав среднею разность температур и выбрав ориентировочный коэффициент теплопередачи, определим ориентировочную поверхность теплообмена
(2.5)
Принимаем к установке одноходовой кожухотрубчатый теплообменный аппарат типа 325 ТКГ-16-М1-0/25-2-2 гр. А ГОСТ 15120-79:
Так как теплообменник одноходовой, поправку для среднелогарифмической разности температур рассчитывать не нужно.
2.5 Уточненный расчет выбранного теплообменного аппарата
Расчет коэффициента теплоотдачи холодного теплоносителя
Объемный расход холодного теплоносителя:
где - площадь сечения одного хода по трубам.
|
Определим тип движения в каналах, для этого найдем число Рейнольдса: (2.6) |
где Re – число Рейнольдса;
dЭ-эквивалентный диаметр, 0,021м для труб диаметром25×2мм;
µ -вязкость теплоносителя,Па∙с.
Для холодного теплоносителя по формуле (2.6)
Режим движения турбулентный.
Выбираем формулу для расчета критерия Нуссельта:
(2.7)
Горячий теплоноситель меняет свое агрегатное состояние, поэтому для расчета коэффициента теплоотдачи используем формулу
(2.8)
Термическим сопротивлением со стороны пара можно пренебречь, для воды 1/rЗ.Х.=5800 Вт/м2·К. Повышенная коррозийная активность конденсирующегося пара диктует применять нержавеющую сталь в качестве материала для труб. Теплопроводность нержавеющей стали [1], при толщине стенки 2,0 мм, примем равную λСТ=17,5 Вт/м2·К. Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна :
|
(2.9) Найдем коэффициент теплопередачи: |
(2.10)
Коэффициент теплопередачи:
Первое приближение расчёта температур стенок
Горячий теплоноситель
(2.11)
(2.12)
При этой температуре греющий пар имеет следующие физико-химические показатели:
λ1-коэффициент теплопроводности горячего теплоносителя
µ1-вязкость динамическая горячего теплоносителя
ρ1-плотность горячего теплоносителя:
Коэффициент теплоотдачи будет равен:
Холодный теплоноситель
Запас прочности будет равен
Запас поверхности теплопередачи достаточен.
3 Гидравлический расчет
Скорость жидкости в трубах рассчитаем по уравнению :
(3.1)
Коэффициент трения
(3.2)
где относительная шероховатость труб;
∆ - высота выступов шероховатостей (в расчетах можно принять ∆ = 0,2мм)
Местное сопротивление на входе в распределительную камеру и на выходе из нее следует рассчитывать по скорости жидкости в штуцерах.
Коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве:
- входная и выходная камеры;
- поворот между ходами;
- вход в трубы и выход из них.
Местное сопротивление на входе в распределительную камеру и на выхо-де из нее следует рассчитывать по скорости жидкости в штуцерах.
Расчетные формулы для определения гидравлического сопротивления в трубном пространстве окончательно принимают вид:
(3.3)
где z – число ходов по трубам.
Коэффициенттрения
Диаметр штуцеров в распределительной камере dтр.ш. = 0,150 м; скорость штуцеров
Гидравлическое сопротивление трубного пространства равно
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте был рассчитан и подобран нормализованный кожухотрубчатый теплообменный аппарат для нагревания воздуха. Расход холодного теплоносителя – 2,5 кг/с, температура начальная - 10ºС, конечная - 70ºС. Нагрев воды осуществляется насыщенным водяным паром с температурой конденсации 108,7ºС.
В ходе расчетов был выбран кожухотрубчатый теплообменный аппарат типа 325 ТКГ-16-М1-0/25-1,5-2 гр. А ГОСТ 15120-79 с поверхностью теплообмена 7,5 м2.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов хими-ческой технологии: учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; – 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987г.- М.: ОООТИД «Альянс», 2006. – 576 с.
2. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Г.С.Борисов, В.П.Брыков, Ю.И.Дытнерский и др. Под.ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Химия, 1991. – 496 с.