Министерство  по науке и образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

Санкт-Петербургский  государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический  университет) 
 

Кафедра автоматизации технологических  процессов и производств 
 
 
 

Курсовая  работа 
 

 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

 
 
 
 
 
 

ПРОВЕРИЛ 

 
 
 
 

Санкт-Петербург

2010

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский  государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический  университет) 

 
 

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств 

Курсовая  работа 

 

ЗАДАНИЕ 

 

3. Содержание пояснительной записки:  Аннотация. Оглавление. Введение.

Тепловой расчёт теплообменника. Геометрический расчёт теплообменника.

Список использованной литературы.

4. Срок сдачи законченного проекта 

 

Аннотация

 

     В данном курсовом проекте осуществляется расчет и выбор спирального теплообменника для нагрева от 40⁰С до 90⁰С этилового спирта в количестве 30000 кг/ч. Пояснительная записка состоит из 53 страниц, имеет 21 рисунок и 2 таб.

The summary

In this course project is carried out calculation and choice of the spiral heat exchanger to hit from 40⁰С to 90⁰С С₂Н₅ОH in an amount of 30000 kg / h. This document contains on 53 pages and has 21 picture and 2 tab.

                                          

 

Содержание

                                                  

 

Введение.

 

     Спиральный  теплообменник – устройство, в  котором осуществляется передача теплоты  от горячего теплоносителя холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой, энергетике и других отраслей промышленности.

     Спиральный  теплообменник был изобретен  в двадцатых годах прошлого века шведским инженером Розенбладом  для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Эти теплообменники впервые позволили обеспечить надежную теплопередачу между средами, содержащими твердые включения. В начале семидесятых конструкция спиральных теплообменников была радикально изменена и улучшена, и приобрела значительные преимущества по сравнению с конструкцией Розенблада.

     Из  всех компактных теплообменников эта конструкция является наиболее уникальной. Типичная область их применения – это теплообмен между загрязненными потоками (пульпы, взвеси), содержащих различные механические примеси, волокна. Они с успехом используются в тех случаях, когда пространство для размещения ограничено. Основная отличительная черта спирального теплообменника заключается в его гидравлике. Постоянное изменение направления движения потока создает значительную турбулентность, более высокую, чем в кожухотрубных теплообменниках, что ограничивает количество и скорость образования отложений и накипи. При этом в спиральных аппаратах оба канала для жидкости, сваренные отдельно друг от друга, легкодоступны для очистки после снятия крышек и извлечения спирали. Применяются спиральные теплообменники и как конденсаторы.

 

Пластинчатые  и спиральные теплообменные  аппараты в современной  технике

Теплообменные аппараты и требования к ним

Процессы  теплообмена происходят всюду, где  приходится нагревать или охлаждать  ту или иную среду с целью ее обработки или для утилизации тепла. Для передачи тепла от среды с высокой температурой к среде с низкой используют теплообменные аппараты разнообразных конструкций.

По способу  передачи тепла теплообменные аппараты (их часто называют теплообменниками) можно разделить на две основные группы: поверхностные теплообменники и теплообменники смешения.

В поверхностных  теплообменных аппаратах передача тепла от одной среды к другой происходит обычно через металлическую стенку, которую условно принято называть поверхностью теплообмена.

В теплообменниках  смешения передача тепла происходит в процессе непосредственного соединения и перемешивания сред, что, очевидно, допустимо лишь при определенных условиях, значительно ограничивающих применение аппаратов такого типа.

В химической промышленности теплообменное оборудование составляет в среднем по весу и  стоимости 15—18% от всего оборудования.

В нефтеперерабатывающих  и нефтехимических производствах  теплообменники являются также одним  из основных видов оборудования, и их доля по весу в этих производствах достигает до 50% от всей применяемой аппаратуры.

В химической, пищевой, нефтеперерабатывающей и  других отраслях промышленности применяют  теплообменные аппараты для рабочих  сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, капельная однофазная жидкость, суспензия, эмульсия и т. д.), причем для удовлетворения запросов производства производительность аппаратов или расход среды должны изменяться в широких пределах.

Учитывая  большой диапазон температур и давлений рабочих сред, а также разнообразие их свойств при различных параметрах тепловой обработки, определим следующие основные требования, которым должны удовлетворять современные теплообменные аппараты.

1. Аппарат  должен обеспечивать передачу  требуемого количества тепла от одной среды к другой с получением необходимых конечных температур и при возможно большей интенсивности теплообмена.

2. При  заданных термодинамических параметрах  рабочих сред (давлениях, температурах, объемах) и при различном агрегатном состоянии аппарат должен быть работоспособным и достаточно надежным в работе.

3. Аппарат  должен работать стабильно при  изменении в процессе теплообмена  физических (а возможно и химических) свойств рабочей среды: ее вязкости, плотности, теплопроводности, фазового состояния и т. д.

4. Поверхность  теплообмена и другие элементы  конструкции аппарата, омываемые  рабочей средой, должны обладать  достаточной химической стойкостью к агрессивному воздействию ее.

5. Для  сохранения продолжительной работоспособности в процессе эксплуатации при обработке загрязненной среды или среды, выделяющей отложения на стенках, в конструкции аппарата должна быть предусмотрена возможность осмотра поверхностей теплообмена и доступность их для периодической очистки.

6. Аппарат должен обладать достаточным запасом прочности, гарантирующим его безопасное состояние при напряжениях, возникающих как в результате давления рабочей среды, так и вследствие темпертурных деформаций различных частей теплообменника.

7. При  данной тепловой нагрузке и других рабочих параметрах аппарат должен иметь возможно меньшие габариты и возможно меньшую удельную металлоемкость.

Требования  к теплообменному аппарату не только разнообразны, но отчасти и противоречивы. Например, теплообменник всегда желательно эксплуатировать с возможно большим коэффициентом теплопередачи. Это влечет за собой повышение скорости движения рабочей среды или введение турбулизаторов в поток среды, омывающей рабочую поверхность; при этом часто недопустимо увеличение гидравлических потерь в теплообменниках. Кроме того, желательна возможность разборки рабочей части аппарата для осмотра и очистки поверхности теплообмена от загрязнений, но при этом остается требование надежной герметичности системы каналов, не допускающей даже незначительную утечку рабочей среды из аппарата или проникновение одной среды в другую. Можно привести примеры и других противоречивых требований к теплообменнику.

При создании новых, более эффективных теплообменных  аппаратов необходимо стремиться уменьшать удельные затраты материалов (в том числе дефицитных металлов), труда, средств и затрачиваемой при работе энергии по сравнению с теми же показателями теплообменников существующих образцов.

Под удельными  затратами для теплообменных  аппаратов понимают затраты, отнесенные к тепловой производительности аппарата в заданных условиях

Необходимо  также при создании новых конструкций  стремиться к повышению интенсивности работы аппарата.

Под интенсивностью процесса в теплообменном аппарате следует понимать количество тепла, передаваемое в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме. Этот же параметр можно определить как удельную тепловую производительность аппарата.

Процесс теплообмена является сложным физическим процессом, зависящим от многих факторов. При заданных значениях поверхности теплообмена аппарата и температурном напоре интенсивность процесса характеризуется коэффициентом теплопередачи, который для плоской стенки определяется формулой:

                                                                

                                                                 (1)