Российский  государственный  университет нефти  и газа им. И.М.Губкина 

Кафедра термодинамики и  тепловых двигателей 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА ПО ТЕПЛОТЕХНИКЕ

  «Тепловой расчёт теплообменных аппаратов» 
 
 
 
 

                                                                              Выполнила: Сергеева М.А.

                                                                                       ХТ-08-1

                                                                        Проверил: Шотиди  К.Х 
 
 

Москва 2010 

                                                                 Оглавление

 

I. Введение. Классификация теплообменных аппаратов.

Теплообменный аппарат (ТА) – устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями, либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела. Процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому — один из наиболее важных и часто используемых в технике процессов, например получение пара. Широкое использование теплообменного оборудования в нефтяной и газовой промышленности обязывает специалистов уметь их рассчитывать, обобщать опыт их эксплуатации, анализировать рабочий процесс и намечать пути повышения эффективности их работы.

При выборе стандартного ТА необходимо провести конструктивный и проверочный тепловые расчёты, а также гидравлический расчёт теплообменника. Целью конструктивного теплового расчёта является определение типа ТА и его конструкции. В результате проверочного теплового расчёта выясняется возможность использования стандартного теплообменника при заданных температурных режимах теплоносителей. Гидравлический расчёт ТА необходим для определения мощностей энергопривода насосов и компрессоров для перекачки теплоносителей через аппарат.

Типы  ТА:

1.Рекуперативный (от лат. recuperator - получающий обратно, возвращающий)- теплообменник, в котором теплообмен между теплоносителями осуществляется непрерывно через разделяющую их стенку.

2. Регенеративный (от лат. regenero — вновь произвожу)-теплообменник, в котором передача теплоты осуществляется поочередным соприкосновением горячего и холодного теплоносителей с одними и теми же поверхностями аппарата.

3. Смесительный 

     Кожухотрубные теплообменники относятся к поверхностным  ТА рекуперативного типа. Различают  следущие типы кожухотрубных ТА:

1. С неподвижными  трубными решётками.

2. С неподвижными  трубными решётками и с линзовым  компенсатором на кожухе.

3. С плавающей  головкой.

4. С U – образными трубами.

     В зависимости от расположения теплообменных  труб различают ТА горизонтального  и вертикального типа. От числа  перегородок в распределительной  камере и входной крышке – на одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве. От числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, – на одно- и многоходовые в межтрубном пространстве.

     ТА  с плавающей головкой используются при температурах теплообменивающихся  сред от -30 ˚С до +450 ˚С, давление в трубном пространстве может достигать 8 МПа. С неподвижными трубными решётками и с температурным коэффициентом на кожухе используются при температурах от -70 ˚С до +350 ˚С, давление в межтрубном пространстве может достигать 4 МПа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II. Конструктивный тепловой расчёт.

Исходные  данные.

1.Определение:

• теплофизические свойства горячего и холодного теплоносителей.

Определим среднюю  арифметическую температуру теплоносителей.

°C

°C

 

Большей вязкостью  обладает нефть, поэтому направляем ее в межтрубное пространство.

• недостающие данные и мощность теплообменного аппарата.

η – коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду (от 0,95 до 0,98). Примем η=0,95.

Массовый выход  бензина:

Мощность ТА:

 

• средняя разность температур между теплоносителями θ_m.

      Для противоточной схемы движения теплоносителей средняя разность температур между теплоносителями q_m рассчитывается по уравнению Грасгофа:

 Q_m = ,                                          

 Θ₁ = t₁¢ -  t₂¢¢=151-83=68 °C

 Θ₂ = t₁¢¢ - t₂¢=108-19=89 °C

Q_m = °C                                                                                            

• оптимальный диапазон площадей проходных сечений (f₁, f₂) и минимальный индекс противоточности P_min ТА.

Скорости теплоносителей в ТА:

бензин: w_min=0,5 м/с, w_max=3 м/с

нефть: w_min=0,2 м/с, w_max=1 м/с

                                                                                                                    

м²

м²

м²

м²

 

P ³ P_min

Выбираем противоток P=1.

• водяной эквивалент kF и площадь поверхности F теплообмена ТА.

   Коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю определяется по соотношению:

 ,

где , – коэффициенты теплоотдачи в трубном и межтрубном пространстве;

и – термические сопротивления загрязнений на внутренней и наружной поверхности теплообменных труб;

 – толщина стенки теплообменных  труб кожухотрубных ТА (от 1,5 до 3 мм). Примем  м.

α_тр= 10250 Вт/(м²К)

α_мтр= 325 Вт/(м²К)

 м²К/Вт

 м²К/Вт

,

 

• истинный индекс противоточности.

                         

По графику  определяем:         e_Dt =1,

Q_m = Q_mL ,  Р=1 

2.Предварительный выбор теплообменного аппарата по каталогу.

   Выбираем  кожухотрубный тепплообменный аппарат  с неподвижными трубными решетками  и температурным компенсатором  на кожухе. 

Характеристики  ТА:

 

3.Расчет коэффициентов теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке α₁ и от стенки к холодному теплоносителю α₂.

Коэффициент теплоотдачи в трубном пространстве:

,                   

Re, Pr, Gr – числа подобия теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней арифметической температуре потока; Pr_c – число Прандтля теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА, при средней температуре стенки тубы;

λ_тр – коэффициент теплопроводности теплоносителя, движущегося в теплообменных трубах ТА.

   Средняя скорость теплоносителя в трубном пространстве выбранного стандартного теплообменного аппарата w_тр , необходимая для определения числа Рейнольдса Re_тр :

м/с

 => режим турбулентный.

С=0,021; j=0,8; y=0,43; i=0.

  Pr_c бензина при t_c:

t_c= 90,25ºC       

Pr_c=5,06

      

       Коэффициент теплоотдачи в межтрубном  пространстве α_мтр рассчитывается по формуле:

,

Nu, Re, Pr –числа подобия для теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве ТА, при средней арифметической температуре потока.