- •1 Конструкция теплообменных аппаратов
- •1.1 Классификация теплообменных аппаратов и предъявляемые к ним требования
- •1.2 Кожухотрубчатые теплообменные аппараты, типы и конструктивное исполнение
- •1.2.1 Кожухи и распределительные камеры
- •1.3 Аппараты воздушного охлаждения
- •1.4 Теплообменные аппараты типа -«труба в трубе»
- •1.5 Погружные аппараты
- •1.6 Оросительные аппараты
- •1.7 Пластинчатые теплообменники
- •1, 9, 10 И 12 — штуцера; 2 — неподвижная плита; 3 — штанга; 4 — теплообменная пластин 5 и 6 — прокладки; 7 — стойка; 8 — винт; 11 — нажимная плита; а, б, в и г — проходные отверстия
- •1.8 Спиральные теплообменные аппараты
- •2 Технологический расчет оборудования
- •2.1 Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов
- •2.2 Тепловые балансы теплообменных аппаратов
- •2.3 Средняя разность температур теплоносителей
- •2.4 Коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи
- •2.5 Теплопередача в поверхностных теплообменниках
- •2.6 Последовательность расчета и подбора кожухотрубчатого теплообменника
- •2.7 Гидравлический расчет кожухотрубчатых теплообменных аппаратов
- •2.7.1 Расчет потери давления в трубном пространстве
- •2.7.2 Расчет потери давления в межтрубном пространстве
- •3 Механический расчёт теплообменника
- •Литература
- •Приложение
- •Редактор л.А.Матвеева
- •450062, Г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
- •453118, Г.Стерлитамак, пр. Октября, 2.
2 Технологический расчет оборудования
Технологический расчет установки, отделения, цеха включает:
материальный баланс;
тепловой баланс;
технологический расчет основного аппарата;
расчет и подбор вспомогательного оборудования;
гидравлический расчет аппаратов.
Задачей материального баланса является определение расхода материальных потоков, необходимых концентраций; теплового баланса – определение расхода нагревающих и охлаждающих агентов. Технологический расчет аппаратов выполняется с целью определения их основных размеров (диаметра, высоты, площади поверхности теплопередачи и т.д.). По рассчитанным основным размерам выбирается аппарат по нормативным документам – ГОСТу, ОСТу и т.д. Далее рассчитываются или выбираются остальные элементы аппаратов (перемешивающие и контактные устройства, штуцеры, крышки и т.д.). При необходимости в этом разделе выполняется расчет тепловой изоляции. Необходимые для выполнения расчетов физико-химические свойства перерабатываемых веществ (плотность, теплопроводность, теплоемкость, вязкость и др.) находят по справочникам или рассчитывают по формулам. В этом же разделе выполняется расчет остальных аппаратов установки (теплообменников, циклонов, барометрических конденсаторов и др.) и выбор их по каталогам и ГОСТам. Расчет гидравлического сопротивления аппаратов и трубопроводов осуществляется для расчета и выбора машин, перемещающих жидкости и газы (насосов, вентиляторов, компрессоров). Емкостное оборудование для хранения сырья и продукции рассчитывается и подбирается по нормалям, каталогам или ГОСТам с учетом конкретных условий их работы. Все расчеты должны выполняться в Международной системе единиц измерений (СИ).
2.1 Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов
При выборе типа и конструкции теплообменника учитываются следующие факторы:
назначение аппарата и протекающие в нем процессы;
удельная теплопроизводительность аппарата (количество теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме);
гидравлическое сопротивление;
химическая агрессивность теплоносителей к конструкционному материалу;
степень загрязненности теплоносителей и характер отложений;
термодинамические параметры (температура, давление, объемы и агрегатное состояние теплоносителей);
физико-химические свойства;
температурные напряжения, возникающие при различном тепловом удлинении различных частей теплообменника;
конструктивное совершенство: простота устройства, малые масса и габаритные размеры, технологичность конструкции, высокий к.п.д.;
себестоимость продукции.
Предварительный выбор типа теплообменника можно сделать, ориентируясь на данные, приведенные в табл. 1 и 2.
Таблица 1 – Ориентировочные условия работы теплообменных аппаратов
Вид и тип аппарата |
Условное давление, МПа |
Допустимая температура, оС |
Рабочая среда, теплоноситель | |||
в трубном пространстве |
в меж-трубном пространстве |
в трубном пространстве |
в межтрубном пространстве | |||
Кожухо-трубчатые |
ТН |
0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 |
0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 |
от –30 до +350 |
Жидкость, газ, пар, загрязненные Коррозионные, высокого давления и температуры |
Газы при низких давлениях, чистые |
Продолжение таблицы 1
|
ТК |
0,6; 1,0; 1,6; 2,5 |
0,6; 1,0; 1,6 |
|
|
Жидкости, конденсирующиеся пары |
ТП |
1,6; 2,5; 4,0; 6,4 |
1,6; 2,5; 4,0; 6,4 |
от +30 до +450 |
Загрязненные жидкости и газы | ||
ТУ |
1,6; 2,5; 4,0; 6,4 |
1,6; 2,5; 4,0; 6,4 |
от –30 до +350 |
Чистые жидкости, кипящие жидкости | ||
Спиральный |
До 1,0 |
от –20 до +200 |
Чистые жидкости и конденсирующиеся пары | |||
Пластинчатый |
До 1,0 |
от +20 до +140 |
Жидкости с твердым осадком, растворы солей, щелочей, кислоты | |||
Воздушного охлаждения |
0,6; 2,5; 6,4 |
от –40 до +475 |
Загрязненные жидкости, конденсирующиеся пары |
Атмосферный воздух |
Таблица 2 – Сравнительная характеристика теплообменных аппаратов различных типов
Тип теплообменников |
Простота и легкость изготовления |
Возможность осуществления чистого противотока |
Достижение высоких скоростей |
Легкость очистки |
Доступность для осмотра и ремонта |
Поверхность нагрева на единицу объема, м2/м3 |
Расход металла кг/м2 |
Относительный расход металла на единицу передаваемой теплоты | ||
в трубах |
в межтрубном пространстве |
труб |
межтрубного пространства | |||||||
Кожухотрубные: одноходовые многоходовые батарейные |
– |
+ – + |
– + + |
– |
+ + + |
– – – |
|
18-40 18-40 7-16 |
35-80 35-80 35-80 |
1 1 1 |
Типа «труба в трубе» |
+
|
+
|
+ |
+ |
+ |
– |
|
4-15 |
175 |
1,5-4,5 |
Погружные |
+ |
– |
+ |
– |
– |
+ |
+ |
4-12 |
90-120 |
1,0-6,5 |
Продолжение таблицы 2
Оросительные |
+ |
– |
+ |
не требуется |
– |
+ |
+ |
3-6 |
45-60 |
0,45-2,0 |
Спиральные |
– |
+ |
+ |
+ |
|
|
– |
34-72 |
30-50 |
0,2-0,9 |
Пластинчатые: с гладкими листами штампованный волнистый с ребрами |
|
+
|
+ |
+ |
+ |
+ |
|
10-60
300-600 600-1800 |
5-20
5-10 2-4 |
|
Примечание. В таблице приняты обозначения: «+» – соответствие требованиям; «»– частное соответствие требованиям; «–»– несоответствие требованиям. |
Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов проводится в последовательности, приведенной на рисунке 29.
z – число ходов; n – общее количество трубок; d – диаметр трубок; l – длина трубок; D – диаметр кожуха; Fнорм – поверхность нормализованного аппарата
Рисунок 29 – Схема расчета теплообменного аппарата