Вступ

Технологічні процеси, швидкість проходження яких визначається швидкістю подачі або віддачі теплоти , називають тепловими ,а апарати ,призначені для проведення цих процесів – теплообмінними.

До теплових процесів відносяться нагрівання ,охолодження, конденсація та випарювання [7].

Теплообмін – процес передачі енергії, що відбувається між тілами, які мають різну температуру. Теплообмін між тілами являє собою обмін енергією між молекулами, атомами і вільними електронами; в результаті теплообміну інтенсивність руху частинок більш нагрітого тіла знижується ,а менш нагрітого –збільшується. Теплообмін є важливим фактором для забезпечення перебігу процесів в хімічній, харчовій, нафтохімічній енергетичній і іншій галузях промисловості [2].

Апарати, в яких здійснюються теплові процеси, називаються теплообмінниками. При проектуванні теплообмінних апаратів необхідно враховувати: дотримування умов протікання процесу, більш високий коефіцієнт теплопередачі, низький гідравлічний опір, стійкість поверхні теплообміну до корозії, зручність чистки апарату, економічне використання матеріалу.

Теплообмінники поділяють залежно від форми поверхні, виду теплоносія, способу передачі теплоти.

Кожухотрубні теплообмінники можуть бути вертикальними, горизонтальних і похилими відповідно до вимог технологічного процесу або зручності монтажу. Залежно від температурних подовжень трубок і корпуса застосовують кожухотрубні теплообмінники твердої, напівтвердої й нежорсткої конструкції [7].

В даному курсовому проекті спроектований одноходовий кожухотрубний теплообмінник – теплообмінний апарат для нагрівання тетрахлорметану насиченою водяною парою, що відноситься до рекуперативних поверхневих апаратів.

1 Призначення та область використання розроблюваного апарата

Кожухотрубні теплообмінники належать до найбільш розповсюджених в хімічній техніці типів теплообмінної апаратури, які можуть бути вертикальними, горизонтальними або нахиленими. Вони прості при виготовленні, можуть розвивати велику поверхню теплообміну в одному апараті, надійні в роботі. Однією із головних переваг даного теплообмінника є простота конструкції. В теплообмінниках даного типу перенесення теплоти між робочими середовищами відбувається через поверхню розділу – стінку [7].

В даному теплообміннику відбувається процес нагрівання тетрахлорметану насиченою водяною парою водою. Один із теплоносіїв – тетрахлорметан рухається всередині труб (трубному просторі), а інший – насичена водяна пара – в міжтрубному просторі. При цьому в апараті має місце конденсація пари, в наслідок якої можна отримувати досить велику кількість тепла при відносно невеликих витратах пари.

Тетрахлорид вуглецю ССl₄ –це один із найбільш реакційно здатних органічних речовин. Використовується як розчинник,реагент і ефективний засіб гасіння вогню [8]. При високих температурах він ,як і багато інших галоген алканів ,реагує з киснем з утворенням фосгену СОСl₂. Внаслідок цього не рекомендується застосовувати його для гасіння вогню в закритих приміщеннях [9].

Даний теплообмінний апарат використовується в хімічній промисловості.

Стабільність роботи теплообмінника досягається деяким збільшенням простору теплообміну в порівнянні з розрахунковим, що забезпечує стійкі показники роботи теплообмінника в умовах поступового забруднення стінок труб.

2 Технічна характеристика

1. Апарат призначено для нагрівання тетрахлорметану насиченою водяною парою.

2. Масова продуктивність ССl _4, кг/с 10

3. Температура, °С:

   1. тетрахлорметану в трубному просторі

а) на вході в апарат 20

б) на виході з апарата 76,7

1. насиченої водяної пари у міжтрубному просторі 119,6

1. Середовище в апараті:

   1. у трубному просторі тетрахлорметан (токсичний, пожежо-, вибухонебезпечний)

   2. у міжтрубному просторі – водяна пара (нетоксична, неагресивна, пожежо-, вибухобезпечна);

2. Робочий тиск, МПа:

   1. у трубному просторі 0,3

   2. у міжтрубному просторі 0,2

3. Поверхня теплообміну, м² 70,95

4. Місткість, м³:

   1. трубного простору 0,17

   2. міжтрубного простору 0,6

5. Габаритні розміри, мм:

   1. довжина 4000

   2. висота 705

   3. ширина 520

6. Маса сухого апарата, кг 2175

3 Опис і обґрунтування обраної конструкції

3.1 Огляд апаратурного оформлення даного та аналогічних технологічних процесів

Як було вказано вище, кожухотрубні теплообмінні апарати є найбільш поширеними через свою простоту та зручність. Найпростішим являється одноходовий кожухотрубний теплообмінник, який складається з кожуха та приварених до нього трубних решіток. В трубних решітках закріплений пучок труб. Найбільш поширене розміщення труб в трубних решітках — по вершинам правильних шестикутників. Одне з середовищ рухається у трубному просторі, а інше – в міжтрубному просторі. Середовища зазвичай направляють протитоком один до одного. При порівняно невеликих витратах рідини швидкість її руху по трубах такого теплообмінника низька і коефіцієнти тепловіддачі невеликі. Тому раціонально збільшувати швидкість теплообміну шляхом застосування багатоходових теплообмінників [2].

Багатоходові кожухотрубні теплообмінники аналогічні одноходовим, але за однієї відмінності: труби поділені на секції чи ходи за допомогою поперечних перегородок, що встановлені в кришках теплообмінника. З двох теплоносіїв ,що рухаються по трубному і між трубному просторах,потрібно в першу чергу збільшувати швидкість того ,який при теплообміні має більший термічний опір,і,як наслідок,обмінюється теплотою при менших значеннях коефіцієнта тепловіддачі [7].

Якщо різниця температур труб і кожуха достатньо велика (більше 50 ⁰С), то труби і кожух не однаково розтягуються, що призводить до значного навантаження в трубних решітках, порушенню щільності з’єднання труб з трубними решітками, а це може спричинити змішування теплоносіїв або деформації труб. Тому при таких умовах використовують теплообмінники нежорсткої конструкції [2].

Для зменшення температурних деформацій (не більше 10-15 мм) і при невисокому тиску в між трубному просторі використовують теплообмінники з лінзовим компенсатором.

При необхідності забезпечення великих переміщень труб і кожуха використовують теплообмінник з плаваючою головкою

В теплообміннику з U- подібними трубами самі труби виконують функцію компенсуючи приладів. При цьому спрощується і полегшується конструкція апарата,що має лише одну нерухому трубну решітку.

В хімічній промисловості застосовуються також теплообмінники з подвійними трубами.

Для збільшення швидкості руху середовища у між трубному просторі без застосування перегородок,які ускладнюють очистку апарата,використовують елементні теплообмінники,що складаються з послідовно з’єднаних секцій. Кожний елемент такого теплообмінника являє собою найпростіший кожухотрубний теплообмінник. Теплообмінник, який складається з таких елементів, допускає незначні надлишкові тиски в міжтрубному просторі. В цих апаратах взаємний рух середовищ наближається до схеми протитоку, але внаслідок розділення загальної поверхні теплообміну на окремі елементи конструкція стає більш громіздкою і вартість теплообмінника зростає.

Двотрубні теплообмінники типу «труба в трубі» складаються з декількох послідовно з’єднаних трубчатих елементів. Один теплоносій рухається внутрішніми трубами, а інший по кільцевому проміжку між внутрішніми і зовнішніми трубами. Внутрішні труби з’єднуються калачами, а зовнішні – патрубками. Завдяки невеликим поперечним перерізам трубного та міжтрубного простору досягаються високі швидкості рідини. Це дозволяє отримувати високі коефіцієнти теплопередачі. Але разом з цим такі теплообмінники більш громіздкі і вимагають більшого споживання металу на зовнішні труби, які не беруть участь в теплообміні [2].