19

Министерство образования и науки РФ

Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского

Курсовой проект

по дисциплине

" Процессы и аппараты химической технологии"

на тему:

"Теплообменник-нагреватель"

Выполнил: ст. гр. 331

Ковнев А. В.

Проверил: Печенегов Ю. Я.

Саратов

2008

Форма

Министерство образования и науки РФ

Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского

Факультет: химический Кафедра: химическая технология нефти и газа

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой Р. И. Кузьмина

«___»_______________2008г.

Задание по курсовому проектированию

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Студенту 3 курса 331 группы химического факультета

Фамилия Ковнев Имя Алексей Отчество Владимирович

Время выдачи задания 12 февраля 2008 г.

Срок выполнения проекта 6 мая 2008 г.

Защита проекта назначена на мая 2008 г.

1. Тема проекта «Теплообменник - нагреватель»

2. Исходные данные к проекту:

Рассчитать кожухотрубчатый теплообменник нагреватель зная параметры:

Вещества	tнач oC	tкон oC	G *103 кг/ч	Рабс мПа	ΔРдопол мПа
Хлорбензол	30	130	20	0,13	0,02
Водяной пар	151,7	151,7	-	0,5	-

Если есть значительное температурное удлинение труб, то выбрать стандартный компенсатор.

3. Содержание расчетно-пояснительной записки

Введение

1. Технологическая схема и её описание

2. Расчеты

3. Заключительная часть, содержащая выводы по выполняемому проекту

Список использованной литературы

4. Перечень графического материала:

1 лист – технологическая схема; 1 лист – общие виды, разрезы и сечения

5. Эксплуатация и техника безопасности

Руководитель проекта

Задание принял к исполнению______________________________________

(Дата и подпись студента)

Оглавление

Задание…………………………………………………………….2

Введение…………………………………………………………...4

1. Тепловой расчет……………………………………………….9

2. Гидравлический расчёт……………………………………….15

3. Механический расчет………………………………………....16

4. Выводы…………………………………………………………18

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Теплообменниками называются аппараты, в которых происходит теплообмен между рабочими средами независимо от их технологического или энергетического назначения (подогреватели, выпарные аппараты, конденсаторы, пастеризаторы, испарители, деаэраторы, экономайзеры и др.).

Технологическое назначение теплообменников многообразно. Обычно различаются собственно теплообменники, в которых передача тепла является основным процессом, и реакторы, в которых тепловой процесс играет вспомогательную роль.

Классификация теплообменников возможна по различным признакам.

По способу передачи тепла различаются теплообменники смешения, в которых рабочие среды непосредственно соприкасаются или перемешиваются, и поверхностные теплообменники–рекуператоры, в которых тепло передаётся через поверхность нагрева – твёрдую (металлическую) стенку, разделяющую эти среды.

По основному назначению различаются подогреватели, испарители, холодильники, конденсаторы.

В зависимости от вида рабочих сред различаются теплообменники:

а) жидкостно–жидкостные – при теплообмене между двумя жидкими средами;

б) парожидкостные – при теплообмене между паром и жидкостью (паровые

подогреватели, конденсаторы);

в) газожидкостные – при теплообмене между газом и жидкостью (холодильники для воздуха).

г) газово-газовые - при теплообмене между газом и газом и др.

По тепловому режиму различаются теплообменники периодического действия, в которых наблюдается нестационарный тепловой процесс, и непрерывного действия с установившимся во времени процессом.

Многотрубный кожухотрубчатый теплообменник представляет собой пучок трубок, помещенных в цилиндрическую камеру (кожух); таким образом, внутренность камеры является межтрубным пространством. Трубки закреплены в трубные решетки, ограничивающие камеру со всех сторон. К трубным решеткам крепятся распределительные коробки с патрубками для впуска рабочей жидкости, протекающей внутри трубок. Камера снабжена также патрубками для подвода и отвода второго рабочего тела.

Трубки латунные, медные или стальные применяются диаметром от 10 мм и выше; трубки имеют большие диаметры при вязких или загрязненных жидкостях. Для помещения в кожухе большей поверхности теплообмена и получения большего коэффициента теплоотдачи выгоднее применять трубки меньшего диаметра.

Трубные решетки могут быть наглухо приварены или приклёпаны к корпусу, одна из решеток может быть не соединена с камерой. В этом случае уплотнение достигается резиновым кольцом, зажимающим щель между корпусом и решеткой, линзовыми компенсаторами и U образными трубками.

Кожух теплообменника обычно стальной, цилиндрический. Иногда для обеспечения свободы температурного расширения кожуха и трубок на кожухе устраивают компенсатор.

Кожухотрубчатые теплообменники. Они достаточно просты в изго­товлении, отличаются возможностью развивать большую поверх­ность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе.

Один из теплоносителей проте­кает по трубам, другой по меж­трубному пространству. Теплота от одного теплоносителя другому пере­дается через поверхность стенок труб. Обычно теплоносители подают в противоток. Такое движение теп­лоносителей способствует более эф­фективному переносу теплоты, так как при этом происходит совпадение направления движения каждого теп­лоносителя с направлением, в котором стремится двигаться данный теплоноситель под влиянием изменения его плотности при нагревании или охлаждении (в вертикальных теплообменниках). Наибо­лее распространенный способ размещения труб в трубных решет­ках по вершинам правильных шестиугольников (рис. 1 а).

Рис. 1

При­меняются и другие способы размещения труб (рис. 1 б, в). Важно выбрать способ размещения, который обеспечит максимально воз­можную компактность поверхности теплообмена в аппарате.

Для обеспечения хорошей герметизации теплообменников, что предотвращает смешение теплоносителей, разработан ряд способов крепления труб в трубных решетках (рис. 2). Наибольшее рас­пространение получил способ крепления развальцовкой (рис. 2 а, б). Способ крепления труб с помощью сальниковых уплотнений (рис.2 г) сложен и дорог, поэтому широкого распространения не получил. Сваркой (рис. 2 в) трубы крепятся в случае, если мате­риал, из которого они изготовлены, не поддается развальцовке, а также при большом давлении теплоносителя в межтрубном пространстве теплообменника.

Шаг размещения труб S при их закреплении развальцовкой выбирают в зависимости от наружного диаметра dн труб в пределах: S= (1.25-1.3)*dн

а б в г

Рис. 2. Способы крепления труб в трубных решетках:

а-развальцовка; б-развальцовка в отверстиях с канавками; в-сварка,

г-сальниковые уплот­нения

Одноходовой теплообменник, т. е. в этом теплообменнике оба теплоносителя, не изменяя направления, движутся по всему сечению (один по трубному, другой по межтрубному), в других случаях 2,4,6-ти ходовые теплообменники. Когда скорость движения теплоносителя невелика и, следовательно, низки коэффи­циенты теплоотдачи, целесообразно использовать многоходовые теплообменники по трубному пространству.

В многоходовом по трубному пространству теплообменнике (рис. 3) с помощью поперечных перегородок 2, установленных в крышках теплообменников, трубный пучок разделен на секции, или ходы, по которым последовательно движется теплоноситель. При этом число труб в каждой секции обычно примерно одинаковое.

Рис. 3

Многоходовый (по межтрубному пространству) кожухотрубчатыи теплооб­менник: 1-кожух, 2-перегородки; Ι и ΙΙ -теплоносители

Очевидно, что в таких теплообменниках при одном и том же расходе теплоносителя скорость его движения по трубам увеличива­ется кратно числу ходов. Для увеличения скорости в межтрубном пространстве в нем устанавливают ряд сегментных перегородок 2 (рис. 3). В горизонтальных теплообменниках эти перегородки являются одновременно промежуточными опорами для труб.

Увеличение скорости движения теплоносителей в трубном и межтрубном пространствах теплообменника влечет за собой увели­чение его гидравлического сопротивления и усложнение конструк­ции теплообменника. В таких случаях необходимо определить экономически целесообразную скорость движения теплоносителя. Следует отметить, что в многоходовых теплообменни­ках по сравнению с противоточными движущая сила процесса несколько снижается в результате того, что они работают по принципу смешанного тока.

Если разность температур труб и кожуха достаточно велика (больше

50 °С), то трубы и кожух удлиняются существенно неодина­ково, что приводит к значительным напряжениям в трубных решет­ках, нарушению плотности соединения труб с трубными решетками, а это может привести к смешению теплоносителей или деформации труб. Поэтому при разностях температур труб и кожуха более 50 °С и значительной длине труб применяют теплообменники нежесткой конструкции, в которых возможно перемещение труб по отноше­нию к кожуху аппарата.

На (рис. 4) представлены некоторые конструкции кожухотрубчатых теплообменников с компенсацией неодинаковости темпера­турных удлинений труб и кожуха.

Рис. 4.

Кожухотрубчатые теплообменники с компенсацией неодинаковости темпе­ратурных удлинений труб и кожуха:

а - теплообменник с линзовым компенсатором (полужесткая конструкция);

б - аппарат с плаваю­щей головкой;

в - аппарат с U-образными трубами; 1- кожухи; 2-трубы; 3-линзовый компенса­тор; 4-плавающая головка; Ι и ΙΙ- теплоносители

На (рис. 4) а показана схема теплообменника с линзовым ком­пенсатором 3 на корпусе. В этом аппарате температурные деформа­ции компенсируются осевым сжатием или расширением компенса­тора. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применяют при небольших температурных деформациях (не более 10-15 мм) и невысоких давлениях в межтрубном пространстве (не более 0,5 МПа).

Теплообменник с плавающей головкой (рис. 4 б) применяют при значительных относительных перемещениях труб и кожуха, поскольку в нем одна из трубных решеток не соединена с кожухом и может свободно перемещаться вдоль оси при температурных удлинениях.

В теплообменнике с U-образными трубами (рис. 4 в) оба конца труб закреплены в одной трубной решетке, что позволяет трубам свободно удлиняться. В аппаратах этого типа, так же как и в аппарате с плавающей головкой, наружные стенки труб доволь­но легко очищать от накипи и загрязнений при выемке всей трубчатки из кожуха. Однако в этом аппарате усложняется монтаж труб, затруднена очистка их внутренних стенок.

Элементные теплообменники представляют собой ряд последо­вательно соединенных одноходовых кожухотрубчатых теплообменников (элементов), что позволяет существенно повысить скорость движения теплоносителей в межтрубном и трубном пространствах без использования перегородок. Теплоносители последовательно проходят через все элементы. В межтрубных пространствах эле­ментных теплообменников можно создавать большие давления, так как диаметр кожуха элементов мал. В этих теплообменниках процесс протекает практически при чистом противотоке. Однако элементные теплообменники, по сравнению с многоходовыми кожухотрубчатыми, при одинаковой поверхности теплопередачи более громоздки и требуют большего расхода металла на их изготов­ление.

Задачей настоящего проекта является: расчет и выбор теплообменника из числа стандартных теплообменников для нагрева при заданных условиях.