федеральное агентство по образованию
Северский технологический институт
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
В.П. Пищулин
Расчет кожухотрубчатого теплообменника
Учебное пособие
Северск 2010
УДК 66.011
ББК
П 368
Пищулин В.П. Расчет кожухотрубчатого теплообменника: учебное пособие/ В.П. Пищулин.– Северск: СТИ НИЯУ МИФИ, 2010. – 37 с.
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 240801 – «Машины и аппараты химических производств» и 240601 – «Химические материалы современной энергетики» при выполнении расчетно-практических работ по курсу «Процессы и аппараты химической технологии».
В пособии приводятся методика и расчета тепловой нагрузки аппарата, коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, удельного теплового потока, поверхности теплопередачи, конструктивного и гидравлического расчетов теплообменника.
Пособие подготовлено на кафедре «Машины и аппараты химических производств» СТИ НИЯУ МИФИ и будет полезным студентам специальностей 240801 и 240601 при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Пособие одобрено на заседании кафедры МАХП (протокол № 4 от « 30 » марта 2010 г.).
Рецензенты: Миронов В.М., доцент кафедры ОХТ ТПУ, канд.техн.наук.;
Балясников А.В., инженер-конструктор ЗРИ СХК;
Сваровский А.Я., профессор кафедры МАХП СТИ, д-р.техн.наук.
Печатается в соответствии с планом выпуска учебно-методической литературы на 2010 г., утвержденным Ученым советом СТИ НИЯУ МИФИ
Рег. № 8/10 от « 18 » марта 2010 г.
ISBN_____ © Северский технологический институт, 2010г.
Содержание Введение 4
1 Цель расчета 7
2 Состав и объем расчета 7
3 Тепловой расчет аппарата 8
3.1 Тепловая нагрузка аппарата 8
3.2 Основные уравнения теплопередачи 9
3.3 Расчет средней разности температур и средних температур
теплоносителей 10
3.4 Расчет коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара
к стенке 11
3.5 Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки к жидкости………..13
3.6 Определение истинных значений удельного теплового потока,
коэффициента теплопередачи, температур стенок, поверхности
теплопередачи 17
3.7 Расчет истинных значений удельного теплового потока,
коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи, температуры
стенок на ПК 23
4 Конструктивный расчет теплообменника 25
4.1 Цель конструктивного расчета теплообменника 25
4.2 Определение числа труб и числа ходов в трубном пространстве 26
4.3 Внутренний диаметр корпуса 27
4.4 Диаметр патрубков 28
5 Гидравлический расчет теплообменника 29
Литература 31
Приложение А (рекомендуемое). Исходные данные контрольного
примера по расчету теплообменника 32
Приложение Б (рекомендуемое). Результаты расчета 33
Приложение В (обязательное). Задания на расчет кожухотрубчатого
теплообменника 34
Введение
Теплообменная аппаратура широко применяется в химической технологии в различных процессах нагревания, охлаждения растворов, жидкостей, конденсации пара, испарения жидкости.
Теплообменники должны отвечать таким требованиям, как высокая тепловая производительность и экономичность в работе при обеспечении заданных технологических условий процесса, простота конструкции, ее компактность, удобство монтажа и ремонта, надежность в работе, техническое и эстетическое соответствие времени, согласование требованиям охраны труда и техники безопасности, правилам Госгортехнадзора.
Кожухотрубчатые теплообменники в настоящее время являются самыми распространенными теплообменными аппаратами. Они обеспечивают высокую теплопроизводительность, большую поверхность теплопередачи 5-9. Наиболее целесообразно применение кожухотрубчатых теплообменников для парожидкостного теплообмена, пример одного из них приведен на рисунке 1.
1 – поперечные перегородки межтрубного пространства;
2,3 – опорные лапы при вертикальном и горизонтальном расположении аппарата; 4 – штуцеры для входа и выхода из межтрубного пространства; 5 – трубные решетки; 6 – штуцеры для входа и выхода из трубного пространства; 7 – крышки; 8 – трубы;
9 – корпус
Рисунок 1 – Кожухотрубчатый теплообменный аппарат
В этом случае пар конденсируется в межтрубном пространстве, обеспечивая равномерность температуры и высокий коэффициент теплоотдачи, а раствор или жидкость пропускается по трубному пространству, в котором можно достичь высокой скорости движения, создать турбулентный режим, тем самым повысить интенсивность теплообмена. С целью увеличения скорости движения теплоносителя и интенсификации теплообмена в теплообменнике устанавливают перегородки в трубном или межтрубном пространствах, как показано на рисунке 2, то есть выполняют теплообменники многоходовыми.
Д
ля
компенсации разности тепловых удлинений
при значительной разности температур
стенок и корпуса в теплообменниках
устанавливают компенсационные устройства:
линзовые, сальниковые, сильфонные,
мембранные, выполняют теплообменники
с плавающей головкой, с U-образными
трубками, трубками Фильда. Наиболее
простым компенсатором тепловых удлинений
является линзовый компенсатор,
устанавливаемый на корпусе теплообменника
и позволяющий греющим трубкам удлиняться
в определенных пределах без остаточных
деформаций, как показано на рисунке 3.
Теплообменники с
линзовыми компенсаторами применимы
при сравнительно низком давлении (до 1
МПа) в межтрубном пространстве.
Более сложным по конструкции, но с практически неограниченной компенсацией тепловых удлинений трубного пучка являются кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой, имеющие одну жестко закрепленную и вторую свободно перемещающуюся совместно с плавающей головкой трубные решетки, как показано на рисунке 4. Они могут надежно работать практически при любой встречающейся в теплообменной аппаратуре разности температур теплоносителей. В теплообменниках с плавающей головкой также облегчается разборка и чистка межтрубного пространства.
Кожухотрубчатые теплообменники могут выполняться в вертикальном и горизонтальном исполнении.
Рисунок 3 – Кожухотрубчатый
теплообменник с линзовым
компенсатором
Рисунок 4 – Кожухотрубчатый
теплообменник с плавающей
головкой
Расчету кожухотрубчатого парожидкостного теплообменника посвящена данная работа.