Содержание

Техническое задание…………………………………………………………..2

Содержание…………………………………………………………………….3

Введение………………………………………………………………………..4

1. Тепловой расчет………………………………...…………………………...6

2. Расчет температурного режима…………………………………………….10

3. Физические параметры рабочей среды…………………..……...…………11

4. Коэффициент теплопередачи………………………………………...……..15

5. Выбор параметров теплообменника………………………………………..17

Заключение……………………………………………………………………..22

Список используемых источников……………………………………………23

Введение.

Теплообменными аппаратами называются устройства для передачи теплоты от горячих сред (теплоносителей) к холодным. О назначении конкретных аппаратов говорят их названия: подогреватель, холодильник, испаритель, конденсатор, катализатор, дистиллятор и т. д.- в общем, теплообменник (в некоторых процессах хладообменник). Соответственно назначению различные теплообменники имеют свои особенности; в этой работе более всего нас интересуют общие моменты и методы расчета.

По способам организации контакта горячего и холодного теплоносителей различают следующие типы теплообменников:

- рекуперативные,

- регенераторативные,

- контактные (смесительные) теплообменники,

- кожухотрубные теплообменники.

Наиболее распространены в химической технологии кожухотрубные теплообменники. Здесь важно различать трубное пространство (в нем движется один теплоноситель) и межтрубное (другой теплоноситель).

Трубное пространство отделено от межтрубных стенок труб и трубными решетками, в которых эти трубы закреплены. Трубное и межтрубное пространства не сообщаются друг с другом.

Кожухотрубные теплообменники могут быть вертикальными и горизонтальными. Один из вариантов - одноходовой (по трубному и межтрубному пространствам). С целью повышения скорости потока теплоносителя, а также при необходимости применения более коротких труб используют многоходовые теплообменники, (по трубному пространству теплообменника). При большой разнице температур корпуса и труб из-за различия в них температурных удлинениях могут возникнуть термические напряжения, приводящие к нарушению плотности закрепления труб в трубных решетках. Для уменьшения этих напряжений применяют различные компенсирующие устройства. Примером их могут служить линзовые компенсаторы, устанавливаемые на корпусе теплообменника: линзы работают (как «гармошка») не на сжатие - расширения, а на изгиб; с такого вида напряжением конструкция становится легче. Существуют и другие способы компенсации температурных напряжений, а также конструкции, вообще свободные от них (теплообменники с плавающей головкой, штыковые).

При необходимости интенсификация теплопередачи и создания компактных теплообменников весьма широко применяют ребристые поверхности. Целью является увеличение более развитой теплопередающей поверхности в зоне движения одного из теплоносителей - того, со стороны которого интенсивность теплоотдачи ниже и подлежит увеличению. Чаще всего применяют наружное оребрение труб, так как внутреннее сложнее в изготовлении, к тому же достигнутое здесь увеличение теплообменной

поверхности сравнительно не велико.

В связи с конструктивными особенностями и простой конструкцией мы осуществляем расчет кожухотрубного теплообменника.

1 Тепловой расчет

Кожухотрубный теплообменник- колонна синтеза аммиака, работает в условиях высокого давления, температуры и коррозионной среды.

Конструкция теплообменника должна быть компактной, простой и надежной в работе. В соответствии с этими требованиями мы выбрали кожухотрубный теплообменник со стальными цельнотянутыми трубками диаметром мм, скорость газовой смеси ( рекомендуемый для высоких давлений от 1,5 до 5,5 м/с) примем в трубках м/с, м/с. Исходя из конструктивной особенности колонны и температурных условий принимаем , горячий газ проходит по трубам, а холодный - в межтрубном пространстве. В случае, когда теплоносителем являются смеси газов, для удобства расчетов целесообразно исходные данные состава газовой смеси и их расходы выражать в различных единицах.

Таблица 1. Для горючего газа

Компоненты	Молекуляр. масса	Состав по объему, %			Масса	Состав по массе, %

Таблица 2. Для холодного газа

Компоненты	Молекуляр. масса	Состав по объему, %			Масса	Состав по массе,%

Находим тепловую нагрузку теплообменника и холодного газа. Для определения этих параметров надо учитывать характеристики теплоносителей, изменения теплоемкости рабочей среды при изменении температуры и давления в рабочем аппарате.

По функциональной зависимости и, исходя из опытных данных, вычисляем удельную теплоемкость всех компонентов газов,

входящих в смесь.

Удельную теплоемкость смеси рассчитываем по формуле:

(1)

где удельные массовые компоненты газовой смеси при заданной и const.

массовые компоненты смеси в долях от целого.

Определим удельную массовую теплоемкость горячей и холодной газовой смеси в интервале от 0 до 500 ⁰С.

Для горячего газа при температуре

,

, , .

Вт/кг ⁰С

при температуре

Вт/кг ⁰С

Для холодного газа, при

Вт/кг ⁰С

при

Вт/кг ⁰С

Полученные данные запишем в таблицу.

Таблица 3 Теплоемкость газовой смеси

Газовая смесь

Теплоемкость газовых смесей при ,

Горячий газ

Холодный газ

Тепловая нагрузка определяется из уравнения теплового баланса теплообменника, тогда при постоянном агрегатном состоянии получим

(2)

где расходы теплоносителей, кг/ч;

средние удельные теплоемкости теплоносителей в соответствующем интервале температур, Вт/кг ⁰С;

и начальная температура теплоносителей,⁰С;

и конечная температура теплоносителей, ⁰С;

коэффициент, учитывающий полезное использование тепла в аппарате.

Определим величину удельной теплоемкости горячего газа при температуре соответственно , и , тогда

. (3)

где соответственно теплоемкости горячего газа при указанных температурах.

Методом интерполяции получим:

Вт/кг ⁰С

Вт/кг ⁰С

Полученные значения теплоемкости подставим в уравнение (2)

Теплообменные аппараты имеют хорошую изоляцию, коэффициент с достаточной степенью точности можно применить равным .

Конечную температуру холодного газа определим из уравнения теплового баланса через энергию

(4)

где и -энергия начальная и конечная теплосодержания холодного газа при и .

Теплосодержание определяется:

(5)

Тогда из уравнения (4) можно определить энергию в конце процесса, то есть

(6)

Как следует из данных табл. 3, зависимость теплоемкости рассматриваемой газовой смеси от температуры близка к линейной, что дает с достаточной степенью точности значения теплоемкости как среднее арифметическое.

Подставим полученные значения в формулу (6), определим теплосодержание в конце процесса

Определение конечной температуры холодного газа производится

методом приближения, предварительно задаемся и, определив для нее

теплоемкость , найдем значение . Сравним принятую величину, если величина, которую мы задаем, не совпадает с принятой температурой, то производится перерасчет до тех пор, пока не совпадет.

(7)

Исходя из приведенной проверки для дальнейших расчетов, примем конечную температуру холодного газа