Ф
ЕДЕРАЛЬНОЕ
АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
М
ОСКОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А.Н. КОСЫГИНА
Кафедра ПАХТ и БЖД
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИДЗ ПО ТЕМЕ
«РАСЧЕТ И ВЫБОР СТАНДАРТНОГО КОЖУХОТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА»
Составила: доц. Богачева Т.И.
Москва 2005
В методическом пособии содержится краткое изложение основ проектного расчета теплообменника поверхностного типа с указанием его конструктивных особенностей и принципа работы, дан пример расчета и приведены необходимые для самостоятельной работы справочные материалы.
Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 550800 и специальностям 280700, 280200 и 330200 при изучении дисциплин «Процессы и аппараты химической технологии» и «Гидравлика и теплотехника», а также может быть использована при курсовом и дипломном проектировании.
Условные обозначения
Q – тепловая нагрузка аппарата, тепловой поток;
q – уд. тепловая нагрузка, уд. тепловой поток, поверхностная плотность теплового потока;
F – поверхность теплообмена;
G – массовый расход теплоносителя;
V – объемный расход теплоносителя;
t – температура теплоносителя, стенки;
Δt – разность температур;
p – давление;
D – диаметр кожуха;
d – диаметр труб;
Н – высота труб;
δ – толщина стенки трубы;
n – число труб;
z – число ходов (секций);
W – скорость движения теплоносителя;
К – коэффициент теплопередачи;
α – коэффициент теплоотдачи;
rcт – термическое сопротивление слоя загрязнения стенки;
S – площадь поперечного сечения;
с – уд. теплоемкость;
r – уд. теплота парообразования (конденсации);
λ – теплопроводность;
μ – динамическая вязкость;
ρ – плотность;
Индексы
1 – горячий теплоноситель;
2 – холодный теплоноситель;
н – начальное значение;
к – конечное значение;
ст – стенка;
нар – наружный;
вн – внутренний;
ср – среднее значение;
общ – общее значение;
Введение
Теплообменниками называются устройства, предназначенные для передачи тепла от более нагретых сред (горячих теплоносителей) к менее нагретым (холодным теплоносителям). Они применяются для нагревания и охлаждения веществ, находящихся в различном агрегатном состоянии, испарения жидкостей, конденсации паров, перегонки, сублимации, расплавления твердых тел и т.п.
По способу передачи тепла различают поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и смесительные теплообменники (рис. 1).
В рекуперативных теплообменниках (рекуператорах) теплообмен между теплоносителями происходит через разделяющую их стенку, в регенеративных (регенераторах) – оба теплоносителя попеременно соприкасаются с одной и той же твердой поверхностью, сначала нагревающейся при прохождении горячего теплоносителя, а затем охлаждающейся при последующем прохождении холодного теплоносителя. Таким образом в этих случаях теплообмен между разнонагретыми теплоносителями осуществляется при наличии твердых тел (стенка, насадка, зернистый материал), поверхность которых называется теплообменной, или поверхностью нагрева. В смесительных теплообменниках передача тепла происходит при непосредственном соприкосновении и смешении теплоносителей.
Назначение, характер и условия протекания процесса теплообмена, вид теплоносителей определяют конструкцию теплообменных аппаратов. Наиболее широко распространены в промышленности рекуператоры, которые в зависимости от конструктивного выполнения поверхности теплообмена разделяют на трубчатые (двухтрубные, кожухотрубчатые, змеевиковые), спиральные, пластинчатые, оросительные и некоторые другие. Особое место среди них занимают кожухотрубчатые теплообменные аппараты, работающие в качестве подогревателей, конденсаторов, холодильников, испарителей.
Устройство и принцип работы кожухотрубчатых теплообменников
Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее часто используемый в технике тип поверхностных теплообменных аппаратов. Они допускают создание больших поверхностей теплообмена в одном аппарате, просты в изготовлении и эксплуатации, надежны в работе, могут устанавливаться в горизонтальном и вертикальном положениях.
Простейший теплообменник этого типа – кожухотрубчатый вертикальный одноходовой теплообменник с неподвижными трубными решетками представлен на рис. 2. Он состоит из цилиндрического кожуха 1, к которому с двух сторон приварены трубные решетки 2 с закрепленным в них пучком труб 3. К кожуху с помощью фланцев присоединены две съемные крышки 4. Уплотнение между кожухом и крышками обеспечивается прокладками 5. Для ввода и вывода теплоносителей к крышкам прикреплены патрубки. Трубные решетки вместе с размещенными в них трубами надежно изолируют межтрубное пространство от камер, образованных крышками, не допуская смешения теплоносителей. В зависимости от требований наибольшей компактности трубы размещаются в пучке различными способами (рис. 3). Преимущественное распространение имеет размещение труб по сторонам и вершинам правильных шестиугольников. Применяемые наиболее часто трубы имеют диаметр 20×2 мм, 25×2 мм, длина их обычно достигает 6 м. Плотность соединения труб с трубными решетками достигается чаще всего развальцовкой или сваркой (рис. 4).
Б одноходовых теплообменниках (см. рис. 2) оба теплоносителя, не изменяя направления, движутся по всему сечению: один из теплоносителей I – протекает по трубам (по трубному пространству), другой II – по межтрубному. Теплота от более нагретого к менее нагретому теплоносителю передается через поверхность труб. В трубном пространстве, как правило, перемещается поток, содержащий или загрязняющие вещества, или обладающий агрессивными свойствами, или находящийся под большим давлением. Теплоносители обычно перемещаются противотоком: нагреваемый – снизу вверх, охлаждаемый – сверху вниз. Такое движение теплоносителей обеспечивает более эффективный перенос 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.
Трубы, кожух и другие элементы конструкции теплообменника могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников – также и из латуни.
