МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра екології

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

(ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА)

з дисципліни «Процеси і апарати хімічної промисловості»

Тема: «Проектування теплообмінних установок з кожухотрубчастими апаратами»

Виконала: студентка 3 курсу, ІЕБ 306 Фурса Тетяна

Керівник: к.т.н., доцент кафедри екології ІЕБ Трофімов І.Л.

Київ – 2013

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра екології

ЗАВДАННЯ

на виконання курсового проекту

студентки Фурси Тетяни Олександрівни

Тема курсового проекту: „Проектування теплообмінних установок з кожухотрубчастими апаратами”

1. Термін виконання роботи: з 23.02.2013 до 26.04.2013 р.

2. Вихідні дані до курсової роботи:

- холодний розчин:

склад – вода;

початкова температура – 9С;

кінцева температура – 30С;

тиск – 1,5 атм;

- гарячий розчин:

склад – бензол(97%)+толуол(3%), (% масс.);

початкова температура – 80С;

кінцева температура – 25С;

тиск – 1 атм;

витрата – 21 т/год.

3. Етапи виконання курсової роботи:

- літературний пошук;

- розрахунок кожухотрубного теплообмінника;

- оформлення пояснювальної записки .

4. Завдання видав Трофімов І.Л.

^{(підпис керівника)}

5. Завдання прийняв до виконання Гайдей А.С.

(Підпис студента)

Курсова робота захищена з оцінкою . .

Голова комісії: зав.каф. Бойченко С.В. 2013 р.

Члени комісії: доц. Черняк Л.М., Бовсуновський Є.О. 2013 р.

Реферат

Пояснювальна записка до курсового проекту „ Проектування теплообмінних установок з кожухотрубчастими апаратами ” : 49с., 1 рис., 1 таблиця, 10 літ. джерел, 5 додатків.

Мета роботи – розробити теплообмінну установку з кожухотрубчастим апаратом, визначення рівноважних залежностей і основних розмірів апаратів на основі рівнянь динаміки процесу у відповідності до варіанту завдання, попередньо здійснивши всі необхідні розрахунки. Викреслити необхідні креслення на форматі А1: 1.Технологічну схему указаної установки. 2. Кожухотрубчастий апарат (збірне креслення).

Об'єкт дослідження – процеси, що супроводжують теплообмін: теплопровідність, теплоємність речовин, передача тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого.

Предмет дослідження – закономірності впливу теплообмінних процесів на технічні характеристики теплообмінної установки з кожухотрубчастим апаратом.

Теплообмінна установка, кожухотрубчастий апарат, теплообмін, рекуперативний теплообмінник

Класифікація, принцип дії й області застосування теплообмінників

Теплообмінними апаратами, або теплообмінниками, називають устаткування, призначене для передачі тепла від одного теплоносія до іншого, для реалізації теплового процесу - охолодження, нагрівання, конденсації й т.ін. Як теплоносії можуть використовуватися рідини, суміші й суспензії, пара, гази.

Традиційно теплоносій, що має більш високу температуру й віддає тепло, називається гарячим (іноді первинним або тим, що гріє) теплоносієм, а сукупність поверхні апарата, де він діє, - гарячою стороною. Відповідно теплоносій з нижчою температурою, що приймає тепло, називають холодним (вторинним або тим, що нагрівають) і поверхню його дії - холодною стороною.

Існуючі теплообмінні апарати можуть бути класифіковані за різними ознаками:

- способом передачі тепла;

- призначенням;

- типом поверхні, що передає тепло;

- видом теплоносіїв і їхнім агрегатним станом;

- компонуванням поверхні нагрівання.

За способом передачі тепла всі теплообмінники підрозділяються на поверхневі й контактні. В апаратах контактного типу передача тепла здійснюється через безпосередній контакт теплоносіїв. Теплообмінники даного класу підрозділяються на змішувальні й барботажні. У змішувальних апаратах відбувається перемішування гарячого й холодного теплоносія з утворенням розчинів або сумішей. У барботажних апаратах гарячий теплоносій проходить через масу холодного теплоносія (або навпаки) і віддає тепло.

Для теплообмінників поверхневого типу характерна наявність твердої поверхні нагрівання, що бере безпосередню участь у передачі тепла. Такі апарати прийнято підрозділяти на регенеративні й рекуперативні. В апаратах регенеративного типу поверхня нагрівання (звичайно ця поверхня називається насадкою) спочатку приймає тепло від гарячого теплоносія і сама нагрівається. Далі, після акумуляції тепла цією поверхнею, на неї направляють холодний теплоносій, що відбирає тепло від нагрітої твердої поверхні (насадки).

У рекуперативних теплообмінниках тверда поверхня, непроникна для теплоносіїв, розділяє гарячу й холодну сторони, передаючи тепло через себе. Рекуперативні теплообмінники часто називаються залежно від їхнього призначення в тій або іншій області техніки. Наприклад, апарати для утилізації тепла в газотурбінних установках називають регенератори, апарати для охолодження масла - маслоохолоджувачі. Також розрізняють повітрянагрівачі, пароперегрівники, радіатори й т.п.

Теплообмінні апарати поверхневого типу часто класифікують за способом взаємного руху потоків теплоносіїв: прямоточні, протиточ-ні, з перехресним струмом і з комбінацією прямотоку, протитоку й перехресного струму.

За типом передавальної поверхні або за конструкцією апаратів інтенсивної дії теплообмінники прийнято підрозділяти на трубчасті апарати з різною конфігурацією трубок або трубних пучків; пластин­часті; спіральні; пластинчасто-ребристі; змієвикові.

За видом теплоносіїв і їхнім агрегатним станом розрізняють рідинно-рідинні апарати, парорідинні, газорідинні, парогазові й газо-газові теплообмінники.

За компонуванням поверхні нагрівання можна виділити кожухо-трубчасті апарати, теплообмінники типу «труба в трубі», зрошувальні апарати без обмежуючого корпусу.

Крім цього, необхідно відмітити, що усередині кожного перерахованого типу теплообмінних апаратів може існувати своя специфічна класифікація, що найчастіше пов'язано з конструктивним виконанням теплообмінника, типом теплоносія або його промисловим призначенням.

При виборі того або іншого типу теплообмінника найважливішу роль відіграють теплоносії, що беруть участь у процесі теплообміну й, у першу чергу, їх теплофізичні властивості. Найбільш важливими, з погляду інтенсивності теплопередачі, є: щільність і теплоємність; теплопровідність; в'язкість; температура кипіння й плавлення.

Теплоносії з великою щільністю й теплоємністю дозволяють відводити тепло при досить малих різницях температур на вході й виході з теплообмінника при однакових витратах теплоносіїв. Теплопровідність теплоносія за інших рівних умов впливає на тепловіддачу: чим вища теплопровідність, тим більший коефіцієнт тепловіддачі в теплообміннику. Гідравлічні втрати при русі теплоносіїв у теплообмінному апараті багато в чому залежать від їхньої в'язкості.

Чим вища в'язкість середовищ у теплообміннику, тим більше потрібно затратити механічної енергії на їхнє просування через апарат. Температура кипіння визначає властивість теплоносія зберігати свій агрегатний стан у процесі теплообміну. Бажано, щоб температура кипіння була високою при невисокому тиску пари. Температура плавлення повинна бути як можна нижчою, що дозволяє залишатися теп­лоносієві в рідкому стані у всьому діапазоні температур роботи теплообмінника.

Найважливішу роль грає також хімічний і механічний склад теплоносіїв. Бажано застосовувати хімічно стійкі, неагресивні середовища з мінімальними корозійними й ерозійними ефектами.

У світовій науковій літературі значно ослабшав потік публікацій, присвячених дослідженню процесів теплообміну, розрахунку й створення конструкцій пластинчастих теплообмінних апаратів. Це пояснюється створенням різними фірмами-виробниками досить ефективних конструкцій великої номенклатури пластинчастих апаратів, що випускають серійно, і традиційні форми наукового дослі­дження в цій області досягли свого насичення. Проводяться в основ­ному експериментальні дослідження для додатків пластинчастих апа­ратів у різних областях промисловості або по застосуванню нових матеріалів як поверхні теплообміну. Про деякі з таких досліджень буде сказано далі при розгляді окремих додатків. З іншого боку, фірми-виробники пластинчастого устаткування, вкладаючи значні кошти в створення нових зразків, технологій або методик розрахунку, фактично публікують результати досліджень у декларативній формі або у вигляді рекламних повідомлень, що цілком зрозуміло з погляду ринкової конкуренції.

У вітчизняній літературі після інтенсивних досліджень процесів у пластинчастих теплообмінних апаратах в 70-80-х рр. в Харківському політехнічному інституті й УкрХіммаші, публікації на цю тему відновилися наприкінці 90-х, після приходу на вітчизняний ринок закордонного теплообмінного устаткування. Однак ряд фундаментальних монографій на цю тему дотепер не втратили своєї цінності як у науковому, так і в методичному плані. До них можна віднести роботи вітчизняних авторів, перевідні видання закордонних учених. Серед робіт прикладного характеру можна відзначити монографію, присвячену застосуванню пластинчастих теплообмінників у теплопостачанні.