108

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ярославский государственный технический университет»

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Расчет рекуперативных теплообменников

Учебное пособие

Составители: канд. техн. наук,

доцент В. К. Леонтьев,

ассистент М. А. Барашева

Ярославль 2011

АННОТАЦИЯ

В пособии рассмотрены общие принципы инженерного расчета и выбора рекуперативных теплообменников для наиболее распространенных случаев стационарной теплопередачи. Особое внимание в пособии уделено вопросам подбора расчетных уравнений, методике и последовательности расчета, что полезно студентам, впервые самостоятельно выполняющим тепловые расчеты и подбор теплообменной аппаратуры.

Пособие предназначено для студентов, выполняющих расчетные задания и курсовые проекты по курсу «Процессы и аппараты химической технологии».

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	4
1. КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ	5
1.1. Рекуперативные теплообменники	6
1.1.1. Кожухотрубчатые теплообменники	6
1.1.2. Теплообменники типа «труба в трубе»	10
1.1.3. Пластинчатые теплообменники	11
1.1.4. Спиральные теплообменники	15
1.1.5. Аппараты воздушного охлаждения	16
1.2. Смесительные теплообменные аппараты	18
1.3. Регенеративные теплообменники	19
2. НАГРЕВАНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ, КОНДЕНСАЦИЯ	21
2.1. Нагревающие агенты и способы нагревания	21
2.1.1. Нагревание водяным паром	21
2.1.2. Нагревание горячей водой	23
2.1.3.Нагревание топочными газами	24
2.1.4. Нагревание высокотемпературными теплоносителями	25
2.1.5. Нагревание электрическим током	26
2.2. Охлаждение до обычных температур	26
. Конденсация	27
3. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ	28
4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ТЕПЛООБМЕННИКОВ	31
5. СРЕДНЯЯ РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР	33
6. РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ	35
6.1 Теплоотдача при свободном движении теплоносителя без изменения агрегатного состояния	35
6.2. Конвективная теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя без изменения агрегатного состояния	37
6.2.1. Теплоотдача при движении жидкостей (газов) в трубах и каналах	37
6.2.2. Теплопередача при поперечном обтекании пучка гладких труб	39
6.3. Теплоотдача при конденсации насыщенного пара	40
6.4. Теплоотдача при кипении	40
7. ПОРЯДОК РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННИКОВ	44
8. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ТЕПЛООБМЕННИКОВ	50
8.1. Расчеты кожухотрубчатых теплообменников	50
8.1.1. Пример расчета подогревателя	50
8.1.2. Пример расчета конденсатора	62
8.1.3. Пример расчета кипятильника	74
8.2. Расчет пластинчатого теплообменника	84
9. ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ	93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	98
ПРИЛОЖЕНИЕ	100

ВВЕДЕНИЕ

Расчет и подбор теплообменной аппаратуры является составной частью общей задачи проектирования технологических установок.

Исходные данные для расчета и проектирования теплообменников непосредственно вытекают из целевого назначения аппарата в разрабатываемой схеме (нагревание, охлаждение, испарение, конденсация и т. д).

Во многих случаях расчету предшествует предварительный выбор типа теплообменника, теплоносителя, его начальной и конечной температур, выбор взаимного направления движения теплоносителей и т.д.

Все эти вопросы должны быть решены с учетом достижения высокой интенсивности теплообмена, малых габаритов теплообменника, невысокой стоимости аппарата, удобства обслуживания и ремонта.

В зависимости от исходных данных различают следующие виды тепловых расчетов теплообменников: а) проектные, б) поверочные, в) режимные.

В проектном расчете неизвестной является поверхность теплопередачи. Ее определение составляет основную цель расчета. После вычисления требуемой поверхности теплопередачи проводят, как правило, подбор конкретного аппарата по существующим нормалям и каталогам.

В поверочном расчете искомой является либо тепловая нагрузка теплообменника, т.е. количество тепла, которое может передаваться от одного теплоносителя к другому в единицу времени при известных размерах теплообменника, расходах теплоносителей и их начальных и конечных температурах, либо коэффициент теплопередачи.

Режимный расчет теплообменников проводится при проработке режимов регулирования теплообменников. Их выполняют специалисты при разработке схем автоматического регулирования теплообменника.