Содержание
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… |
4 |
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ…………………………………… |
11 |
1.1. Расчет тепловой нагрузки…………………………………………… |
11 |
1.2. Ориентировочный расчет теплообменника………………………... |
14 |
1.3. Уточненный расчет поверхности теплообменника………………... |
15 |
2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ……………………………………….. |
18 |
2.1. Расчет гидравлических сопротивлений трубного пространства…. |
19 |
2.2. Расчет гидравлических сопротивлений межтрубного пространства……………………………………………………………… |
22 |
3. КОНСТРУКТИВНО-МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ…………………. |
24 |
3.1. Выбор материала…………………………………………………….. |
25 |
3.2. Расчет обечайки корпуса…………………………………………….. |
26 |
3.3. Расчет толщины днища и крышки теплообменника………………. |
28 |
3.4. Расчет и подбор штуцеров…………………………………………... |
30 |
3.5. Расчет трубных решеток……………………………………………. |
34 |
3.6. Расчет опор…………………………………………………………… |
36 |
4. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ……………………. |
38 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………… |
39 |
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………. |
40 |
Введение
Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики. Возможен и обратный процесс перехода теплоты в направлении увеличения температуры, но с совершением внешней работы.
Различают три различных способа переноса теплоты:
теплопроводность,
конвекцию
тепловое излучение.
В реальных установках теплота передаётся комбинированным путём, однако вклад этих трёх составляющих в общий перенос теплоты неодинаков и определяется многими условиями: природой теплоносителя, агрегатным состоянием, температурным и гидродинамическим условиям и т.д.
В промышленности теплообмен между рабочими телами (теплоносителями) происходит в специально сконструированных аппаратах, которые называются теплообменниками. Они должны отвечать определенным общим требованиям:
обладать высокой тепловой производительностью и экономичностью,
обеспечивать заданные технологические условия процесса,
быть просты по конструкции, компактны,
обладать современным техническим и эстетическим дизайном,
иметь длительный срок службы,
соответствовать требованиям.
Особые требования предъявляются к обеспечению надежности работы аппаратов, возможности автоматического регулирования режимно-технологических параметров и аварийного отклонения.
В химической технологии теплообменные аппараты довольно широко распространены, применяются в различных производствах легкой и тяжелой промышленности. Для обеспечения того или иного технологического процесса применяются различные типы теплообменных аппаратов.
Основную группу теплообменных аппаратов, применяемых в промышленности, составляют поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячего теплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку. Другую группу составляют теплообменники смешения, в которых теплота передается при непосредственном соприкосновении горячего и холодного теплоносителей.
Теплообменные аппараты классифицируются:
По назначению:
а) холодильники;
б) подогреватели;
в) испарители;
г) конденсаторы.
По конструкции:
- изготовленные из труб:
а) теплообменники «труба в трубе»;
б) оросительные теплообменники;
в) погружные змеевиковые;
г) теплообменники воздушного охлаждения;
д) из оребренных труб;
е) кожухотрубчатые теплообменники.
- с неподвижной трубной решеткой;
- с линзовым компенсатором;
- с плавающей головкой;
- с U-образными трубами.
По направлению движения теплоносителя:
а) прямоточные;
б) противоточные;
в) с перекрестным движением.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты используются для практической реализации таких процессов, как нагревание (охлаждение), конденсация и испарение. Соответственно, аппараты называются теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями.
Испарители являются неотъемлемой частью многих промышленных процессов. Они представляют теплообменный аппарат, в котором осуществляется процесс фазового перехода жидкого теплоносителя в парообразное и газообразное состояние за счет подвода от более горячего теплоносителя. При этом жидкость кипит в трубах, а в межтрубное пространство подается греющий агент. Различные типы испарителей позволяют использовать их в различных производствах, в зависимости от требований процесса. В зависимости от положенного в основу принципа испарители делятся на ряд групп:
по характеру охлаждаемого источника:
1) испарители для охлаждения жидких хладоносителей;
2) испарители для охлаждения воздуха;
3) испарители для охлаждения твердых сред;
4) испарители-конденсаторы.
в зависимости от условий циркуляции охлаждаемой жидкости:
1) с закрытой системой циркуляции охлаждаемой жидкости (кожухотрубные и кожухозмеевиковые);
2) с открытым уровнем охлаждаемой жидкости (вертикально-трубные, панельные).
по характеру заполнения рабочим веществом:
1) затопленные;
2) незатопленные (оросительный, кожухотрубный с кипением в трубах, змеевиковый с верхней подачей жидкости)
Испарители могут подразделяться и на другие группы (в зависимости от того, на какой поверхности происходит кипение рабочего вещества; по характеру движения рабочего вещества и др.). В качестве промежуточного жидкого теплоносителя в испарителях применяются рассолы (водные растворы солей NaCl, СаСl2), вода, спирт, водный раствор этиленгликоля и другие. В соответствии с ГОСТ 15119-79, кожухотрубчатые испарители в этом случае могут быть только одноходовыми и вертикального исполнения.
Испарители используются в различных отраслях, включая нефтяную промышленность, пищевую промышленность, фармацевтику и т.д. В России ведется массовое производство и продажа промышленных кожухотрубчатых испарителей ввиду их многофункциональности, высокой продуктивности, устойчивости к условиям агрессивной среды и ремонтопригодности, но во многом эксплуатационные свойства устройств такого типа зависят от точности расчетов особенностей рабочей среды и надежности завода- изготовителя.
В нефтяной промышленности испарители используются для конденсации паров, полученных в процессе переработки нефти. В пищевой промышленности испарители используются для конденсирования, выпаривания и сушки различных продуктов. В фармацевтической промышленности испарители используются для получения высококачественных медикаментов и других продуктов.
В итоге работы для данного процесса необходимо подобрать кожухотрубчатый испаритель производительность 200 т/сутки для нагревания ацетона до температуры кипения по ГОСТ 15119-79 и провести для него конструктивно-механический и гидравлический расчеты, расчет толщины тепловой изоляции, предоставить чертеж общего вида аппарата и сборочной единицы.
Рисунок 1: Испаритель вертикальный
Рисунок 2: Пример движения теплоносителей.
Рисунок 3: Фото теплообменника.