Заключение

В ходе расчетно-графической работы была разработана стационарная, детерминированная математическая модель с сосредоточенными параметрами кожухотрубчатого теплообменника - охладителя со следующими допущениями:

- Тип теплообменника - кожухотрубчатый;

- Режим работы теплообменника - непрерывный;

- Режим теплообмена - стационарный;

- Изменение агрегатного состояния веществ при теплопередаче отсутствует;

- Потери теплоты отсутствуют.

Было рассмотрено три типовых варианта, один из которых оказался выгоднее остальных.

Список использованной литературы:

1. Основные процессы и аппараты химической технологии/ Под ред. Ю.И.Дытнерского. – М.: Химия, 1991.- 496 с.

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра «Тепловые Энергетические Установки» расчетно-графическая работа №1

По дисциплине: «Методы моделирования и оптимизации теплоэнергетических процессов и установок»

На тему: «Математическое моделирование рекуперативных теплообменных аппаратов»

Специальность: 5B071700-Теплоэнергетика

Выполнили: Дунгенов Д. Группа: ТЭС-14-3

Номер зачетной книжки: 141025

Приняла: доцент Борисова Нина Гавриловна

_________________________«___» _______________ 20__г.

(оценка) (подпись)

Алматы 2017

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

7. Описание технологического оборудования………………………….4

8. Выбор структуры модели…………….………………………………..5

9. Конструктивный расчет теплообменного аппарата………….…...…6

10. Тепловой расчет кожухотрубчатого теплообменника….…………...9

11. Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатых ТА.……12

12. Расчет кожухотрубчатого теплообменника………………………….14

Заключение……………………………………………………………………….20

Список использованной литературы…………………………………………....21

Введение

Основной целью процесса моделирования является создание модели какого-либо процесса или объекта с целью получения информации об этом процессе или объекте путем проведения экспериментов с его моделью. Такой подход позволяет получить гораздо больше информации о поведении объекта при различных воздействиях, т.к. проведение множества экспериментов с реальным объектом либо осложнено, либо невозможно в виду объективных причин.

Как правило, модель отражает наиболее существенные факторы, влияющие процесс, и не содержит второстепенных факторов, учет которых только усложняет модель, но не обеспечивает выигрыша в точности моделирования.

Математической моделью называется приближенное описание какого-либо явления или процесса внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.

Целью данной расчетно-графической работы является получение математической модели теплообменника-подогревателя для смесей газ-газ, жидкость-газ и жидкость-жидкость.

7. Описание технологического оборудования (ПВД, ПНД и ТОА в промышленности)

Если для проведения процесса требуются большие поверхности теплообмена, то используют трубчатые теплообменники.

Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены: два текучих теплоносителя (капельные жидкости, газы, пары или их смеси) обмениваются теплотой через цилиндрические поверхности металлических труб. Один из теплоносителей проходит внутри труб (по трубному пространству), а второй - по межтрубному пространству между наружной поверхностью всех труб и внутренней поверхностью кожуха.

Кожухотрубчатые теплообменники выполняются одноходовыми (жидкость движется параллельно по всем трубкам) и многоходовыми (пучок труб разделен на несколько секций, по которым последовательно протекает нагреваемая среда, этим достигается повышение скорости среды и эффективность теплопередачи).

Рисунок 1. Схемы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов.

8. Выбор структуры модели

Выбранная модель с учетом введенных упрощений является стационарной, детерминированной с сосредоточенными параметрами. Таким образом, математическая модель может быть описана системой алгебраических уравнений. Детерминированность модели выражается в однозначной связи входных и выходных параметров потоков, стационарность - в независимости параметров потоков от времени, сосредоточенность - в неизменности коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи по объему теплообменника.

Модель можно представить в виде блока с входом и выходом, соответствующие "горячему" (греющий агент) и "холодному" (нагреваемая среда) потокам.

9. Конструктивный расчет теплообменного аппарата

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты, наиболее распространены в теплоэнергетической промышленности. Поверхность нагрева таких аппаратов составляет от 10²см² до 10³м².

Примером такого аппарата служит конденсатор паровой турбины мощностью 300 МВт, который представляет собой кожухотрубный аппарат, имеющий около 20 тысяч труб с общей поверхностью нагрева 16000м².

Кожух этого аппарата (корпус) представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких листов листовой стали, толщина, которой определяется давлением рабочей среды и диаметром аппарата, и она не может превышать 4мм. К кромкам кожуха приварены фланцы для соединения с крышкой аппарата.

Крышки могут иметь плоскую, коническую, сферическую, а чаще всего эллиптическую форму. Пучок труб может прямым, v или w образным. Диаметр труб от 12 до 57мм. Длина труб колеблется от 0.9 до 5.6м.

Трубные решетки (доска) служат для закрепления пучка труб. Материал трубных решеток – листовая сталь, толщиной не менее 20мм.

Аппараты выполняются с жесткой, не жесткой и полу жесткой конструкцией, одно или много ходовые, прямо-, противо-, или перекрестно-точными, горизонтальными, вертикальными или наклонными.

Сечение межтрубного пространства в два три раза больше проходного сечения внутри труб, поэтому при равных расходах теплоносителя в одинаковых агрегатных состояниях коэффициент теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысок и, следовательно, коэффициент теплопередачи невелик. Для его увеличения используется перегородки в межтрубном пространстве, при этом возрастает скорость движения теплоносителя и следствие этому увеличение коэффициента теплопередачи.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, конденсаторов и испарителей.

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники – для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред.

В соответствии с ГОСТ 15120-79 и ГОСТ 15122-79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники могут быть двух типов: Н – с неподвижными трубными решетками и К – с линзовым компенсатором неодинаковых температурных удлинений кожуха и труб. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20-60 градусов, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и

диаметра аппарата.

Кожухотрубчатые конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным конденсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. От холодильников они отличаются большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство.

В кожухотрубчатых испарителях в трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть жидкий, газообразный, парообразный, парогазовый или парожидкостный теплоноситель. Согласно ГОСТ 15119-79 эти теплообменники могут быть только вертикальными одноходовыми, с трубками диаметром 25х2 мм. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе.

Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением на кожухе, равным 1.6 МПа. При большем давлении в кожухе (1.6 - 1.8 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

Теплообменники с U-образными трубами применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6.4 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20х2 мм.

Алгоритм расчета аппарата может быть представлен в виде следующей блок-схемы.