Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Оценка проекта:

Члены комиссии:

Курсовой проект. Расчет и проектирование теплообменника.

Пояснительная записка

ПАХТ 2503.0650.00.006.ПЗ

Руководитель проекта Ермаков А.А.

Студент Куляшова А.Е.

Группа Х-44083

Екатеринбург 2007

Содержание

Задание 3

Аннотация. 4

Введение 5

Виды теплообменных аппаратов. 8

Расчетная часть. 13

1. Тепловая схема и основные параметры. 13

2.Расчет кожухотрубного теплообменника 17

3.Расчет теплообменника типа «труба в трубе» 21

Заключение 26

Список литературы. 27

Задание Аннотация.

В данной работе приводится расчет кожухотрубных теплообменных аппаратов и теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» .

Данные аппараты предназначены для охлаждения рассола четыреххлористым углеродом - раствором хлористого кальция. Используемые ГОСТы: ГОСТ 1512079 и ГОСТ 1512279. На основе проведенных расчетов производится выбор нормализованного варианта конструкции, который будет удовлетворять заданным технологическим требованиям оптимальным образом.

Введение

Перенос энергии в форме тепла, происходящий между телами, имеющими различную температуру, называется теплообменом. Движущей силой теплообмена является разность температур более нагретого и менее нагретого тел, при наличии которой тепло самопроизвольно переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Тела, участвующие в теплообмене, называются теплоносители.

Теплопередача - наука о процессах распространения тепла. Законы теплопередачи лежат в основе тепловых процессов (нагревание, охлаждение, конденсация пара, выпаривание и др.) и имеют большое значение для проведения многих массообменных процессов, а также и химических процессов, протекающих с подводом и отводом тепла.

Различают три способа (механизма) теплопередачи:

• теплопроводность;

• конвекция;

• излучение (лучеиспускание).

Теплопроводность - перенос тепла вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом.

Такой переход тепла наиболее характерен для твердых тел. Здесь тепло передается как энергия упругих колебаний атомов и молекул около их среднего положения. Эта энергия переходит к соседним атомам и молекулам в направлении ее уменьшения, т.е. уменьшения температуры. Главную роль в переносе энергии в металлах играют свободные электроны, которые движутся хаотически подобно движению молекул газа (электронный газ).

В капельных жидкостях механизм передачи тепла теплопроводностью можно представить как перенос энергии путем упругих нестройных колебаний, т.к. на колебания накладывается хаотическое тепловое движение молекул. Вследствие этого положение каждой колеблющейся молекулы все время смещается. Энергия этих колебаний также передается от одной молекулы к другой, от слоя к слою в направлении уменьшения температуры.

В газах механизм передачи тепла теплопроводностью обусловлен только хаотическим тепловым движением молекул. Результирующий перенос тепловой энергии также протекает в направлении ее уменьшения, т.е. понижения температуры. [2]

Конвекция — перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости. Этот механизм передачи тепла характерен только для текучих сред. В большинстве случаев теплообмена в промышленных установках тепло передается от одной текучей среды к другой через стенку, причем если тепло передается через стенку теплопроводностью, то от горячей среды к стенке и от стенки к нагреваемой среде оно передается конвекцией. Переход тепла от среды к стенке или от стенки к среде называется теплоотдачей.

Р азличают два вида теплопередачи конвекцией: естественную и принудительную.

а) теплопередача естественной конвекцией - это перенос тепла струйками, движение которых возникает вследствие разности плотностей, обусловленной неодинаковыми температурами в различных участках текучей среды.

б) теплопередача принудительной конвекцией - это перенос тепла в условиях, когда перемещение среды вызывается искусственно, в результате внешнего механического воздействия, например при помощи мешалки, покачивание среды насосом или вентилятором и т.п. В последнем случае влияние естественной конвекции тем меньше, чем больше скорость принудительного вижения.

В подавляющем большинстве случаев имеет место принудительная конвекция, т.к. в аппаратах осуществляется обычно принудительное перемещение теплоносителей, причем поток, как правило, имеет ярко выраженный турбулентный характер. [2]

Тепловое излучение - процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длинной волны, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

Тепловое излучение распространяется прямолинейно и подчиняется законам преломления и отражения. Лучистая энергия, распространяясь в пространстве от тела, излучающего ее, при встрече с другим телом может полностью или частично поглощаться им, превращаясь в тепло, т.е. электромагнитные колебания, могут возбуждать тепловые колебания внутри атомов и молекул. Для одного и того же материала шероховатые, матовые поверхности лучше поглощают лучи, чем гладкие, полированные. Падающий на шероховатую поверхность луч отражается несколько раз, передавая ей этими многочисленными падениями большое количество энергии, чем луч, падающий на гладкую поверхность, и отражающийся один раз. Если же шероховатая поверхность лучше поглощает лучи, то она обладает и лучшей поглощающей способностью.

Практически прозрачными для тепловых лучей можно считать одноатомные газы (Не, Ne, Ar и др.) и двухатомные с симметричным строением молекул (H₂, 0₂, N₂, и др.). Многоатомные газы (С0₂, Н₂0, S0₂ и др.) обладают уже значительной лучепоглощающей и лучеиспускающей способностью. Газы характеризуются линейчатыми спектрами излучения, т.е. они поглощают лучи только определенных, специфических для данного газа длин волн. Лучепоглощение и лучеиспускание газов происходит по всему объему.

Технические газы, как правило, загрязнены пылью, раскаленными частицами угля, сажи, золы, вследствие чего излучательная способность таких газов очень резко возрастает, т.к. к лучеиспусканию собственно газа добавляется лучеиспускание твердых частичек с их сильно развитой поверхностью и сплошным спектром излучения. Эти механические примеси часто и определяют излучательную способность технических газов. [2]

В реальных условиях тепло передается ни каким - либо одним из указанных способов, а комбинированным путем.

Процесс передачи тепла от более нагретой к менее нагретой среде через разделяющую их поверхность или твердую стенку, называется теплопередачей.

Различают установившиеся (стационарные) процессы теплообмена для непрерывно действующих аппаратов и неустановившиеся процессы для периодически действующих аппаратов.

Теплоносители, имеющие более высокую температуру, чем нагреваемая среда, и отдающие тепло, называются нагревающими агентами. Теплоносители с более низкой температурой называются охлаждающими агентами.

Выбор теплоносителя зависит от требуемой температуры нагрева или охлаждения и необходимости ее регулирования. Промышленный теплоноситель должен обеспечивать высокую интенсивность теплообмена при небольших массовых и объемных его расходах. Соответственно он должен обладать малой вязкостью, но высокими плотностью, теплоемкостью и теплотой парообразования. Желательно также, чтобы теплоноситель был негорюч, нетоксичен, термически стоек, не оказывал разрушающего действия на материал теплообменника и вместе с тем являлся бы достаточно доступным и дешевым веществом.

Температуры теплоносителей обычно изменяются вдоль поверхности разделяющей их стенки, при этом температуры могут оставаться постоянными во времени - установившейся процесс. При неустановившемся процессе теплообмена возможны два случая:

1. температуры в каждой точке поверхности изменяются только во времени;

2. температуры теплоносителей изменяются и во времени и вдоль поверхности теплообмена.

Теплопередача при переменных температурах зависит от взаимного направления движения теплоносителей. Различают:

1) параллельный ток или прямоток — движение теплоносителей в одном и том же направлении;

2) противоток - движение теплоносителей в противоположных направлениях;

3) перекрестный ток - теплоносители движутся взаимно перпендикулярно друг другу;

4) смешанный ток - один из теплоносителей движется в одном направлении, а другой как прямотоком, так и противотоком относительного первого.

Движущая сила процессов теплопередачи при переменных температурах изменяется в зависимости от вида взаимного направления движения теплоносителя.

Если же температура одного из теплоносителей остается постоянной (конденсация пара) вдоль поверхности теплообмена, а температура теплоносителя по другую сторону стенки изменяется, или оба теплоносителя

имеют постоянные температуры, не изменяющиеся вдоль поверхности теплообменника и во времени, то направление движения теплоносителей не оказывает влияния на среднюю разность температур и расход теплоносителей.