Теплообменник кожухотрубный горизонтальный

ДОНЕЦКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ им. М.И. Туган-Барановского 

ИНСТИТУТ  ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ 
 

Кафедра оборудования пищевых  производств 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект 

по  дисциплине «Процессы  и аппараты» 

    Тема  «теплообменник кожухотрубный горизонтальный» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:        ст. гр. ОБ-04 Винда  О.И. 

Проверил: проф. д.т.н. Поперечный А.Н

   
 
 
 
 
 

Донецк 2007

 

1. Расчет трубчатых теплообменников
1. Тепловой расчет

       По  заданию внутренний диаметр трубок , и длинна трубок . Согласно ГОСТ 8732-70 примем диаметр внешний 32 мм, а толщина стенки 2,5 мм. Примем расход теплоты на компенсацию теплопотерь в окружающую среду 4% от расхода теплоты на нагрев продукта. Коэффициент использования поверхности нагрева .

       Расход  теплоты на нагрев продукта:

       

 Вт,

       где -теплоемкость продукта при средней температуре , Дж/(кгК); -производительность, кг/с; -конечная и начальная температура продукта, соответственно.

       

       

Вт.

       Потери  теплоты в окружающую среду:

       

       

Вт.

       Общий расход теплоты:

       

 Вт,

       

Вт.

       Расход  греющего пара:

       

 кг/с, где

        -энтальпия греющего пара, Дж/кг; -энтальпия конденсата, Дж/кг;

       Согласно [3,5,6,7,8] энтальпии находим в зависимости от давления. По условию давление р=0,16 МПа, тогда =2696,8 Дж/кг, =475,38 Дж/кг.

       

кг/с.

       Поверхность теплообмена:

       

м² , где

        -ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, Вт/(м²К); -средняя разность температур °С (К). Величина будет зависеть от направления работы теплообменника, так же требуется спроектировать наиболее простую и удобную для нашего задания конструкцию. Составим температурную схему нагрева:

       

°С

       

°С, где

        -температура горячего пара, °С; -начальная температура продукта, °С; -конечная температура продукта, °С.

       

°С.

       

°С.

       Отношение этих разностей температур покажет  нам, схему нагрева

       

;

       При необходимо использовать противоточную конструкцию, за этим следует:

       

°С.

       

м² .

       Определим количество труб в кожухе:

       

, где

        -погонная длинна труб, м; -длинна одной трубы в м, по заданию задано 1,2 м.

       

, где 

       

-средний диаметр трубы,  м.  м.

       

м.

       

       Принимаем число труб равным 217 шт. Пересчитаем  длину трубок при неизменной площади  теплообмена:

       

м.

       Расчет  общего коэффициента теплопередачи  можно определить по формуле:

        

Вт/(м²К), где

        -коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, Вт/(м²К); -коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемому продукту, Вт/(м²К); -толщина стенки, м; -теплопроводность стенки трубы, Вт/(мК).

       Критериальное уравнение при пленочной конденсации  насыщенного пара для определения имеет вид:

       

,где

       с=0,72 при конденсации на наружной поверхности  одиночной горизонтальной трубы.

       

-критерий Галилея

       

-критерий Прандтля

       

-критерий Кутателадзе

       

-критерий Нуссельта.

       Отсюда  .В качестве определяющего размера при конденсации пара на горизонтальной трубе принимается диаметр; определяющая температура- средняя температура пленки конденсата:

       

, где

        -температура конденсации пара; -температура стенки со стороны конденсирующегося пара.

       

         принимают равным 3-5 °С

       

       

       По  значению принимают по таблицам или рассчитывают физические параметры конденсата, входящие в критерии подобия.

       Расчетная зависимость для определения  в случае конденсации пара на пучке горизонтальных труб с наружным диаметром (в м):

       

, где

        -соответственно плотность, теплопроводность  и коэффициент динамической вязкости  конденсата при  ; - теплота конденсации, Дж/кг; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние числа труб по вертикали. Примем значение =0,8.

       

 Вт/(м²К).

       Коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой жидкости определяется в зависимости от режима движения жидкости.

       

,где

        -скорость движения потока  нагреваемой жидкости; -внутренний диаметр трубки; -коэффициент нагреваемого молока. Все физические характеристики продукта взяты при средней температуре потока

       

°С.

       При турбулентном режиме движения жидкости применяется формула:

       

.

       

Вт/м²К.

       

Вт/м²К.

       Расчетный коэффициент теплопередачи с  учетом коэффициента использования поверхности теплообмена ( )

       

 Вт/м²К.

       Полученное  значение коэффициента отличается от заданного, и, поэтому надо пересчитать погонную длину труб, число труб в кожухе.

       

       

       

 

       Примем 19 шт.

2. Расчет диаметра кожуха

,где

-число труб по диагонали  шестиугольника; -шаг трубок, м;

мм.

мм.

Примем шаг  равным 45 мм, тогда:

м.

3. Механический расчет теплообменника

Толщина стенки корпуса в м:

,где 

-внутреннее избыточное давление в кожухе, МПа; -допускаемое напряжение, МПа; -коэффициент прочности сварного шва( ); -прибавка на коррозию( можно принять 0,001 м).

 м.

Примем толщину 2 мм.

Толщина трубных  решеток изготовленных из стали:

мм.

Толщина выпуклых днищ:

,где

-наружный диаметр корпуса  аппарата, м; -фактор днища, Примем К=1,25; =0,95; с=0,003 м.

4. Расчет  патрубков аппарата

Диаметр патрубков:

м,

где G-расход продукта или греющего пара, кг/с; -плотность молока или пара, кг/м³; -скорость потоков, м/с. 

Для продукта:

м.

Для пара:

м.

Для конденсата

5. Гидравлический расчет.

Гидравлическое  сопротивление трубного пространства определяется как:

Па, где

где -скорость движения жидкости в трубках, м/с; -плотность жидкости, кг/м³; -коэффициент трения. При турбулентном режиме ; -длинна пути жидкости в теплообменнике, м; -сумма коэффициентов местных сопротивлений.