Проект системы охлаждения 10% NaCl холодной водой в спиральном теплообменном аппарате производительностью 28×103 кг/ч

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Омский  государственный технический университет»

Нефтехимический институт

Кафедра «Машины  и аппараты химических производств»

Специальность «Химическая технология органических веществ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

на тему: «Проект  системы охлаждения 10% NaCl холодной водой в спиральном теплообменном аппарате производительностью 28×10³ кг/ч» 

Дисциплина  «Процессы и аппараты химической технологии» 

Студент: Касимова Лилия Исмагиловна, группа ЗХТ-318 

Пояснительная записка

Шифр проекта  КП-2068998-49-18 ПЗ 
 
 
 
 
 

Руководитель  проекта:

                                                                       Ломова О.С.        . 

                                                                                                    .

                                                             ^{(подпись,  дата)}

                                                           Разработал  студент:

                                                                    Касилова Л.И.        .                 

                                                                                                    .

                                                             ^{(подпись,  дата)} 
 
 
 
 

Омск – 2011.

Задание на проектирование 

     Рассчитать  спиральный теплообменный аппарат  для охлаждения 10% NaCl холодной водой производительностью 28000 кг/ч. Начальная температура 10% NaCl t_н1=100⁰С; конечная температура 10% NaCl t_к1=40⁰С. Входе теплообмена вода нагревается с t_н2=18⁰С до t_к2=38⁰С. Рабочее давление составляет 0,3 МПа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание 

     Введение…………………………………………………………………………………..4

1. Описание технологической схемы………………………………………………...7
2. Технологический расчет теплообменного аппарата……………………………8
1. Средняя разность температур потоков…………………………………...8
2. Средняя разность температур………………………………………….…..8
3. Тепловая нагрузка………………………………………………………….…8
4. Расчет производительности по хладагенту…………………………..…..8
5. Расчет размеров каналов………………………………………………...….8
6. Коэффициент теплоотдачи от 10% NaCl к стенке…………………….....9
7. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде……………………………..9
8. Тепловое сопротивление стенки……………………………………...……9
9. Коэффициент теплоотдачи……………………………………………….…10
10. Расчет поверхности теплообмена………………………………………….10
3. Конструктивный расчет теплообменного аппарата…………………………...…11
1. Длина спирали…………………………………………………………………11
2. Расчет штуцеров…………………………………………………………….…11
3. Число витков спирали…………………………………………………………11
4. Диаметр аппарата……………………………………………………..……….12
5. Уплотнение каналов……………………………………………………………12
4. Гидравлический расчет аппарата………………………………………………...….13
1. Гидравлическое сопротивление аппарата для 10% NaCl…………...…..13
2. Гидравлическое сопротивление аппарата для хладагента……………..13
5. Расчет тепловой изоляции…………………………………………………….……..14
6. Поверочный расчет теплообменного аппарата…………………………..……….15

Заключение………………………………………………………………………………….16

Библиографический список……………………………………………………………….17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются  для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками. В ряде случаев целевое назначения имеют оба процесса – нагревание холодного теплоносителя и охлаждение горячего. Тогда теплообменные аппараты называют собственно теплообменниками.

     Часто в теплообменных аппаратах в  процессе теплообмена происходит изменение агрегатного состояния одного из теплоносителей: конденсация горячего или испарение холодного теплоносителя. В этих случаях аппараты называют конденсаторами или кипятильниками.

     По  способу передачи тепла различают  следующие типы теплообменных аппаратов:

• поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, 
  причем тепло передается через поверхность стенки путем конвекции в 
  теплоносителях и теплопроводности стенки;
• регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего 
  теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода, и про 
  исходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника. Существенным недостатком регенеративных теплообменников является изменение температуры поверхности насадки во времени, что в некоторых 
  случаях не обеспечивает постоянства конечной температуры нагреваемого 
  или охлаждаемого теплоносителя;
• смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей. Применение смесительных теплообменников ограничено только теми случаями, когда по технологическим 
  условиям допустимо разбавление нагреваемого или охлаждаемого вещества 
  водой.

      Поэтому в химической промышленности наибольшее распространение получили поверхностные теплообменники, которые, в свою очередь, разделяются на трубчатые, пластинчатые, спиральные, с поверхностью, образованной стенками аппарата, с оребренной поверхностью теплообмена.

      К конструкции теплообменных аппаратов  предъявляется ряд требований: они должны отличаться простотой, удобством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности теплообмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.

      Этим  требованиям во многом отвечают спиральные теплообменники, поверхность теплообмена в котором образуется двумя металлическими листами свернутыми в спирали, образующие два спиральных прямоугольных канала, по которым двигаются теплоносители. Внутренне концы спиралей соединены разделительной перегородкой - керном. Для придания спиралям жесткости и фиксирования расстояния между ними служат металлические прокладки. Система каналов закрыта с торцов крышками.

     Спиральный  теплообменник был изобретен  в двадцатых годах прошлого века шведским инженером Розенбладом для использования в целлюлозно-бумажной промышленности. Эти теплообменники впервые позволили обеспечить надежную теплопередачу между средами, содержащими твердые включения. В начале семидесятых конструкция спиральных теплообменников была радикально изменена и улучшена, и приобрела значительные преимущества по сравнению с конструкцией Розенблада.

     Конструкция и принцип работы спирального  теплообменного аппарата. Два или  четыре длинных металлических листа  укладываются спиралью вокруг центральной  трубы, образуя два или четыре однопроточных канала. Для того, чтобы обеспечить постоянную величину зазоров к одной стороне листов привариваются разделительные шипы.

     Центральная труба при помощи специальной  перегородки разделена на две  камеры, которые образуют входной и выходной коллектора. Скрученные спирали помещаются в цилиндрический кожух. Внешние концы спиральных листов привариваются вдоль образующей обечайки. Для выхода каналов наружу в местах фиксации краев каналов в кожухе просверливаются отверстия, которые герметично закрываются входным и выходным коллекторами с присоединительными патрубками.

     Движение  потоков в спиральных теплообменниках  происходит  по криволинейным каналам близким по форме к концентрическим окружностям. Направление векторов скоростей движения потоков постоянно претерпевают изменение. Геометрия каналов и разделительные шипы создают значительную турбулентность уже при низких скоростях потоков, при этом улучшается теплопередача и уменьшается загрязнение. Все это обуславливает компактность конструкции спиральных теплообменников, которые могут быть интегрированы с любой технологической линией, что значительно сокращает затраты на установку.

Возможные конфигурации потоков:

• Противоток (наиболее часто);
• Перекрестные потоки (обычно в конденсаторах и испарителях);
• Параллельные потоки (редко);
• Комбинации вышеназванных.

 

     

 

     Благодаря прочной и жесткой цельносварной  конструкции, а так же тому, что  спиральные теплообменники мало подвержены загрязнению, затраты на их обслуживание сведены до минимума. Спиральные теплообменники часто  являются наиболее оптимальным и экономичным решением задач теплообмена.

     Поскольку геометрия каналов может быть изменена в широких пределах, спиральные теплообменники действительно оптимально адаптируются к требованиям Заказчика. Несмотря на изменяющиеся массовые расходы и различия в требуемых температурах, спиральный теплообменник зачастую позволяет осуществлять теплопередачу в одном и том же устройстве на разных режимах и неполной нагрузке. По сути, спиральные теплообменники представляют собой длинные щелевые однопроточные каналы, свернутые в спираль. Таким образом, в спиральных теплообменниках может быть достигнута практически любая тепловая длина взаимодействия двух сред, а значит и разность температур потоков меньше 3°С. При этом, в спиральных теплообменниках возможен нагрев или охлаждение "проблемных" технологических сред, для которых недопустимы резкие повороты потоков, провоцирующие блокировку каналов. В спиральных теплообменниках существует большое разнообразие вариантов изготовления разделительных перегородок центральной трубы. Каждый адаптирован к выполнению определенных задач и позволяет выбрать оптимальное решение для любого применения.

     Важная  особенность конструкции предлагаемых спиральных теплообменников — это  использование непрерывных (цельных) металлических листов от центральной  трубы до кожуха, что позволяет практически полностью исключить сварные швы и внутри, и в труднодоступных местах теплообменников.

Преимущества  спиральных теплообменников:

• компактность;
• возможность пропускания обоих теплоносителей с высокими скоростями, что обеспечивает большой коэффициент теплопередачи;
• малое гидравлическое сопротивление по сравнению с другими типа 
  ми поверхностных теплообменников.

Недостатками  спиральных теплообменников являются:

        -  сложность изготовления и  ремонта;

    - пригодность для работы под  избыточным давлением не более О,6 МПа.

      Спиральные  теплообменники могут использоваться как для теплообмена между двумя жидкими теплоносителями, так и для теплообмена между конденсирующимся паром и жидкостью.