рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Расчет теплообменника с пояснениями

Расчет теплообменника с пояснениями - Курсовой Проект, раздел Энергетика, Аннотация В Данном Документе Пояснительной Записке Отражены Материальные, Те...

Аннотация В данном документе пояснительной записке отражены материальные, тепловые, экономические гидравлические расчеты, руководствуясь которыми можно произвести выбор типа аппарата и его конструктивные размеры. Также приведена конструктивная схема аппарата.Содержание. 1. Задание на курсовой проект. 2. Введение. 3. Тепловые и материальные расчеты. 1. Основная часть (тепловой баланс). 2. Выбор вариантов теплообменных аппаратов. 4. Гидравлический расчет. 5. Экономический расчет. 6. Выводы. 7. Заключение. 8. Литература. 1.Задание №В-23II-54 по курсовому проектированию Рассчитать и спроектировать ТЕПЛООБМЕННИК (холодильник, конденсатор) по следующим данным: 1. Тип аппарата выбрать. 2. Производительность аппарата: А. По нагреваемой среде: а) состав вода; б) начальная температура 10 С; в) конечная температура 25 С; г) давление 1,5 ат. Б. По охлаждаемой среде: а) состав бензол(97%)+толуол(3%), (% масс.); б) начальная температура tкип; в) конечная температура 25 С; г) давление 1 атм; 3. Дополнительные данные: а) расход по охлаждаемой среде 12 т/час. 2.Введение Тепловые балансы. При расчете тепловых балансов необходимо знать удельные величины теплоемкости, энтальпии (теплосодержание), теплоты фазовых или химических превращений.

Удельная теплоемкость - это количество тепла, необходимого для нагревания (или охлаждения) 1 кг вещества на 1 градус (дж/кг град). Теплоемкость характеризует способность тела аккумулировать тепло.

Так как теплоемкость зависит от температуры, то различают истинную теплоемкость при данной температуре с и среднюю теплоемкость в некотором интервале температур (2.1) где Q - количество тепла, сообщаемого единице количества вещества при изменении температуры от . В практике тепловых расчетов, как правило, приходится пользоваться средними теплоемкостями.

Удельная энтальпия i (если все расчеты вести от 0 С) определяется количеством тепла, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества от 0 С до данной температуры, энтальпия i измеряется в Дж/кг, в технической системе ккал/кг. (2.2) Удельная теплота фазовых или химических превращений r - это количество тепла, которое выделяется (или поглащается) при изменении агрегатного состояния или химическом превращении единицы массы вещества.

Она измеряется Дж/кг, а в технической системе ккал/кг. «Внутренний» метод составления теплового баланса (с использование величин теплоемкостей). В непрерывно действующем теплообменнике Q Рис. 2.1 (Рис. 2.1) осуществляется теплообмен между двумя текучими средами, разделенными теплопередающей перегородкой.

Если в процессе теплообменна не происходит добавочного выделения или поглощения теплоты в результате фазовых или химических превращений и нет тепловых потерь в окружающую среду, то количество тепла, переходящего от первой среды ко второй в единицу времени - тепловой поток, или тепловая нагрузка равно: (2.3) Если процесс теплообмена происходит, в первой среде, фазовые или химические превращения (испарения жидкости, конденсация пара, плавление, химические реакции, и т.п.), то уравнение теплового баланса имеет следующий вид: (2.4) «Внешний» метод составления теплового баланса (с использованием величин удельных энтальпий). Тепловой баланс составляется исходя из того, что количество тепла Q1, поступающего в аппарат за 1 час с входящими средами, равно количеству тепла, уходящего со средами из аппарата за то же время, (2.5) где - энтальпии веществ, соответственно входящих в аппарат и выходящих из него. В отличие от внутреннего метода составления теплового баланса, где рассматривается перераспределение тепла между теплообменивающимися средами в самом аппарате, в данном методе тепловой баланс составляется как бы по внешним показателям: до аппарата и после аппарат.

Из уравнения (2.5) можно определить количество тепла Q, переданного от одной среды к другой, как разность энтальпий (2.6) При наличии фазовых или химических превращений в теплообменнике количество тепла, переданного от одной среды к другой, (2.7) где - энтальпия продуктов превращения при температуре выхода из аппарата . Кинетика теплопередачи.

Различают три вида (механизма) теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Передача тепла теплопроводностью.

Под теплопроводностью понимают переход тепловой энергии в среде без массовых ее движений относительно направления теплоперехода. 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.Закон Фурье. Передача тепла теплопроводностью описывается законом Фурье, согласно которому количество тепла , проходящее за время через поверхность dF, нормальную к направлению теплоперехода, равно: (2.8) где - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоппроводности или теплопроводностью; - градиент температуры, т.е. изменение температуры на единицу длины в направлении теплопередачи.

Коэффициент теплопроводности.Он определяет скорость передачи тепла, т.е. количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу поверхности тела при длине его в направлении теплопередачи, равной единице и разности температур 1 град. Наибольшее значение имеют металлы - от нескольких десятков до нескольких сотен вт/(м град). Значительно меньшие коэффициенты теплопроводности имеют твердые тела - не металлы.

Теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности большинства твердых тел. Для них колеблется в пределах десятых долей вт/(м град). Коэффициенты теплопроводности еще меньше. Передача тепла теплопроводностью через стенку.Количество передаваемого тепла за 1 час через плоскую стену можно подсчитать по уравнению Фурье как количество тепла, проходящего через плоскость бесконечно малой толщины dx внутри стенки: (2.9) Проинтегрировав изменение температуры по всей толщине стенки получим (2.10) Из интегрального выражения видно, что температура t внутри плоской стенки падает по толщине стенки в направлении теплоперехода по закону прямой линии. t t tст1 t1 dt Q tст tст2 dx x x Рис 2.2 Передача тепла конвекцией.

Конвекционная теплопередача - это перенос тепла объемами среды путем взаимного их перемещения в направлении теплопередачи.

Переход тепла от среды к стенке или от стенки к среде называется теплоотдачей. Количество передаваемого тепла определяется законом Ньютона: (2.11) где - коэффициент теплоотдачи . Коэффициент теплоотдачи при турбулентном движении среды.Среда, имеющая турбулентный характер движения и температуру t1 в основном ядре потока, протекая вдоль стенки с температурой передает ей свое тепло (Рис. 2.2). У стенки всегда существует тонкий пограничный слой, где имеет место ламинарное течение. Вэтом ламинарном слое сосредоточено основное сопротивление передачи тепла.

Согласно закону Фурье: (2.12) Сравнивая уравнения (2.11) и (2.12), видим, что (2.13) Величину называют толщиной приведенного слоя. Величина зависит от следующих основных факторов: 1) физических свойств текучей среды: теплопроводности, теплоемкости, вязкости, плотности 2) гидравлических условий омывания жидкостью или газом тепловоспринимающей (или теплоотдающей) поверхности: скорости и направления текучей среды относительно этой поверхности 3) пространственных условий, ограничивающих поток: диаметр, длина, форма и шероховатость поверхности.

Таким образом коэффициент теплоотдачи является функцией многих величин: . Функциональная связь между критериями подобия, характеризующими теплоотдачу при турбулентном движении потока в прямых, гладких и длинных трубах, выведена методом анализа размерностей. (2.14) или коротко (2.15) где А, а и е - некоторые численные величины.Безразмерные комплексы имею наименования: - критерий Нуссельта, включающий в себя искомую величину коэффициента теплоотдачи (Нуссельт впервые применил теорию подобия для решения вопросов теплообмена); - критерий Рейнольдса, определяющий гидравлическую характеристику потока: - критерий Прандтля, характеризующий физические свойства среды.

Определение А, а и е производится на основе экспериментальных исследований. Коэффициент теплоотдачи.Наиболее часто в химической технологии встречается передача тепла от одной текучей среды к другой через разделяющую их стенку.

Передача тепла от одной среды к другой складывается из трех стадий, и для установившегося процесса тепловой поток в направлении теплоперехода остается постоянным. Тепловой поток от первой среды к стенке (2.16) через стенку (2.17) от стенки ко второй среде (2.18) Совместное решение уравнений (2.16, 2.17, 2.18) дает: (2.19) В уравнении (2.19) величина (2.20) называется коэффициентом теплопередачи.В системе СИ имеет размерность . Средняя разность температур. В основу расчетов требуемой поверхности теплообмена F для передачи заданного тепловым балансом количества тепла в единицу времени Q положено уравнение (2.19). В подавляющем большинстве случаев температуры сред в процессе теплопередачи будут изменяться в результате происходящего теплообмена, а следовательно, будет изменяться и разность температур вдоль поверхности теплообмена.

Поэтому рассчитывают среднюю разность температур по длине аппарата , но так как это изменение не линейно то рассчитываю логарифмическую разность температур. ; (2.21) Это доказано математическими выкладками.

При противотоке всегда требуется меньшая теплопередающая поверхность, чем при прямотоке, для передачи равного количества тепла в одинаковых условиях начальных и конечных температур сред. В случае смешивания тока в одном ходу теплообменника среды движется противотоком, а в другом прямотоком.В этих случаях среднюю разность температур определяют из соотношения (2.22) где - средняя логарифмическая разность температур при противотоке; - поправочный коэффициент, который всегда меньше единицы.

Кожухотрубные теплообменники. Кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным аппаратом в следствии компактного размещения большой теплопередающей поверхности в единице объема аппарата.Поверхность теплообмена в нем образуется пучком параллельно расположенных трубок концы которых закреплены в двух трубных досках (решетках). Трубки заключены в цилиндрический кожух, приваренный к трубным доскам или соединенный с ними фланцами.

К трубным решеткам крепятся на болтах распределительные головки (днища), что позволяет легко снять их и произвести чистку трубок или в случае необходимости заменить новыми. Для подачи и отвода теплообменивающихся сред в аппарате имеются штуцера.В целях предупреждения смешения сред трубки закрепляются в решетах чаще всего развальцовкой, сваркой или реже для предупреждения термических напряжений с помощью сальников.

Преимущества проведения процессов теплообмена по принципу противотока, что обычно и выполняется в кожухотрубных теплообменных аппаратах. При этом охлаждаемую среду можно направить сверху вниз, а нагреваемую на встречу ей, или наоборот.Выбор, какую среду направить в межтрубное пространство и какую внутрь трубок, решается сопоставлением ряда условий:  среду с наименьшим значением следует направлять в трубки для увеличения скорости ее движения, а следовательно, и для увеличения ее коэффициента теплоотдачи;  внутреннюю поверхность трубок легче чистить от загрязнений, поэтому теплоноситель, который может загрязнять теплопередающую поверхность, следует направлять в трубки;  среду под высоким давлением целесообразно направлять в трубки, опасность разрыва которых меньше по сравнению с кожухом;  среду с очень высокой или наоборот с низкой температурой лучше подавать в трубки для уменьшения потерь тепла в окружающую среду.

Работу кожухотрубных теплообменников можно интенсифицировать, применяя трубы малого диаметра.

Необходимо иметь в виду, что при уменьшении диаметра труб увеличивается гидравлическое сопротивление теплообменника. Наиболее простой путь обеспечения высоких скоростей состоит в устройстве многоходовых теплообменников.Число ходов в трубном пространстве может доходить до 8 - 12. При этом часто не удается сохранить принцип противотока. Наличие смешанного тока буден несколько снижать движущую силу процесса теплопередачи, что соответственно снизит эффективность работы.

С помощью перегородок увеличивается скорость движения той среды, у которой меньше значение коэффициента теплоотдачи.Следует иметь в виду, что в длинных, особенно в многоходовых, теплообменниках уменьшается смешение поступающей среды со всем ее количеством, находящемся в аппарате, и этим предупреждается возможное дополнительное уменьшение средней разности температур. В кожухотрубных теплообменниках при большой разности температур между средами возникают значительные термические напряжения, особенно в момент пуска или остановки аппарата, вызванные различным удлинением трубок и кожуха под воздействием различных температур.

Во избежание возникновения таких напряжений используются следующие меры: 1. Установка в корпусе аппарата линзового компрессора. 2. Установка в теплообменнике только одной трубной решетки, в которой закреплены трубки U - образной формы. 3. Устройство теплообменников с «плавающей головкой». 4. Закрепление трубок в одной из трубных решеток с помощью сальников. 5. Сальниковое соединение трубной решетки с кожухом.

Теплообменники типа «труба в трубе». Теплообменники этого типа смонтированы из труб, каждая из которых окружена трубой несколько большего диаметра. Одна среда течет по внутренней трубе, другая - по кольцевому каналу. Внутренние трубы соединены последовательно «калачами», а наружные - патрубками.При необходимости получить большую поверхность теплопередачи возможно не только последовательное, но и параллельное и комбинированное соединение таких секций с помощью коллекторов.

В теплообменнике типа «труба в трубе» соответствующим подбором диаметров труб для обеих теплообменивающих сред можно назначить любую скорость, а следовательно получить соответственно высокие значения величин . Недостатком таких теплообменников является большой расход металла на единицу тепло передающей поверхности вследствие затрат на бесполезные для теплообмена внешние трубы, что приводит к значительному увеличению стоимости аппарата.

Этот недостаток становится менее ощутимым, если внешние трубы изготовлены из обычной углеродистой стали, а внутренние - из дорогостоящего материала в условиях агрессивных сред. Теплообменники типа «труба в трубе» особенно широко применяются тогда, когда среды подаются под высоким давлением (десятков и сотен атмосфер). Теплоотдача от конденсирующегося пара. Одним из наиболее часто применяемых в химической промышленности методов нагревания является обогрев конденсирующимся водяным паром.

Достоинства такого обогрева следующие: 1. Пар обладает большим теплосодержанием, обусловленным теплотой конденсации. 2. Есть возможность применения мятого пара после турбин, который еще не потерял свою теплоту конденсации. 3. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара имеет большую величину. 4. Конденсирующийся пар обеспечивает равномерность и точность обогрева, легко регулируемого изменением давления.Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара. Различают два механизма конденсации пара на тепловоспринимающей стенке: пленочный на смачиваемой поверхности и капельный на не смачиваемой конденсатом стенки.

При ламинарном режиме коэффициент теплоотдачи можно определить через утолщающуюся пленку конденсата, стекающего под действием силы тяжести, тепло предается теплопроводностью.При конденсации пара на поверхности вертикальных труб (2.23) где - разность между температурами конденсации пара и стенки ; r - теплота конденсации, дж/кг; - коэффициент теплопроводности конденсата, ; - плотность конденсата, ; - вязкость конденсата, ; H - высота вертикальной трубы или стенки, м. В уравнении (2.23) отображается физическая сущность явления.

При расчете этого уравнения получается заниженный результат, так как не учитывается волнообразное движение пленки конденсата.Экспериментальные данные показывают, что более точные результату дает уравнение (2.24) Также на величину коэффициента теплоотдачи влияют в различной степени следующие факторы:  изменение величин и H (турбулентный режим стекания пленки);  изменение скорости движения пара и его направления;  изменение расположения теплопередающей поверхности (при горизонтальном расположении условия теплообмена ухудшаются);  изменение состояния поверхности и характера конденсации;  влияние перегрева пара;  влияние примесей конденсирующихся газов. 3.Материальные и тепловые расчеты 3.1. Общая часть. 1. Определим расход теплоты и расход воды. Примем индекс «1» для горячего теплоносителя (бензол + толуол), индекс «2» - для холодного теплоносителя (вода). Предварительно найдем среднюю температуру воды: t2 = 0,5 (10 + 25) = 17,5 С; среднюю температуру смеси бензол-толуол: = 31 + 17,5 = 48,5 С; (3.1) где - средняя разность температур, равная при потоке теплоносителей 31 С. +80,5 25 С; +25 10 С; ; = 31 С; (3.2) Без учета потерь тепла расход теплоты: Вт; (3.3).

– Конец работы –

Используемые теги: Расчет, теплообменника, пояснениями0.057

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Расчет теплообменника с пояснениями

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Основные разделы бизнес-плана, калькуляция темы и расчет цены программного продукта, технико-экономическое обоснование с расчетом экономической эффективности разработки
Бизнес-планирование и мониторинг позволяют легче преодолеть помехи и препятствия, связанные с такими внешними и внутренними факторами, характерными… Если эти изменения не анализируются и не учитываются, то это приводит к таким… В создавшихся условиях работа инженера подразумевает не только нахождение прогрессивных решений, но и их…

Учет расчетов с использованием векселей. Расчеты, основанные на зачете взаимных требований
Вексель стал достаточно универсальным средством расчета и кредитования, при растущих объемах торговых сделок и операций.Первоначально вексель возник… Родиной векселя можно считать Италию, а появился он в середине XII века.… Именно поэтому появление векселя на рынке краткосрочных ценных бумаг вызвано в первую очередь необходимостью ускорения…

Расчет выпрямителя, расчет транзисторного усилительного каскада, синтез логических схем
Рассчитать выпрямитель по следующим исходным данным: номинальное выпрямленное напряжение Ud н = 160 В, номинальный выпрямленный ток Id н = 16 А,… ВЫПРЯМИТЕЛЬ, ВЕНТИЛЬ, СОПРОТИВЛЕНИЕ, ТРАНЗИСТОР, ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, КАРТЫ… Полученные результаты могут быть использованы при расчётах реальных приборов.

Расчет оптимального теплообменника по параметрам эффективности теплопередачи
Схема процесса теплообмена представлена на рисунке 1. Рисунок 1 — Схема процесса теплообмена Данные для расчета (значения теплоемкостей и… Другую группу составляют теплообменники смешения, в которых теплота… В непрерывных процессах теплообмена различают следующие схемы относительного движения теплоносителей: прямоток (или…

Тепловой расчет кожухотрубного и пластинчатого теплообменника
РЕШЕНИЕ Тепловой расчет кожухотрубного теплообменника Кожухотрубные теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб,… Горизонтальные секционные скоростные водоподогреватели по ГОСТ 27590 с трубной… Водоподогреватели состоят из секций, которые соединяются между собой калачами по трубному пространству и патрубками -…

РАСЧЕТ ВОДО-ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА ТРУБА В ТРУБЕ
Кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики... РАСЧЕТ ВОДО ВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ТИПА ТРУБА В ТРУБЕ...

Формы международных расчетов, применяемые при расчетах по экспорту и импорту товаров
Актуальность выбранной темы заключается в том, что в современных условиях активное участие Российской Федерации в международной торговле связано со… Особую значимость эти вопросы имеют для России и других стран, ориентированных… Появления и дальнейшие изменения в международных расчетах связаны с развитием и интернационализацией товарного…

Основные разделы бизнес-плана, калькуляция темы и расчет цены программного продукта, технико-экономическое обоснование с расчетом экономической эффективности разработки
Бизнес-планирование и мониторинг позволяют легче преодолеть помехи и препятствия, связанные с такими внешними и внутренними факторами, характерными… Если эти изменения не анализируются и не учитываются, то это приводит к таким… В создавшихся условиях работа инженера подразумевает не только нахождение прогрессивных решений, но и их…

Расчет на ЭВМ характеристик выходных сигналов электрических цепей

Расчет дифференциального каскада с транзисторным источником тока
Дифференциальный усилительный каскад имеет два входа и усиливает разность напряжений, приложенных к ним. Если на оба входа подать одинаковое… В этом случае при равных входных сигналах токи транзисторов равны между… Пусть входные напряжения получат одинаковые приращения разных полярностей ½ΔUВХ. В результате ток…

0.034
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам
  • Расчет естественного освещения Часто приходится наблюдать явления, которые связаны с дей¬ствием источников энергии, расположенных на значительном рас¬стоянии. В подобных случаях передача энергии происходит посредством лучеиспускания.… Измеряется он в ваттах (Вт). Человеческий глаз воспринимает лучистую энергию в пределах длин волн от 380 до 760 нм.…
  • Гидравлический расчет системы водяного охлаждения промышленных предприятий Q3: hw3 Q2: hw2 Q1: hw1 H Q4: hw4 Q5: hw5 Q6: hw6 Рис. 1. План системы водяного охлаждения промышленного предприятия. Условные обозначения: - группа… Отбирая в теплообменных аппаратах тепло нагретая вода по сбросным… Каждая группа теплообменных аппаратов состоит из системы трубопроводов змеевиков, по которым движется охлажденная…
  • Инкассовая форма расчетов Различают простое и документарное инкассо.Простое (чистое) инкассо означает взыскание платежа по финансовым документам, не сопровождаемым… При этом на банках не лежит каких-либо обязательств по оплате документов.… Используя такие условия, импортер имеет возможность продать купленный товар, получить выручку и затем оплатить инкассо…
  • Расчет структурной надежности системы Все элементы системы работают в режиме нормальной эксплуатации (простейший поток отказов). Резервирование отдельных элементов или групп элементов… Для того, чтобы при = 0,79125•10ч система в целом имела вероятность…
  • процессы и аппараты - теплообменники В поверхностных аппаратах имеется поверхность нагрева, через ко­торую тепло передается от одного те­плоносителя к другому.Если тепло­обмен между… В смесительных аппаратах теплообмен осуществляется путем непосредственного… Благодаря компактности и высокому ко­эффициенту теплоотдачи в последние годы по­лучили распространение спиральные…