Расчет тарельчатой ректификационной колонны (125707)

Посмотреть архив целиком

30

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ



Кафедра промышленной теплоэнергетики







КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По курсу: «Теплотехнические процессы и установки»

На тему : Расчет тарельчатой ректификационной колонны





Выполнил: ст.гр. ЭНМ-07

Гуляева А.В.

Проверил: доц. Яковлева В.А.








Донецк 2010





РЕФЕРАТ


Страниц - ; Частей - ; Таблиц - ; Рисунков - ; Источников - ;


Целью теплового расчета является определение поверхности теплообмена, а если последняя известна, то целью расчета является определение конечных температур рабочих жидкостей. Основными расчетными уравнениями теплообмена при стационарном режиме являются уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса.

Производится расчёт теплообменных аппаратов двух типов: кожухотрубчатого и пластинчатого.


ТЕПЛООБМЕННИК, КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, ПЛАСТИНЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ.





СОДЕРЖАНИЕ



ВВедение

1 Теплообменные аппараты

1.1 Теплообменники типа "труба в трубе"

1.2 Пластинчатые теплообменники

1.3 Спиральные теплообменники

1.4 Блочные графитовые теплообменники

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТов

2.1 Расчет кожухотрубчатого теплообменника16

2.2 Расчет гидравлического сопротивления кожухотрубчатых теплообменников

2.3 Расчет пластинчатого теплообменника2

2.4 Расчет гидравлического сопротивления пластинчатых теплообменников

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы



ВВЕДЕНИЕ


Теплообменными аппаратами называют устройства, предназначенные для передачи тепла от одного теплоносителя к другому, а также осуществления различных технологических процессов: нагревание, охлаждения, кипения, конденсации и др.

Теплообменные аппараты классифицируются по различным признакам. Например, по способу передачи тепла их можно разделить на две группы: поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и смешения. Требования к промышленным теплообменным аппаратам в зависимости от конкретных условий применения весьма разнообразны. Основными требованиями являются: обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении; компактность и наименьший расход материалов, надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки её от загрязнений; унификация узлов и деталей; технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т. д.

При созданиях новых, более эффективных теплообменных аппаратов стремятся, во-первых, уменьшить удельные затраты материалов, труда, средств и затрачиваемый при работе энергии по сравнению с теми же показателями существующих теплообменников. Удельными затратами для теплообменных аппаратов называют затраты, отнесенные к тепловой производительности в заданных условиях, во-вторых, повысить интенсивность и эффективность работы аппарата. Интенсивностью процесса или удельной тепловой производительностью теплообменного аппарата называется количество теплоты, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме.

Интенсивность процесса теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k. На интенсивность и эффективность влияют также форма поверхности теплообмена; эквивалентный диаметр и компоновка каналов, обеспечивающие оптимальные скорости движения сред; средний температурный напор; наличие турбулизирующих элементов в каналах; оребрение и т. д. Кроме конструктивных методов интенсификации процесса теплообмена существует режимные методы, связанные с изменением гидродинамических параметров и режима течения жидкости у поверхности теплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсации потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложении электрических или магнитных полей на поток, предотвращения загрязнений поверхности теплообмена путем сильно турбулизации потока и т. д.





1 ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ


1.1 Теплообменники типа «труба в трубе»


При небольших тепловых нагрузках, когда требуемая поверхность теплообмена не превышает 20—30 м2, целесообразно применение теплообменников типа «труба в трубе». Такие теплообменники изготовляют следующих типов: 1) неразборные однопоточные малогабаритные; 2) разборные одно- и двухпоточные малогабаритные; 3) разборные однопоточные; 4) неразборные однопоточные; 5) разборные многопоточные.

Неразборный теплообменник типа «труба в трубе» изображен на рис. 1. Эти теплообменники могут иметь один ход или несколько (обычно четное число) ходов.


Рнс. 1.1 Неразборный теплообменник типа «труба в трубе»:

/ — теплообменная труба; 2— кожуховая труба; 3 — калач


Рис. 1.2. Разборный однопоточный малогабаритный (dH до 57 мм) теплообменник типа «труба в трубе»:

/ — теплообменная труба; 2 — распределительная камера для наружного теплоносителя; 3 — кожуховая труба; 4 — крышка

Конструкции разборных теплообменников показаны по рис. 1.2 и 1.3. Однопоточный малогабаритный теплообменник (рис.1.2) имеет распределительную камеру для наружного теплоносителя, разделенную на две зоны продольной перегородкой. В крышке размещен калач, соединяющий теплообменные трубы. Кожуховые трубы крепятся в трубных решетках, теплообменные трубы герметизируются с помощью сальниковых уплотнений. Однопоточные разборные теплообменники из труб большого диаметра (более 57 мм) выполняются без распределительной камеры, так как штуцер для подвода наружного теплоносителя можно приварить непосредственно к кожуховым трубам.

Двухпоточный разборный теплообменник (рис.1.3) имеет две распределительные камеры, а в крышке размещены два калача. Поверхность теплообмена и проходные сечения для теплоносителей при прочих равных условиях в два раза больше, чем в однопоточном теплообменнике. Многопоточные теплообменники типа «труба в трубе» принципиально не отличаются от двухпоточных. Поверхности теплообмена и основные параметры нормализованных теплообменников типа «труба в трубе» приведены в табл. 1.1 и 1.2.


Рис. 1.3. Разборный двухпоточный малогабаритный (dн до 57 мм) теплообменник типа «труба в трубе»:

1,2 — распределительные камеры соответственно для внутреннего и наружного теплоносителя; 3 — кожуховая труба; 4 — теплообменная груба; 5 — крышка





Таблица 1.1. Поверхности теплообмена и основные параметры неразборных и разборных однопоточных и двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе»



Число

Поверхность теплообмена (в t,



Диаметр теплооб-

Число парал-

теплообмен-ных труб в

по

наружному диаметру

TDV6, М

при длине

Диаметр ** труб

менных

лельных

одном







кожуха, мм

труб, мм

потоков

анпарате, шт.

1,5

3,0

4,5

6,0

9,0

12.0


25X3

1

1*

0,12

0,24

0,36

0,48



57X4


1

2

0,24

0,48

0,72

0,96

__

__



2

4

0,48

0,96

1,44

1.92


38X3,5

1

I*

0,18

0,36

0,54

0,72

57X4; 76X4;


2

2

0,36

0.72

1,08

1,44

89X5


2

4

0,72

1,44

2,16

2,88

__

__


48X4

1

1*

0,23

0,45

0,68

0,90

__

__

76X4; 89X5;


1

2

0,46

0,90

1,36

1,80

108x4


2

4

0,92

1,80

2,72

3.60

__

__


57X4

1

1*

0,27

0,54

0,81

1,08

89X5; 108X4


1

2

0,54

1,08

1,62

2,16

__

__



2

4

1,08

2,16

3,24

4,32

__

__


76X4

1

1*

1.43

2,14

2,86

108X4; 133X4



2

2,14

2,86

4,28


89X5

1

1*

1,68

2,52

3,36

133X4; 159X4,5



2

2,52

3,36

5,04


108X4

1

1*

2.03

3,05

4,06

159X4,5; 219X6



2

__

3,05

4,06

6,10

---


133X4

1

1*

2,50

3,75

5,0

219X6



2

3,76

5,0

7,50


159X4,5

1

1*

__

3,0

4,5

6,0

219x6



2

4,5

6,0

9,0


* Относится к одному ходу неразборных теплообменников.

** Толщины труб указаны для условных давлений не выше 1,6 МПа.





Таблица 1.2. Поверхности теплообмена и основные параметры разборных многопоточных теплообменников типа «труба в трубе»*

Число

параллель-ных

потоков


Поверхность теплообмена (м2)

при длине труб, м

Площадь сечений потоков 104 м2

Число

труб в









одном






внутри


в кольцевых

аппарате, шт.

3,0


6,0


9,0

тепло-обменных


зазорах межтрубного







труб


пространства

3

6

3

6


38

92

5

10

5

10

---

63

154

7

14

---

14

21

88

216

12

24

24

36

151

371

22

44


44


66

277


680

* Диаметр теплообменных труб 48X4 мм, диаметр кожуховых труб 89X5 мм.


Допускаются также теплообменные трубы диаметром 38X3,5 и 57X4 мм и кожуховые трубы диаметром 108X4 мм прн тех же длинах. Предельные условные давления теплоносителей 1,6 и 4,0 МПа.


1.2 Пластинчатые теплообменники


В пластинчатых теплообменниках поверхность теплообмена образована набором тонких штампованных гофрированных пластин. Эти аппараты могут быть разборными, полуразборными и неразборными (сварными). В пластинах разборных теплообменников (рис. 1.4) имеются угловые отверстия для прохода теплоносителей и пазы, в которых закрепляются уплотнительные и компонующие прокладки из специальных

Рис.1.4. Пространственная схема движения теплоносителей (а) и условная схема компоновки пластин (б) в однопакетном пластинчатом разборном теплообменнике:

/ — неподвижная плита; 2 — теплообменная пластина; 3 — прокладка; 4 — концевая пластина; 5 - подвижная плита


термостойких резин. Пластины сжимаются между неподвижной и подвижной плитами таким образом, что, благодаря прокладкам между ними, образуются каналы для поочередного прохода горячего и холодного теплоносителей. Плиты снабжены штуцерами для присоединения трубопроводов. Неподвижная плита крепится к полу, пластины и подвижная плита закрепляются в специальной раме. Группа пластин, образующих систему параллельных каналов, в которых данный теплоноситель движется только в одном направлении (сверху вниз или наоборот), составляет пакет. Пакет по существу аналогичен одному ходу по трубам в многоходовых кожухотрубчатых теплообменниках.

На рис. 1.5 даны примеры компоновки пластин. При заданном расходе теплоносителя увеличение числа пакетов приводит к увеличению скорости теплоносителя, что интенсифицирует теплообмен, но увеличивает гидравлическое сопротивление.





Рис. 1.5. Примеры компоновки пластин:

а - симметричная двухпакетная схема; б — несимметричная схема (три пакета для горячего теплоносителя два — для холодного)


Таблица 1.3. Поверхность теплообмена и основные параметры разборных пластинчатых теплообменников (по ГОСТ 1551883)

Поверхность теплообмена F (м2), число пластин N (шт.) и масса аппарата М (кг) при поверхности одной пластины f (м2)

/ = 0,2

/ = 0,3

/ = 0,5*

/ = 0,6

/=1.3

F

N

М

F

N

М**

F

N

М***

F

N

М**

F

N

М

1

8

570

3

12

280

31,5

64

1740

10

20

960

200

156

5 350

2

12

590

5

20

315

50

100

2010

16

30

1030

300

232

6 470

5

28

650

8

30