Курсовой проект - Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий

Подождите немного. Документ загружается.

 

грмчкДж

экв

мж





2,0

8,0

2,0

8,0

1111

/1438

0215,0

033,0

108038,01081812109,019,4

038,018121019,4





Коэффициент теплоотдачи нагреваемой воды определяется, с учетом φ

= 1 (учитывает

вид трубок, применяются гладкие):

 

грмчкДж

вн





2,0

8,0

2,0

8,0

2222

/19070

014,0

923,0

98,70038,098,70181210119,4

038,018121019,4





Определяем коэффициент теплопередачи аналогично как при расчете пароводяного

подогревателя:

грмчкДжk

нак

ст



















/1234

19070

219,4

0005,0

9019,4

001,0

1438











Площадь поверхности нагрева определяется по формуле

ок

ОК





, (1.20)

Δt

ок

– температурный напор,

С, определяемый:

мб







Сttt

нгм

257095



Сttt

промпарб

05,4995,71121 

Рис. 3 График температур

68,35

05,49

2505,49







Расчетная площадь нагрева определяется:

951,5

68,351234

10262,0

ок

ОК











Находим число секций подогревателя длиной 4м по формуле:

табл

секц

расч

n 

, (1.21)

где F

расч

– расчетная площадь поверхности нагрева, м

;

табл

секц

- площадь поверхности нагрева одной секции, м

500,0

00,12

951,5



расч

Устанавливаем одну секцию длиной 4 м.

Определим потери давления в охладителе конденсата Δp

нагреваемой среды, исходя из

формулы:

секцk

nBp 



, (1.22)

где



- скорость нагреваемой воды, м/с;

секц

– приведенное количество секций;

ψ – коэффициент, учитывающий накипеобразование;

– потери давления в одной секции четырехметрового подогревателя, B

= 7,5 кПа

кПаnBp

секцk

97,151923,05,75,2





Потери давления в межтрубном пространстве теплообменника определяются по

формуле:

секцгр

nBp 



(1.23)

где



- скорость греющей воды, м/с;

секц

– приведенное количество секций;

– потери давления в межтрубном пространстве, B

= 10 кПа

кПаp

гр

011,01033,010



2. РАСЧЕТ ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

В настоящее время разработано большое число теплообменников, поверхность

теплообмена которых выполнена из листовой стали гофрированных пластин. Эти

теплообменники очень компактны и по технико-экономическим, и эксплуатационным

показателям превосходят лучшие теплообменники изготовленные из труб.

2.1 Конструктивные особенности пластинчатых теплообменников

Пластинчатые теплообменные аппараты (рекуператоры) используются с целью

передачи тепла к холодной среде от горячей через теплопередающую поверхность, имеющую

сложную форму, за счет которой поток рабочей среды подвергается искусственной

турбулизации, при сравнительно малых затратах энергии поверхность теплообмена образована

из набора тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью, для изготовления

которых применяют коррозийно-стойкие материалы (титан, хромоникелевые стали и сплавы).

Каждая пластина в работающем аппарате омывается двумя рабочими средами: с одной

стороны – охлаждаемой, а с другой – нагреваемой. В результате между средами происходит

теплообмен. Среды, протекающие поперек гофров, турбулируются, что способствует

интенсификации теплообмена. Для сохранения герметичности и выдержки в аппарате

разности давлений по обе стороны пластины предусмотрены точки опор гофр.

Пакетом является группа пластин, образующих каналы, по которым среда движется

только в одном направлении. Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и

подвижной плитами, образуют секцию.

Пластинчатые теплообменники можно применять для рекуперации тепла между

потоками рабочих сред в охладителях, подогревателях, конденсаторах.

При отложении загрязнений на теплопередающих поверхностях можно периодически

переключать каналы на такие рабочие среды, которые очищают поверхности от загрязнений,

которые поддаются химической промывке.

Существуют два вида теплообменников: разборные и неразборные.

При первых для герметичности пластин используют резиновую прокладку.

Используются в тех случаях, если теплоноситель выделяет накипь при нагревании. У

неразборных теплообменников уплотнения достигаются за счет спайки пластин. При сборке

пакета пластины повернуть одна относительно другой на 180°, причем все резиновые

прокладки обращены в сторону подвижной плиты. Углы пластин имеют отверстия для

прохода рабочих сред.

При компоновке пластинчатых теплообменников могут быть использованы два вида

пластин: типа Н и типа L. Первые характеризуются высокой степенью гофрировки, высоким

коэффициентом теплоотдачи и теплопередачи, высоким гидравлическим сопротивлением.

Угол гофра составляет 120°. Пластины типа L характеризуются низкой степенью гофрировки,

низкой степенью турбулизации потока небольшим сопротивлением. Угол гофра составляет

60°. Также существует третий вид теплообменников М, когда пластины H и L чередуются.

2.2. Расчет пластинчатого теплообменника M10-BFG/L

В данном курсовом проекте производим расчет пластинчатого теплообменника M10-

BFG/L при следующих исходных данных:

1. Максимальная производительность теплообменника

чМДжQ

макс

гр

/6301

;

2. Температура нагреваемой воды на входе в теплообменник



C

;

3. Температура нагреваемой воды на выходе из теплообменника



C

;

4. Температура греющей воды на входе в теплообменник



C

;

5. Температура греющей воды на выходе из теплообменника



C

Требования: располагаемые потери давления по ходу греющей и нагреваемой воды не

должны превышать 20-60 кПа.

Расчет теплообменника начинаем с определения расходов греющей и нагреваемой

среды по уравнению теплового баланса:

   

122211 ннтпгг

ttGckttGcQ 

, (2.1)

)(

max

гг

гв

ttc





)(

max

нн

гв

ttc





(2.2)

где

max

гв

- максимальное количество теплоты, выделяемое на горячее водоснабжение,

МДж

;

с – теплоемкость, с=4,19

Скг

МДж



;

1г

2г

- соответственно температуры греющей среды на входе и выходе из

теплообменника,

C

;

1н

2н

- соответственно температуры нагреваемой среды на входе и выходе из

теплообменника,

C

;

тп

- коэффициент, учитывающий теплопотери от корпуса ТО и от поверхности

пластин в окружающую среду.

чтG /076,30

)2070(19,4

6301







чтG /342,27

)560(19,4

6301







Определяем температурный напор в теплообменном аппарате: по формуле:

мб







, (2.3)

где

t

- разность температур сред на выходе из теплообменника,

C

;

t

- разность температур сред на входе в теплообменник,

C

t

определяем по рис. 4 (график температур)

Сttt

нгм

106070 

Сttt

нгб

15520 

мб

332,12

1015













Рис.4. График температур

Температурный перепад будет равен:

Сttt

гг

211

502070 



Сttt

нн

122

55560 



Определим средние температуры греющего и нагреваемого теплоносителя:

 

ttt

нг

ср









Сttt

срср

,

(2.4)

 

ttt

нг

ср

,68,46

332,126070

















Сttt

срср

,348,34332,1268,46 

Плотность нагреваемой и греющей воды,

/ мкг

, находим по формуле:

0036,006,03,1000

срср

tt 



(2.5)

322

111

/,655,98938,460036,068,4606,03,10000036,006,03,1000 мкгtt

срср





322

222

/,992,99335,340036,035,3406,03,10000036,006,03,1000 мкгtt

срср





Характеристики теплообменника М10-BFG:

- максимальное число пластин 275 шт:

- высота теплообменника 981 мм;

- эквивалентный диаметр канала 4,93 мм;

- поверхность нагрева пластины 0,24 м

;

- площадь живого сечения канала 0,000835 м

;

- диаметр патрубков (

вннар

DD /

) 110/100 мм;

- коэффициент С в зависимости от типа каналов:

0,2347 (H) 0,1666 (M) 0,1112 (L)

- коэффициент В в зависимости от типа каналов:

11,55 (H) 8,20 (M) 5,47 (L)

- коэффициент В

в зависимости от типа каналов:

249 (H) 89,3 (M) 51,9 (L)

- коэффициент В

0,6

Примем число ходов, равным 4.

Определяем скорости движения нагреваемого и греющего теплоносителя:

см

патр

6,3 







, (2.6)

где

- расход греющей или нагреваемой среды, т/ч;



- плотность нагреваемой и греющей воды,

/ мкг

;

патр

- площадь живого сечения патрубка, м

00785,0

1,014,3

вн

патр













см

патр

/,075,1

00785,0655,9896,3

076,30

6,3















см

патр

/,973,0

00785,0992,9936,3

342,27

6,3















Определим потери напора в патрубках:

001,0

ппп





, (2.7)

где В

– коэффициент, учитывающий потери напора в зависимости от типа

подогревателя, кПа.

кПаBp

ппп

,686,0075,1655,9896,0001,0001,0

111





кПаBp

ппп

,564,0973,0992,9936,0001,0001,0

222





Определяем максимально возможные потери напора в каналах:

прасп

пред

ppp 

, (2.8)

где

расп

p

- располагаемые потери давления по ходу теплоносителя, в расчетах

принимаем верхний предел, равный 60 кПа

кПаppp

прасп

пред

,314,59686,060



кПаppp

прасп

пред

,436,59564,060



Далее определяем ориентировочную скорость нагреваемой воды в каналах:

см

хВ

пред

001,0











(2.9)

где х – число ходов;

– коэффициент, учитывающий потери напора в каналах, зависит от конструктивных

особенностей подогревателя, кПа.

см

хВ

пред

/,537,0

4992,9939,51001,0

436,59

001,0

















Определим число каналов по нагреваемой воде:

6,3





кан

пред



, (2.10)

где

кан

- площадь живого сечения канала, м

шт

кан

пред

051,17

6,3000835,0992,993537,0

342,27

6,3













Принимаем к установке 17 штук.

Уточняем скорости движения воды:

см

кан

уст

факт

6,3 







(2.11)

см

кан

уст

факт

/,595,0

000835,0655,989176,3

076,30

6,3















см

кан

уст

факт

/,538,0

000835,0992,993176,3

342,27

6,3















Теперь можно найти коэффициент теплоотдачи:















нак

ст

(2.12)

где α

, α

– коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке и от стенки

к нагреваемой воде,

грмчкДж 

;

ст

, δ

нак

– толщина стенки и толщина слоя накипи, м;

ст,

нак

– коэффициенты теплопроводности для стенок труб и накипи,

грмчкДж /

   

7,0

043,05,161559

факт

срср

ttВс





, (2.13)

где В – коэффициент, зависящий от типа теплообменного аппарата.

а) теплоотдача от греющего теплоносителя к стенкам пластин:

   

 

грмчкДж

ttВс

факт

срср





27,02

7,0

111

/35610595,068,46043,068,465,16155947,519,4

043,05,161559



б) теплоотдача от стенок пластин к нагреваемому теплоносителю:

   

 

грмчкДж

ttВс

факт

срср





27,02

7,0

222

/30830538,035,34043,035,345,16155947,519,4

043,05,161559



кДжчгрмR

ст

/101,9

19,407,13

0005,0













кДжчгрмR

нак

/109,11

19,42

0001,0













грмчкДжk 













/12260

30830

19,42

0001,0

19,407,13

0005,0

35610

Определяем площадь нагрева:

,685,41

332,1212260

106301

макс

гр

нагр













Определим количество пластин:

пл

нагр

пл

n 

, (2.14)

где

пл

- площадь нагрева одной пластины, м

шт

пл

нагр

пл

69,173

24,0

685,41



Принимаем к установке 174 пластины.

Уточняем потери напора:

 

факт

кк

Вp





(2.15)

кп

ppp 

(2.16)

кПаВp

факт

кк

17,18595,0655,9899,51

111





кПаВp

факт

кк

95,14538,0992,9939,51

222





кПаppp

кп

86,1817,18686,0

111



кПаppp

кп

51,1595,14564,0

222



Полные потери давления удовлетворяют условию максимально допустимого значения

потерь давления

60p

кПа

, поэтому подбор числа пакетов и количества каналов

осуществлен верно.

ЗАКЮЧЕНИЕ

Тепловые расчеты теплообменников разделяются на проектные и поверочные.

Проектные (конструктивные) тепловые расчеты выполняются при проектировании

новых аппаратов для определения необходимой поверхности нагрева.

Поверочные тепловые расчеты выполняют в том случае, если известна поверхность

нагрева теплообменника и требуется определить количество переданной теплоты и конечные

температуры теплоносителей.

В данном курсовом проекте был произведен расчет водоподогревательной сетевой

установки, определены расходы нагреваемой сетевой воды и греющего теплоносителя (будь

это пар или вода), определены потери давления. Итогом расчета пластинчатого

теплообменника М 10-BFG/L фирмы «Альфа Лаваль» стал подбор числа пакетов и количества

каналов.

Были подобраны:

- пароводяной подогреватель ПП 1-32-7 IV (по ОСТ 108.271.105-76)

- охладитель конденсата теплообменник N 12 (по ОСТ 34588-68)

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. СП 41-101-95 Проектирование тепловых пунктов.

2. Бакластов А. М. и др. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных

установок: Учеб.пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981. – 336 с.

3. Зингер Н. М. и др. Пластинчатые теплообменники в системах теплоснабжения. – М.:

Энергоатомиздат, 1995. – 78 с.

4. Лебедев П. Д., Щукин А. А. Теплоиспользующие установки промышленных

предприятий. (Курсовое проектирование): Учеб.пособие для вузов. – М.: Энергия, 1970.

– 408 с.

5. Манюк В. И. и др. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник. – М.:

Стройиздат, 1988. – 432 с.