Файл: Курсовая работа тепловой расчет спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола (.docx
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 29
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Бирский филиал БашГУ
Инженерно-технологический факультет
Кафедра технологического образования
Направление подготовки (специальность):
20.03.01 – Техносферная безопасность
(код и наименование)
Направленность (профиль) образовательной программы:
Пожарная безопасность
Гидрогазодинамика и теплотехника
Наименование дисциплины (модуля)
Курсовая работа
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ СПИРАЛЬНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ НАСЫЩЕННОГО ПАРА БЕНЗОЛА
(Вариант 41)
| Научный руководитель: к.т.н., доцент Зинов И.А. (ученая степень, звание, должность) | Выполнил: студент 4 курса заочной формы обучения группы 1 Сафиханов Ф.Ф (Фамилия И.О.) |
БИРСК – 2022
Содержание
стр.
Введение……………………………………………………………………………. 4
Глава I. Устройство, принцип действия и методы расчета спирального теплообменника………………………………………………………………… ......5
1.1. Констукция и принцип работы спирального теплообменника………………5
1.2. Технические характеристики спиральных теплообменников.......................11
1.3 Основные положения конвективной передачи. Закон Ньютона-Рихмана ……………………………………………………………………………………….16
1.4. Техника безопасности и охрана труда при работе на спиральном теплообменнике.....................................................................................................18
Глава II. Тепловой и компоновочный расчёты спирального теплообменника ....23
2.1. Основные параметры спирального теплообменника....................................23
2.2. Тепловой расчет спирального теплообменника............................................24
2.3.Геометрический и компоновочный расчет матрицы спирального теплообменника.....................................................................................................32
Заключение………………………………………………………………………….37
Литература ………………………………………………………………………….38
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Бирский филиал БашГУ
Инженерно-технологический факультет
Кафедра технологического образования
Задание на курсовую работу
по дисциплине «Гидрогазодинамика и теплотехника»
студенту Сафиханову Ф.Ф группы____курса 4
Произвести тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола.
Исходные данные приведены в варианте № 41 к курсовой работе
В число исходных данных входят:
- массовый расход бензола Gб=1520 кг/час при атмосферном давлении;
- охлаждающий агент - вода с начальной температурой –tв1= 18оС и конечной температурой –tв11= 29 оС;
- термическое сопротивление поверхности теплообмена со стороны бензола – 0,0001м2час*К/ккал, а со стороны воды - 0,0007м2*час*К/ккал;
- температура кипения бензола при атмосферном давлении tк=80,10С, а скрытая теплота парообразования бензола – r=94,5ккал/кг;
- жидкий бензол отводится при температуре конденсации насыщенных паров.
К защите курсовой работы подготовить расчётно-пояснительную записку и эскизный чертёж подогревателя.
Срок сдачи законченной курсовой работы_______________
Дата выдачи задания_______________16.10.2022_________
Разработал
Доцент кафедры технологического образования Зинов И.А.
Введение
Актуальность предложенной темы курсовой работы определяется чрезвычайно широким распространением теплообменного аппарата в быту, промышленности и в науке. Исследование содержит относительно полную информацию, необходимую для выполнения тепловых и компоновочных расчётов широко распространённых теплообменных аппаратов.
Цель курсовой работы: закрепить полученные теоретические знания о распространении тепла в пространстве конвекцией, теплопроводностью и при теплопередаче; приобрести практические навыки в расчётах коэффициентов теплоотдачи при течении жидкостей и газов, а также при конденсации влажного насыщенного пара в теплообменных аппаратах; освоить методы расчёта теплообменных аппаратов.
Объект исследования: спиральный теплообменник.
Предмет исследования: тепловой и компоновочный расчеты спирального теплообменника.
Задачи исследования:
1. изучить и анализировать специальную литературу по теме курсовой работы;
2. выполнить тепловой и компоновочный расчеты спирального
теплообменника для конденсации насыщенного пара бензола;
3. проект рассчитанного аппарата.
Методы исследования:
- анализ научно-технической литературы
-инженерный расчет технического устройства - спирального теплообменника.
Глава I. Устройство, конструкция, принцип действия и методы расчета спирального теплообменника
1.1. Конструкция и принцип работы спирального теплообменника
Процессы теплообмена имеют первостепенное значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является многосложным процессом, который нужно разделять на три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти виды теплообмена не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменного оборудования важное значение имеет конвективный теплообмен или теплопередача, которая осуществляется при совокупном и единовременном действии теплопроводности и конвекции.
Процессы теплообмена проходят в теплообменных аппаратах различных типов и конструкций.
По способу передачи тепла теплообменники делят на поверхностные и смесительные. В поверхностных аппаратах рабочие среды обмениваются теплом через стенки из теплопроводного материала, а в смесительных аппаратах тепло передается при непосредственном перемешивании рабочих сред.
Смесительные теплообменники по конструкции проще поверхностных: тепло в них используется более полнее. Но это теплообменное оборудование пригодны лишь в тех случаях, когда по технологическим условиям производства разрешается смешение рабочих сред. [4].
Поверхностные теплообменники, в свою очередь, делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах теплообмен между различными рабочими средами происходит через разделительные стенки. При этом тепловой поток в каждой точке стенки сохраняет одно стандартное направление. В регенеративных теплообменных аппаратах теплоносители попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. При этом направление теплового потока в каждой точке стенки периодически меняется. Опишем рекуперативные поверхностные теплообменные аппараты непрерывного действия, наиболее распространенные в промышленности.
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. [8].
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. [2].
Спиральные теплообменники применяют в качестве конденсаторов, испарителей, а также для охлаждения и нагревания жидкостей, газов и парогазовых смесей. Ректификационные колонны могут компоноваться спиральными теплообменниками в качестве дефлегматоров. Особенно эффективны спиральные теплообменники для обработки высоковязких жидкостей, так как устраняется проблема распределения такой жидкости по трубам, а также при обработке шламов и жидкостей, содержащих волокнистые материалы.
Конструкция спирального теплообменника. Он представляет собой два спиральных канала , навитых из рулонного материала 2 вокруг центральной разделительной перегородки (керно) 3 и закрытых с торцов крышками 4 (рис.1). Такой теплообменник может быть установлен на цапфах. Теплоноситель А поступает под давлением через штуцер в крышке в камеру центровика, а затем по спирали - в коллектор, расположенный на периферии, и выходит из теплообменника. Другой теплоноситель В подается во второй коллектор и движется по спирали к центру, т. е. противотоком к первому, и выводится из аппарата через штуцер второй крышки.
 Рис. 1 Горизонтальный спиральный теплообменник с тупиковыми каналами на лапах |
Спиральные теплообменники классифицируют по виду уплотнения торцов каналов: с тупиковыми каналами, с глухими каналами, со сквозными каналами. К тупиковым каналам относятся такие, в которых один канал заваривается при помощи вставленной ленты с одной стороны, а второй канал - с противоположной стороны (рис.2, а). После снятия крышек оба канала легко подвергаются чистке. Такой способ уплотнения каналов наиболее распространен.
К глухим каналам относятся такие, в которых канал на торцах заваривается с обеих сторон (рис.2, б). В этом случае один канал не может быть очищен механическим способом. Возможен вариант, когда оба канала завариваются с двух сторон, тогда ни один канал не может быть очищен механически.
