Материал: Расчет и проектирование холодильника-конденсатора для конденсации перегретого водяного пара

Расчет и проектирование холодильника-конденсатора для конденсации перегретого водяного пара

Курсовая работа

Расчет и проектирование холодильника-конденсатора для конденсации перегретого водяного пара

Введение

кожухотрубчатый теплообменник конденсат холодильник

Теплообменные аппараты являются составной частью практически всех технологических установок на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах. Теплообменные аппараты используют для нагрева, испарения, конденсации, охлаждения, кристаллизации, плавления и затвердевания участвующих в процессе продуктов, а также как парогенераторы или котлы-утилизаторы.

Среды, используемые для подвода или отвода, тепла называются теплоносителями и хладоагентами. В качестве теплоносителей могут быть применены нагретые газообразные, жидкие или твёрдые вещества. Водяной пар как теплоноситель используется главным образом в насыщенном состоянии - как высокого давления, так и отработанный от паровых машин и насосов.

Кожухотрубчатые теплообменники изготовляют с поверхностью теплообмены 11-350 м² для работы под давлением 2-25 атм. Трубные пучки выполняют из стальных трубок диаметром 25 или 38 мм и длиной 3-6 м. Теплообменники этого типа экономичны и имеют минимальное число соединений на прокладках. Основным недостатком таких аппаратов является невозможность механической очистки межтрубного пространства

По способу монтажа различают вертикальные, горизонтальные и наклонные теплообменные аппараты. Вертикальные теплообменники занимают меньше места, но они менее удобны при очистке. На нефтеперерабатывающих заводах наибольшее распространение получили горизонтальные теплообменники.

1. Тепловой баланс кожухотрубчатого теплообменника

В межтрубном пространстве находится насыщенный пар, в трубном - оборотная вода (как более грязное вещество). Движение фаз - противоток.

Тепловая нагрузка:

- расход пара (по заданию )

- удельная теплота парообразования (из табл. ХLV [1] )

 - теплоёмкость конденсата (по табл. XXXIX [1] при )

 - удельная энтальпия насыщенного пара при

 - удельная энтальпия конденсации пара при

 - температура конденсации пара

 - температура конденсата

Расход оборотной воды:

, где

- теплоёмкость оборотной воды (по табл. XXXIX [1] при  )

- температура на выходе из теплообменника (для оборотной воды 50⁰С)

- температура на входе в теплообменник (для оборотной воды 30⁰С)

Определяем  из теплового баланса:

Средняя движущая сила :

Определяем  из теплового баланса:

Средняя движущая сила :

Средняя движущая сила :

.1 Подбор коэффициентов теплоотдачи и расчёт площади теплообменника

Задаёмся коэффициентом К₁:

 (по табл. 4.8 [1])

Площадь теплообмена F₁:

Задаёмся коэффициентом К₂:

 (по табл. 4.8 [1])

Площадь теплообмена F₂:

Задаёмся коэффициентом К₃:

 (по табл. 4.8 [1])

Площадь теплообмена F₃:

Общая площадь теплообмена:

Выбираем по ГОСТ 15118-79 теплообменник (из табл. 2.3):

Конденсатор:

·        S=17.5м²

·        (количество ходов)

·        d_{внутренний}=325 мм,

·        (общее число труб)

·        число трубок на 1 ход = 28

·       

·        трубы

2. Первая часть теплообмена. Охлаждение паров НП

.1 Расчет параметров для трубного пространства (оборотная вода)

Критерий Рейнольдса:

- количество труб

- диаметр эквивалентный ()

- вязкость воды (по табл. XXXIX [1]: для 50⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

 - теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1]: для 50⁰С )

Критерий Nu:

Отношение принимаем за единицу, т.к. разница между температурами стенки min:

(из примера со стр. 33 [2])

Расчет проведён для всех процессов с оборотной водой, т.к. в процессе теплообмена в малом интервале температур вода практически не изменяет физические свойства.

Находим :

 - коэффициент теплоотдачи для воды

 - определяющий линейный размер (), м

2.2 Расчет параметров для межтрубного пространства (насыщенный пар)

Критерий Рейнольдса:

- расход пара, (по условию )

- наружный диаметр трубок ()

- проходное сечение межтрубного пространства (по табл. II.3 [2] )

- вязкость пара (по рис VI для 115⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

- удельная теплоёмкость пара,

 - теплопроводность пара (по табл. XXXIX [1]: для 115⁰С )

Критерий Nu (для 2300<R<1000):

Находим :

 - коэффициент теплоотдачи для пара

 - определяющий линейный размер (), м

Находим расчётный коэффициент :

, где

- загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI [1] )

- загрязнение стенок со стороны оборотной воды (по табл.XXXI [1] )

- толщина трубок, м

- теплопроводность материала стали (по табл. XXVIII )

Находим расчетную площадь теплообмена для охлаждения пара:

3. Вторая часть теплообмена. Конденсация паров

.1 Расчет параметров для трубного пространства (оборотная вода)

Критерий Рейнольдса:

- количество ходов

- количество труб

- диаметр эквивалентный ()

- вязкость воды (по табл. XXXIX [1]: для 40⁰С )

Критерий Прандтля:

, где

 - теплопроводность воды (по табл. XXXIX [1]: для 40⁰С )

Критерий Nu:

Аналогично принимает отношение за единицу (расчёт и пояснение выше)

Находим :

 - коэффициент теплоотдачи для воды

 - определяющий линейный размер (), м

3.2 Расчет параметров для межтрубного пространства (конденсат)

(формула для горизонтальной труб), где:

- коэффициент (при )

- длина трубок, м

- число трубок

- расход пара, (по условию )

 - теплопроводность пара (по табл. XXXIX [1]: )

- вязкость пара (по рис VI [1] )

Находим расчётный коэффициент :

, где

- загрязнение стенок со стороны конденсата (по табл. XXXI [1] )

- толщина трубок, м

- теплопроводность материала стали (по табл. XXVIII )

Находим расчетную площадь теплообмена для охлаждения пара:

4. Третья часть теплообмена. Охлаждение конденсата

.1 Расчет параметров для трубного пространства (оборотная вода)

Критерий Рейнольдса: