Зразок роботи
Введение
В пищевой промышленности широко применяют аппараты для нагревания, охлаждения или выпаривания многих видов сырья, полуфабрикатов и продуктов.
Современные теплообменные аппараты должны обеспечивать передачу требуемого количества тепла от одной среды к другой с получением необходимых конечных температур и при возможности большей интенсивности теплообмена. Аппараты должны обладать достаточной прочностью и иметь, возможно, меньшие габаритные размеры. При конструировании необходимо находить оптимальное решение, которое учитываю возможность разработки рабочей части аппарата и обеспечивают сохранение герметичности трубчатых каналов.
В химической и смежных с ней отраслях промышленности нашли широкое применение кожухотрубчатые теплообменники. По трубному пространству проходит один теплоноситель, например газ, а по межтрубному другой теплоноситель – жидкость. В некоторых теплообменниках для увеличения интенсивности теплопередачи в межтрубном пространстве устанавливают сегментные перегородки для осуществления многократно – перекрестного движения теплоносителя.
Кожухотрубчатые теплообменные аппарата могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей. В соответствии с ГОСТ 15120 – 79 и ГОСТ 15122 – 79 кожухотрубчатые теплообменники и холодильники могут быть двух типов: Н – с неподвижными трубными решетками и К – с линзовым компенсатором неодинаковых температур удлинений кожуха и труб. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20 – 60 град, в зависимости от материала труб и кожуха, давление в кожухе и диаметра аппарата. Для аппаратов типа К наибольшая разность температур кожуха и труб может достигать более 100 град.
При больших значения ∆t т.е. когда ∆t > ± 40˚С, в трубах могут возникать чрезмерные термические напряжения, которые могут привести к нарушению герметичности в соединениях труб с решеткой. Поэтому когда в межтрубном пространстве циркулирует чистая среда и не требуется механической чистки наружных поверхностей труб и разность температур ∆t > ± 40˚С, на корпусе устанавливают одно или многолинзовые компенсаторы.
Линзовые компенсаторы обладают относительно небольшой жесткостью, способны к деформации, нагрузка на трубы от различных температурных расширений в трубах и корпусе значительно снижается.
Применяя компенсаторы с небольшой длиной волны, можно уменьшить неравномерность нагрузки на трубы от действия внутреннего давления и снизить толщину трубных решеток.
В теплообменниках с компенсатором на корпусе, осевые усилия от давления на трубные решетки и от некомпенсированной нагрузки на крышки распределительных коробок практически воспринимают только трубы, так как усилием, воспринимаемым корпусом, вследствие малой жесткости компенсатора можно пренебречь.
Поэтому такие теплообменники можно применять в условиях, когда трубы практически не подвергаются коррозионному износу за срок эксплуатации с тем, чтобы пучок постоянно надежно противостоял действию осевых нагрузок от внутреннего давления.
Теплообменники могут быть одноходовые или многоходовые, вертикальные или горизонтальные. Вертикальные теплообменники более просты в изготовлении и эксплуатации, а также занимают меньшую площадь. Горизонтальные теплообменники применяют в случаях, когда надо свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.
Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников – из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали.
Трубы в трубных решетках обычно равномерно распределяют по периметрам правильных шестиугольников, что преследует одну цель – обеспечить возможно более компактное размещение необходимой поверхности теплообмена в нутрии аппарата. Трубы закрепляют в решетках чаще всего развальцовкой. Кроме этого используют закрепление труб сваркой, если материал трубы не поддается вытяжке. Изредка используют соединение труб с решеткой посредством сальников, допускающих свободное перемещение труб и возможность их быстрой замены. Такое соединение позволяет значительно уменьшить температурную деформацию труб, но является сложным, дорогим и недостаточно надежным.
Повышение интенсивности теплообмена в многоходовых теплообменниках сопровождается возрастанием гидравлического сопротивления и усложнением конструкции теплообменника. Это диктует выбор экономически целесообразной скорости теплоносителя, определяемой числом ходов теплообменника, которое обычно не превышает шести ходов.
Скорость теплоносителя в аппарате должна обеспечивать благоприятное сочетание интенсивного переноса тепла и умеренного расхода энергии на перемещении теплоносителя. Движение теплоносителя в трубном пространстве может происходить в трех режимах:
1. Турбулентный режим, когда критерий Рейнольдса Re > 10000;
2. Переходный режим (2300 < Re <10000);
3. Ламинарный режим (Re < 2300).
Наиболее распространен теплообмен при турбулентном или близком к нему переходном режиме движения жидкости или газа. В этих режимах происходит наиболее интенсивная теплопередача.
1. Расчет геометрических параметров аппарата
Шаг разбивки трубок в трубной доске:
t = 1,2 • dH + 2 = 1.2 • 20 + 2 = 26мм.
Принимаем внутренний диаметр аппарата D=1000 мм. , тогда число труб на трубной решетке определяем по формуле:
n= K (π•D^2)/(4•0.866•t^2 ) = 0,85 •(3,14•〖1000〗^2)/(4•0,866•〖26〗^2 ) = 1140 шт.
где К=(0,7…0,85) – коэффициент заполнения.
Длинна трубки:
L= F/(π•d_H•n)= 315/( 3.14•0.020•1140) = 4,4 м.
Принимаем длину трубки L=5 м, тогда число труб составляет:
n_0= F/(π•d_H•L)= 315/( 3.14•0.02•5)= 1003 шт.
Проверим значение коэффициента К:
К= n_0/n • 0.85= 1003/1140 • 0.85= 0.73 – что в пределах нормы.
Диаметр патрубков:
Для газа d ≈ 0.3 • D
Для трубного пространства: d=300 мм.
Для межтрубного пространства: d=300
Диаметр компенсатора:
DК= D+0,2=1000+200=1200 мм.
Эскиз аппарата приведен на рис. 1.1
Магістр