Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

Теплообменные аппараты 2 страница

Аппараты сушильные

Условные обозначения машин и аппаратов

Все оборудование на схеме вычерчивают сплошными тонкими линиями толщиной 0, 3-0, 5 мм, а трубопроводы и арматуру – сплошными основными линиями, т. е. в 2-3 раза толще, чем оборудование (ГОСТ 2. 303-68

«ЕСКД. Линии»). Разводка трубопроводов к оборудованию прокладывается схематически, причем она должна отходить от основных магистральных трубопроводов, показанных выше или ниже оборудования горизонтальными линиями. На каждом, трубопроводе у места его отвода от магистрального трубопровода или места подключения к аппарату проставляют стрелки, указывающие направление движения потока и условное изображение вида среды (газ, жидкость).

Линии трубопроводов, а также расположенные на них арматуру и приборы следует показывать горизонтально и вертикально – параллельно линиям формата.

Условные изображения и обозначения трубопроводов, принятые на схеме, должны быть расшифрованы в таблице условных обозначений.

Пересечение изображения аппаратов и машин линиями трубопроводов не допускается.

Чертёж общего вида представляет собой основной вид аппарата с основными узлами и деталями и выполняется в соответствии с основными требованиями ГОСТ 2. 118-73, 2. 120-73, а также ГОСТ 2. 106-96.

Чертеж выполняют с максимальным упрощением, предусмотренным ГОСТ 2. 109-73 «ЕСКД. Основные требования к чертежам» на оформление рабочих чертежей. Расположение видов, разрезов, сечений выполняется по ГОСТ 2. 305-68«ЕСКД. Изображения – виды, разрезы, сечения». Надписи, техническую характеристику, технические требования и таблицы выполняют с соблюдением ГОСТ 2. 136-68 «ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц».

Чертеж общего вида должен содержать:

– изображение аппарата и его узлов с видами, разрезами и сечениями, а также текстовую часть и надписи, необходимые для понимания конструктивного устройства аппарата и принципа его работы;

– основные размеры;

– таблицу назначения штуцеров, патрубков и т. д.;

– техническую характеристику;

– технические требования;

– перечень составных частей изделия.

Масштаб чертежа аппарата, его сечений, разрезов и узлов выдерживаются по ГОСТ 2. 302-68«ЕСКД. Масштабы»: уменьшения 1: 2; 1: 2, 5; 1: 4; 1: 5; 1: 10; 1: I5; 1: 20 и т. д. Увеличения 2: 1; 2, 5: 1; 4: 1; 5: 1; 10: 1;

20: 1; 40: 1 и т. д.

Штуцера, патрубки, люки и т. п. на главном и сопряженном с ним видах обозначают условно на продолжении их осей или на полках линий-выносок прописными буквами русского алфавита, а на поле чертежа помещают таблицу назначения штуцеров. Над таблицей помещают заголовок «Таблица штуцеров».

Буквенные обозначения в алфавитном порядке присваиваются сначала видам, разрезам и сечениям, затем штуцерам и др.

В технической характеристике указывают назначение изделия (аппарата), объем аппарата – полный и рабочий, производительность, площадь поверхности теплообмена (если таковая имеется), максимальные рабочие давление и температуру среды, мощность привода, характеристику среды (взрывоопасность, токсичность и т. д. ), массу аппарата и габаритные размеры (общая высота, наибольший размер в плане) и другие необходимые сведения.

В технических требованиях отмечается, в соответствии с какими доку- ментами осуществляется изготовление, испытание, контроль, (например, ОСТ 26-291-94 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия». Указывается истинное расположение штуцеров, люков и других

внутренних и наружных устройств (например, согласно виду сверху), предъявляются требования к испытанию на прочность и плотность сварных швов и других видов соединений, указываются сведения о необходимости тепловой изоляции, окраски и других антикоррозионных покрытий, подлежит ли аппарат действию органов Гостехнадзора РФ.

Кроме того, на чертеже помещают перечень составных частей изделия. Все данные, вносимые в перечень составных частей изделия, следует записывать сверху вниз в порядке, предусмотренном ГОСТ 2. 108-68 «ЕСКД. Спецификация»: составные (сборочные) единицы, детали, стандартные изделия, в том числе крепежные и прочие изделия.

Таблицы, техническую характеристику, технические требования и перечень составных частей располагают над основной надписью чертежа.

Последняя строка перечня не должна доходить до основной надписи на расстояние менее 10 мм.

В порядке исключения допускается размещение таблицы штуцеров слева от основной надписи, а перечня составных частей изделия – в конце пояснительной записки на отдельных листах.

2 Особенности расчета и проектирования типовых установок

Теплообменные аппараты

Особенностью начала расчета теплообменной аппаратуры с раздельным движением теплоносителей является выбор типа теплообменника; конструкционных материалов для изготовления его основных узлов – трубчатки, трубных решеток, днища, крышки, обечайки; направлений движения теплоносителей, отвечающих условиям процесса – давлению, температуре, их физико-химическим свойствам. Основная сложность и типичные ошибки содержатся, как правило, в расчете коэффициентов теплоотдачи.

Для выбора стандартного теплообменника предварительно определяется его поверхность на основании ориентировочного значения коэффициента теплопередач, при этом учитываются особенности процесса – с изменением (или без) агрегатного состояния теплоносителей или одного из них.

Затем при известных геометрических размерах трубчатки, обечайки и т. д., взятых из каталогов или ГОСТов производится уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи и поверхности теплообмена. Последняя сравнивается с поверхностью принятого, стандартного теплообменника. При наличии значительного отклонения расчетной и принятой поверхностей теплообмена изменяются геометрические размеры или тип теплообменника и расчет повторяют. Примеры расчета теплообменников отражены в литературе.

Содержание теплового расчета

Определяют тепловую нагрузку Q теплообменного аппарата в соответствии с заданными условиями. Тепловой поток, необходимый для нагрева или охлаждения заданного расхода теплоносителя, равен:

      Q= G_i  × c_i (t_iк- t_iн)   ,    где G_i – расход теплоносителя, кг/с;

c_i – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг∙ К);

t_iн, t_iк – начальная и конечная температуры теплоносителя, ^оС.

Обычно с индексом «1» обозначают параметры более горячего теплоносителя.

На основании уравнения теплового баланса Q₁ = Q₂ определяют расход другого теплоносителя. При изменении агрегатного состояния расход теплоносителя определяется из уравнения:

Q= G_{г. п}   × r_{г. п,} ,

где G_{г. п} – расход конденсирующегося пара, кг/с;

r_{г. п} – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

При известном расходе обоих теплоносителей из уравнения теплового баланса может быть рассчитана, например, температура t_2к, до которой нагревается охлаждающий агент.

При неизвестных конечных температурах их значения задаются, при этом разность на концах теплообменника должна составлять не менее 5^оС (К) для обеспечения достаточной движущей силы теплопередачи. Температуру охлаждающей воды принимают в интервале 10-20^оС.

∆ 𝑡 _cp

∆ 𝑡 6 ∆ 𝑡 m ln∆ 𝑡 6

∆ 𝑡 m

при ^{∆ 𝑡 6}  ;

∆ 𝑡 m

Если эти разности температур отличаются не более чем в два раза, то среднюю разность температур можно определить как среднеарифметическую между ними

при ^{∆ 𝑡 6}  ;

∆ 𝑡 m

В аппаратах со сложным взаимным движением теплоносителей, например при смешанном или перекрестном токе, в формулу расчета Δ t_ср для противотока вводят поправку ε _{Δ t} < 1.

Определяют средние температуры теплоносителей. Для теплоносителя, температура которого изменяется меньше, средняя температура определяется как среднеарифметическая между начальной и конечной температурами

𝑡 cp. i = (𝑡 _i  𝑡 _i )⁄  2

Тогда значение средней температуры другого теплоносителя можно получить, используя среднюю разность температур

𝑡 cp. j = 𝑡 cp. i ± ∆ 𝑡 cp

При изменении агрегатного состояния теплоносителя его температура постоянна вдоль всей поверхности теплопередачи и равна температуре кипения (или конденсации), зависящей от давления и состава теплоносителя.

Предварительно определяют ориентировочно ожидаемую площадь поверхности теплопередачи F_ор по уравнению теплопередачи

𝐹 op

=    𝑄

𝐾 _op · ∆ 𝑡 _cp

где K_ор – ориентировочное значение коэффициента теплопередачи, полученное практически для различных случаев теплообмена, Вт/(м²∙ К).

Из нескольких теплообменных аппаратов, имеющих площадь поверхности теплопередачи, близкую к F_ор, следует в качестве первого варианта выбрать такой, который будет иметь необходимое значение критерия Рейнольдса или скорости потока в трубном пространстве:

𝑅 𝑒 _op𝜇

𝜔 _op =

⁄ (𝑑 𝜌 )

где Re_ор – ориентировочное значение критерия Рейнольдса; d – внутренний диаметр труб теплообменника, м;

µ, ρ – соответственно вязкость, мПа∙ с, и плотность, кг/м³, теплоносителя в трубном пространстве.

Для развитого турбулентного режима течения в трубках теплообменника следует принять Re_ор= 10000-15000. Ламинарному режиму движения соответствует Re_ор < 2300.

Ориентировочное сечение трубного пространства S_ор для обеспечения желаемого режима движения теплоносителя в трубном пространстве равно

где G – массовый расход теплоносителя, направляемого в трубное пространство, кг/с.

При этом число труб, приходящееся на один ход, составит

𝑛 ⁄ 𝑧 =        𝐺

(0, 785𝑑 𝑅 𝑒 _op𝜇 )

где n – общее число труб теплообменника; z – число ходов в трубном пространстве.

На основании расчетов F_ор, S_ор, n/z, обеспечивающих заданный режим, по каталогу выбирают вариант конструкции одноходового или многоходового кожухотрубчатого теплообменника.

Для выбранного варианта определяют скорость и число Рейнольдса для потоков теплоносителей в трубах и в межтрубном пространстве и рассчитывают уточненный коэффициент теплопередачи

 1 + 𝑟 1 + 𝛿 + 𝑟 2 + 1  1 + ∑ 𝑟 ct + 1

𝛼 ₁

𝜆 ct

𝛼 ₂

𝛼 ₁

𝛼 ₂

где α ₁, α ₂ – коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м²·К);

r₁, r₂ – термические сопротивления загрязнений стенки, м²∙ К/Вт; α _ст – теплопроводность материала стенки, Вт/(м²·К);

δ _ст – толщина стенки, м;

∑ r_ст – суммарное термическое сопротивление стенки и ее загрязнений с обеих сторон, м²∙ К/Вт.

Составляют               схему теплопередачи.      В большинстве                        случаев коэффициенты теплоотдачи           α ₁ и α ₂                         зависят   от температур

соприкасающейся с теплоносителем поверхности стенки t_ст или от удельной поверхностной плотности теплового потока q, которые заранее неизвестны. В этих случаях при расчете процесса теплопередачи используют метод последовательных приближений. При этом исходят из условия, что при установившемся процессе теплопередачи количество тепла q₁, отдаваемое более горячим теплоносителем, должно равняться количеству тепла q_ст, передаваемого через стенку и загрязнения, и количеству тепла q₂, получаемого более холодным теплоносителем

𝑞 = 𝑞 ₁ = 𝑞 _ct = 𝑞 ₂,

где q₁ = α ₁(t₁ – t_{ст. 1}); qст = (tст. 1 – tст. 2) / ∑ rст; q₂ = α ₂( t_{ст. 2} – t₂);

t₁, t₂ – средние значения температуры горячего и холодного теплоносителей,

^оС;

t_{ст. 1}, t_{ст. 2} – температура наружной поверхности загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей.

В первом приближении задаются произвольным значением t'_{ст. 1}, учитывая, что t₁> t_{ст. 1} > t₂. По выбранному критериальному уравнению рассчитывают α '₁ и вычисляют q'₁ = α '₁ (t₁ – t'_{ст. 1}). Затем определяют первое приближение t'_{ст. 2} = t'_{ст. 1}– ∑ r_ст ∙ q'₁.

Определив t'_{ст. 2}, рассчитывают α '₂ и q'₂= α '₂ (t'_{ст. 2} – t₂). Далее следует сопоставить величины q'₁ и q'₂, определив их расхождение. Если расхождение составляет более 5%, то задают значение температуры стенки со стороны горячего теплоносителя t''_{ст. 1} и выполняют расчет во втором приближении. Если q''₁ q''₂, расчет повторяется, пока не достигнуто q₁ q₂. Для упрощения расчетов используют графический метод. По данным последнего расчета определяют коэффициент теплопередачи К.

На  основании  основного  уравнения  теплопередачи  определяют

расчетную площадь поверхности теплопередачи F_р. По каталогу выбирают теплообменный аппарат с поверхностью теплообмена F = (1, 15-1, 20)∙ F_р. В

том случае, если необходимо устанавливать не один теплообменник, а несколько, их следует компоновать с последовательным движением потоков, чтобы не изменять принятые в расчете режимы движения.