Тепломассообменное оборудование предприятий (стр. 1 )

РОСЖЕЛДОР

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

РГУПС

ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ

Методические указания к курсовой работе

Ростов-на-Дону

2006

УДК [66. 045: 656.2 + 629.4.048] (075.8)

Кууск, А. Б.

Тепломассообменное оборудование предприятий: Методические указания к курсовой работе / ; Рост. гос. ун-т. путей сообщения, – Ростов н/Д, 2006. – 24 с. : ил. Библиогр.: 7 назв.

Приводятся методические указания к тепловому и конструктивному расчету кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, выпарных и сушильных установок.

Методические указания предназначены для студентов специальности «Промышленная теплоэнергетика» специализация – теплоэнергетика на железнодорожном транспорте.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент (РГУПС)

Учебное издание

ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ

Методические указания к курсовой работе

Редактор

Техническое редактирование и корректура

Компьютерная правка

Подписано к печати 28.12.06. Формат 60×84/16.

Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,4.

Уч.-изд. л. 1,96. Тираж 60 экз. Изд. № 000. Заказ №

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2

© Ростовский государственный университет путей сообщения, 2006

Содержание

1. Общие положения

2. Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата

3. Проектирование выпарной установки

4. Проектирование сушильной установки

4.1. Определение влагосодержания и энтальпии сушильного агента на входе в барабан

4.2. Определение параметров сушильного агента на выходе из сушильного барабана, расхода сушильного агента и расхода теплоты на сушку

4.3. Определение основных размеров сушильного барабана

4.4. Проверка работоспособности сушильной установки

Приложение

Библиографический справочник

1. Общие положения

При выполнении курсового проекта следует руководствоваться настоящими методическими указаниями, а также нормативными документами, справочной и учебной литературой, приведенной в перечне рекомендуемых литературных источников. Текстовая и графическая часть проекта должна быть выполнена в соответствии со стандартом кафедры «Теплоэнергетика на железнодорожном транспорте».

Содержанием курсовой работы является проектирование тепломассообменного оборудования промышленных и транспортных предприятий. Пояснительная записка к проекту должна включать следующие разделы:

1. Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата;

2. Проектирование выпарной установки;

3. Проектирование сушильной установки.

Графическая часть курсовой работы должна включать:

1. Продольный и поперечный разрезы кожухотрубчатого теплообменного аппарата;

2. Продольный разрез выпарного аппарата и график изменения температур греющего теплоносителя и раствора по высоте аппарата;

3.Технологическую схему сушильной установки и изображение процессов в сушильной установке в d – H диаграмме.

2. Проектирование кожухотрубчатого теплообменного аппарата

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты в различных модификациях наиболее широко используются в промышленности и теплоэнергетике. Размеры теплообменной поверхности такого теплообменника можно варьировать в широких пределах, конструкция имеет достаточную прочность и хорошо выдерживает нагрузки, имеющие место при сборке, перевозке, монтаже и эксплуатации теплообменника. Конструктивные особенности позволяют применять этот тип теплообменников в самых разнообразных условиях, включая весьма низкие или высокие температуры и давления теплоносителей, большие градиенты температур, использование сильно загрязненных и коррозионно-активных теплоносителей.

Основными элементами конструкции кожухотрубчатого теплообменника являются: трубный пучок, трубные доски, кожух, входной и выходной патрубки. Важным элементом большинства кожухотрубчатых теплообменников является также набор перегородок, которые предохраняют трубы от изгиба и вибрации и, кроме того, направляют поток теплоносителя поперек труб, что способствует интенсификации теплоотдачи.

При проектировании кожухотрубчатого теплообменника выполняется тепловой, компоновочный, гидравлический и прочностной расчеты. Целью этих расчетов является определение основных размеров элементов конструкции теплообменника и выбор материалов для изготовления их. Содержание указанных выше расчетов достаточно подробно изложено в рекомендованной литературе, поэтому ниже приведены только основные рекомендации по выполнению теплового и компоновочного расчета пароводяного кожухотрубчатого теплообменника.

Тепловой расчет любых рекуперативных теплообменных аппаратов основывается на уравнениях теплового баланса и теплопередачи. Для пароводяного кожухотрубчатого теплообменника уравнение теплового баланса можно записать в виде:

Q1 = Q2 + ∆Q, (1)

где: Q1 – тепловой поток, отдаваемый греющим теплоносителем (водяным паром), Вт;

Q2 – тепловой поток, воспринимаемый нагреваемым теплоносителем (водой), Вт;

∆Q – тепловой поток, отдаваемый в окружающую среду, Вт.

Тепловой поток, воспринимаемый нагреваемым теплоносителем (водой) определяется по формуле:

Q2 = М2 (), (2)

где: – энтальпия воды на выходе из теплообменника, кДж/кг;

– энтальпия воды на входе в теплообменник, кДж/кг;

М2 – массовый расход воды, кг/с.

Тепловой поток, отдаваемый греющим теплоносителем, определяется по формуле:

Q1 = Q2 /η, (3)

где: η – коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду (η = 0,96 – 0,98).

Расход греющего теплоносителя определяется по формуле:

М1 = Q1/(), (4)

где: – энтальпия водяного пара на входе в теплообменный аппарат;

- энтальпия водяного пара на выходе из аппарата.

Площадь поверхности теплообмена теплообменного аппарата, F, может быть определена из уравнения теплопередачи:

Q2 = k F ∆tср, (5)

где: k – коэффициент теплопередачи, Вт/м2К;

∆tср – средняя разность температур теплоносителей, К.

Предварительно необходимо определить среднюю разность температур теплоносителей и величину коэффициента теплопередачи. Средняя разность температур теплоносителей рассчитывается по формуле:

, (6)

где: ∆tб и ∆tм – наибольшая и наименьшая разности температур теплоносителей в теплообменном аппарате:

∆tб = ; ∆tм = , (7)

где: ts – температура насыщения водяного пара;

, – температуры воды на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Величину коэффициента теплопередачи рекомендуется рассчитывать по уравнению для плоской пластины, учитывая термические сопротивления за­грязнений поверхности теплообмена со стороны обоих теплоносителей:

k = (1/α1 + 1/α2 + δст/λст + δ1/λ1 + δ2/λ2), (8)

где: α1 – коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на наружной поверхности трубного пучка, Вт/м2К;

α2 – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности труб к нагреваемому теплоносителю, Вт/м2К;

δст – толщина стенки теплопередающей поверхности (трубы), м;

λст – коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/м К;

δ1 и δ2 – толщины загрязнений со стороны греющего и нагреваемого теплоносителей, Вт/м К;

λ1 и λ2 – коэффициенты теплопроводности загрязнений поверхности теплообмена со стороны греющего и нагреваемого теплоносителя, Вт/м К.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде, движущейся внутри труб, рекомендуется рассчитывать по уравнению подобия:

, (9)

где: Reж,d = wжdвн/νж – число Рейнольдса;

Prж, Prст – число Прандтля для воды при средней температуре воды,

tср=0,5(+) и при температуре внутренней поверхности стенки трубы.

Для расчета числа Рейнольдса следует задаться величиной скорости движения воды в трубах. Как правило, рекомендуется принимать величину скорости для капельных жидкостей wж = 0,5 – 3,0 м/с. Также следует предварительно задаться величиной температуры внутренней поверхности трубы. В первом приближении рекомендуется принять одинаковые величины температур с внутренней и наружной поверхности трубы – tc = ts – 0,5∆tср, с последующим обязательным уточнением.

Выбор величины скорости движения воды по трубам позволяет определить число труб в одном ходе трубного пучка: