Будова та принцип роботи кожухотрубного теплообмінного апарата. Тепловий розрахунок теплообмінника, геометричних розмірів кожуха, днища, фланця. Перевірка міцності і герметичності з’єднань. Способи розміщення та закріплення труб у теплообміннику.
Аннотация к работе
У хімічній промисловості широке розповсюдження отримали теплові процеси - нагрівання та охолодження рідин, газів та конденсація парів, що відбуваються у теплообмінних апаратах. Теплообмінниками називаються апарати, що призначені для передачі тепла від одних речовин до інших. Речовини, що приймають участь у процесі передачі тепла називають теплоносіями. Теплоносії, що мають більш високу температуру і віддають тепло прийнято називати нагріваючими агентами, а теплоносії з більш низькою температурою, ніж середовище, від якої вони сприймають тепло - охолоджуючими агентами.Для здійснення процесів теплообміну застосовують різні по конструкції теплообмінники. Теплообмінник “труба у трубі” застосовують головним чином для нагрівання або охолодження в системі рідина-рідина, коли витрати теплоносія незначні і останні не змінюють свого агрегатного стану. Теплота, що перекачується по трубах робочої рідини у цих теплообмінниках відводиться за рахунок нагріву зрошувальної води та частково за рахунок їі випарювання, внаслідок чого витрати води менше у порівнянні з теплообмінниками інших видів. По друге, в цих теплообмінниках у кожуху і трубах виникають температурні напруження. Тому ці теплообмінники застосовують при невеликій різниці температур (менше 50С) кожуха і труби.Заказник повинен до початку монтажу теплообмінника організувати комісію із представників: заказника, заводу - виробника і монтажної організації. Комісія повинна визначити готовність теплообмінника до монтажу, при цьому перевірити: - якість фундаменту і наявність документів о прийманні фундаменту; готовність приміщення де буде монтуватися теплообмінник. результати огляду приміщення оформляються актом с висновками о готовності приміщення до монтажу. Доставити до місця монтажу теплообмінник в упакованому виді (згідно креслень заводу - виробника).Приймаємо, що у міжтрубному просторі знаходиться азот, а у трубах насичений водяний пар. Пар при тиску р=1,6МПА має температуру t=200,4C [4]. Так, як відбувається значне зниження температури азоту у процесі нагрівання, середню температуру розраховуємо за формулою: , (2.2)Приймаємо попередньо коефіцієнт тепловіддачі від пару, що конденсує , а втрати тиску в азоті допускають високі його швидкості у теплообміннику, згідно [3], приймаємо орієнтовне значення коефіцієнта теплопередачі .Обємні витрати азоту визначаємо за формулою: , (2.5) де - густина азоту, . Швидкість азоту у міжтрубному просторі дорівнює: , (2.6) де - площа прохідного перерізу міжтрубного простору, . Величина критерій Рейнольдсу визначаємо за формулою: , (2.7) де - вязкість азоту, ; Критерій Нусельта: , (2.9) де - коефіцієнти, що залежать від розміщення труб, при розміщенні труб по вершинам трикутника с=0,21, n=0,65, - коефіцієнт кута атаки.Для вибору типу теплообмінника розрахуємо напруження, що виникають в його трубах та кожуху. Середня температура стінки труби знаходимо за формулою: , (2.13) де - середня температура стінки труби, , . Так, як у нашому випадку температура труб вище, ніж кожуха, то трубки будуть стиснуті на величину , а кожух розтягнутий на величину і тоді виконується рівність: , (2.14) При цьому зусилля розтягування кожуха дорівнює зусиллю стискання трубок і кожне з цих зусиль дорівнює температурному зусиллю: , (2.15) Так, як матеріал кожуха та трубок однаковий то зусилля визначаємо за формулою: , (2.16) де - площа поперечного перерізу трубок, ;Кожух теплообмінника представляє собою циліндричну обичайку, що навантажена внутрішнім тиском. 2.3 - Розрахункова схема навантаження кожухаРозрахункова товщина стінки циліндричного кожуха, що працює під внутрішнім тиском визначаємо за формулою: , (2.27) де - розрахунковий внутрішній тиск, Па; Гідростатичний тиск визначаємо за формулою: , (2.29) де - прискорення вільного падіння, ; Визначимо допустиме напруження: , (2.31) де - нормативне допустиме напруження при розрахунковій температурі, Па; Пробний тиск при гідроіспитах визначаємо за формулою: , (2.32) де - допустиме напруження для матеріалу при температурі 20 . Визначимо товщина стінки тонкостінної обичайки, що навантажена внутрішнім тиском: , (2.34) де С - сумарна прибавка на товщину, мЕліптичне днище працює під внутрішнім тиском. Розрахункова схема днища приведена на рис.Розрахункова товщина стінки циліндричного кожуха, що працює під внутрішнім тиском визначаємо за формулою: , (2.38) Пробний тиск при гідроіспитах визначаємо за формулою: , (2.39) Допустиме напруження при гідро іспитах визначаємо за формулою: , (2.40) де - мінімальне значення межі текучості при температурі 20 . Визначимо сумарну прибавка на товщину за формулою: , (2.41)З конструктивних міркувань приймаємо =12. З конструктивних міркувань приймаємо мм. З конструктивних міркувань приймаємо мм. З конструктивних міркувань приймаємо 16мм. З конструктивних міркувань приймаємо 525мм.=230МПА [5]. умова міцності виконується. =130МПА [5]. умова міцності виконується. Максимальне напруження фланця, що обмежується розміром : , (2.75) Умова міцності для перерізу фланця, що обмежується розміром