СД.03 Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий

1. Основные виды расчетов тепломассообменных аппаратов.

Виды расчетов ТОА:

1. Тепловой конструктивный расчет

2. Тепловой поверочный расчет

3. Компоновочный расчет

4. Гидравлический (аэродинамический) расчет

5. Механический расчет

6. Технико-экономический расчет

1. Тепловой конструктивный расчет выполняется с целью создания нового по конструкции аппарата или выбора его из числа стандартных (по справочникам).

Для его проведения должны быть известны виды теплоносителя, конструктивные особенности аппарата, а также расходы, температуры на входе и выходе (или энтальпии и тепловая нагрузка). В процессе провдения теплового конструктивного расчета получаем необходимую (расчетную) поверхность ТО-на (F_p).

2. Тепловой поверочный расчет выполняется с целью определения конечных температур ТН-лей или тепловой нагрузки аппарата. В данном случае известны площадь и конструкция ТОА, d_н, δ_ст, m, z₁, z₂, G₁, G₂, t’₁, t’₂, свойства ТН-лей.

В результате расчета находим тепловую нагрузку аппарата Q, t”₁, t”₂.

3. Компоновочный расчет выполняется с целью выбора проходных сечений каналов и труб, числа ходов и габаритных размеров ТОА. Для его проведения должны быть известны: площадь, а также характеристика ТО-й поверхности.

Результат: габариты, число ходов, число труб. Компоновочный расчет зависит от конструктивных особенностей ТОА.

4. Гидравлический (аэродинамический) расчет производится с целью определения потерь давления ТН-лей при их движении через ТОА.

Для его проведения должна быть известна конструкция ТОА. Результатом является определение ΔP₁, ΔP₂.

5. Механический расчет производится с целью проверки на прочность, плотность и жескость деталей аппаратов и их соединений. (см. ОКЭО, II к.) При проведении мехнического расчета руководствуются определенными ГОСТми и правилами.

Все аппараты, работающие под избыточным давлением P>0,7 МПа подлежат правилам Госгортехнадзора.

6. Технико-экономический расчет выполняется с целью определения затрат на изготовление, монтаж и эксплуатацию ТОА.

Тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический, механический и технико-экономический расчеты вместе составляют так называемый проектный расчет.

2. Классификация тепломассообменных аппаратов

Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одних тел к другим. В них ТО-н может осуществляться как между двумя, там и более средами.

ТОА различают по следующим признакам:

I. По назначению

II. По принципу действия

III. По фазовому состоянию ТН-лей

IV. По конструкции и т.д.

I. По назначению:

1. Подогреватели-подогрев ТН-ля без изменения фазового состояния нагреваемого ТН-ля

2. Испарители-нагреваемый теплоноситель претерпевает фазовый переход

3. Паропреобразователи-ТО-ки, в которых греющий ТН-ль переходит из парообразного состояния в жидкое (конденсируется), а нагреваемый ТН-ль испаряется. Используются в процессе выпаривания растворов t₂<t₁.

4. Конденсаторы-один из ТН-лей конденсируется

5. Холодильники-ТО-ки, противоположные по назначению нагревателю.

II. По принципу действия:

Рекуперативные Регенеративные Смесительные Без полного смешения

–Поверхностными ТОА называются аппараты, в кторых между ТН-ми находится резделяющая стенка или насадка. В них не происходит прямого контакта или смешения ТН-лей. Поверхностью ТО-на является поверхность трубы или насадки.

–Контактные ТОА-в них отсутствует разделяющая стенка, т.е. в них происходит непосредственный контакт между греющим и нагреваемым ТН-ми.

–Рекуперативные ТОА-это аппраты, в которых передача теплоты от одного ТН-ля к другому осущестляется через разделяющую стенку, причем в каждой точке резделительной стенки тепловой поток имеет постоянные направление и время.

Тепловой поток направлен от греющего ТН-ля к нагреваемому.

–Регенеративные поверхностные ТОА-это аппраты, в кторых передача тепла от одного ТН-ля к другому осуществляется через промежуточную стенку (насадку). В этих ТОА тепловой поток меняется по времени и направлению, т.е. процесс передачи теплоты заключается в следующем: в период нагрева насадки греющий ТН-ль нагревает ее, отдавая теплоту (период нагрева). За период нагрева насадка аккумулирует в себе определенную теплоту. Во второй период, называемый периодом охлаждения, насадка омывается нагреваемым ТН-лем и отдает ему аккумулированную теплоту.

В период нагрева тепловой поток идет от греющего ТН-ля к насадке, а в период охлаждения от насадки к нагреваемому ТН-лю. Пример-РВП.

–Смесительные ТОА-в них происходит непосредственное смешение двух и более птоков ТН-лей. На выходе получается единый поток.

–Смесители без полного смешения-ТОА, в которых при непосредственном контакте ТН-лей может происходить частичное их смешение (напрмер, скруббер).

III. По фазовому состоянию ТН-лей.

Каждый ТН-ль может иметь 3 состояния: твердое, жидкое, газообразное. (жидкость-жидкость, газ-жидкость, газ-газ).

IV. По конструкции.

Трубчатые, пластинчатые, оребренные, ламельные.

Особые признаки:

1. По режимам работы (непрерывного и периодического действия).

В аппаратах непрерывного действия стационарный тепломассобмен. Изменение в них возможно только лишь в момент пуска и останова или при переходе с одного стационарного режима на другой.

В ТОА периодического действия , т.е. тепловой поток меняется во времени. В них наблюдается нестационарные ТО-н. (Н-р, электрический чайник).

2. ТОА, использующие промежуточные носители (промежуточный ТН-ль внутри ТОА).Например, тепловые трубы, движущиеся подогреватели с твердой насадкой.

3. Методика теплового расчета рекуперативных теплообменных аппаратов.

Тепловой и конструктивный расчеты базируются на 3 основных уравнениях:

1. Уравнение теплового баланса. Оно выражает закон сохранения энергии в ТОА

Q₁-теплота, подведенная первым ТН-ем

Q₂-теплота отведенная

Q_пот-потери в окружающую среду

Q₁= Q₂+ Q_пот

Q₂= Q₁·η,

Где η<1-коэффициент удержания теплоты изоляцией,

η =0,97-0,99

Если оба ТН не меняют фазовое состояние

Q=G1Cp1(t1’-t1’’) η= G2Cp2(t2’-t2’’)

Если греющий меняет

Q=G1 (i1’-i1’’) η= G2Cp2(t2’-t2’’)

Если нагреваемый меняет – в второй скобке энтальпии, Если оба меняют – везде энтальпии.

В конце расчета ТОА необходимо уточнить потери.

2. Уравнение сплошности (сохранения расхода).

При проектировании ТОА не учитывают возможные утечки ТН-лей и поэтому G₁=const, G₂=const, кг/с.

3. Уравнение теплопередачи

Q=Q₂=kFдельтаt,

Где k-коэффициент теплопередачи,

F-расчетная поверхность ТО-на, м²

-средний температурный напор в ТОА, ⁰С(К)

Эти 3 уравнения составляют систему.

Порядок теплового конструктивного расчета:

1. По исходным данным на основе уравнений теплового баланса находят недостающие данные.

2. В зависимости от вида и типа ТОА определяют вид поверхности ТО-на.

3. На основе эмпирических, критериальных или других уравнений находим коэффициенты теплоотдачи α₁, α₂.

4. Находим коэффициент теплопередачи k

5. Находим в зависимости от схемы движения ТН-ля

6. Находим расчетную поверхность ТО-на:

4. Гидравлический расчет рекуперативных теплообменных аппаратов.

Для проведения гидравлического расчета д.б. известны конструкция ТОА, скорости движения ТН-ля, диаметры труб материал труб, степень чистоты поверхности ТО-на.

При режим ламинарный

А=f(a/b, d₁/d₂)

При ламинарном режиме с учетом шероховатости:

-формула Альтшуля

без учета шероховатости:

Для кольцевых каналов:

Общие потери давления в трубном пространстве:

где -потери на трение, Па

(по ф-ле Дарси)

Полученное значение потерь на трение обычно умножают на коэффициент загрязнения Для медных и латунных чистых гладких труб . Новые стальные трубы . Для загрязненных медных и латунных труб . Загрязненные стальные трубы . Прежде чем производить расчет, необходимо проставить сопротивления на чертеже. =1,5 -вход в камеру с поворотом на 90⁰. =1,5 -вход в трубки и пр.

-потери на местные сопротивления, Па

Затраты мощности на прокачку ТН-ля:

, кВт

Поиск по сайту: