Курсовая работа: Расчет и проектирование вертикального кожухотрубного теплообменника для пастеризации продукта

Из-за маленькой скорости движения теплоносителей одноходовые теплообменники характеризуются низкими коэффициентами теплоотдачи. С целью интенсификации теплообмена в кожухотрубных теплообменниках пучок труб секционируют, разделяют на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель проходит последовательно. Разбивка труб на ряд ходов достигается с помощью перегородок в верхнем и нижнем днищах. Так же секционировать можно и межтрубное пространство за счет установки направляющих перегородок. Благодаря всем этим способам достигается повышение скорости теплоносителя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в трубном пространстве.

При проектировании кожухотрубных теплообменников теплоноситель, который наиболее загрязняет поверхность теплообмена, направляют в трубное пространство, которое легче очищать.

1.2 Ообщие сведения о развальцовке труб теплообменника

Наиболее распространенный способ крепления труб в решетке — развальцовка. Трубы вставляют в отверстия решетки с некоторым зазором, а затем обкатывают изнутри специальным инструментом, снабженным роликами (вальцовкой). При этом в стенках трубы создаются остаточные пластические деформации, а в трубной решетке — упругие деформации, благодаря чему материал решетки после развальцовки плотно сжимает концы труб. Однако при этом материал труб подвергается наклепу (металл упрочняется с частичной потерей пластичности), что может привести к растрескиванию труб. С уменьшением начального зазора между трубой и отверстием в решетке наклеп уменьшается, поэтому обычно принимают зазор 0,25 мм. Кроме этого для обеспечения качественной развальцовки и возможности замены труб необходимо, чтобы твердость материала трубной решетки превышала твердость материала труб.

Развальцовочное соединение должно быть прочным и плотным (герметичным). Прочность соединения оценивают усилием вырыва трубы из гнезда, плотность — максимальным давлением среды, при котором соединение герметично.Развальцовка является наиболее распространенным способом получения прочных и герметичных соединений труб с трубными решетками (коллекторами) теплообменных аппаратов.

Для получения надежного соединения трубы с трубной решеткой (коллектором) необходимо выполнить следующее условие:

D' = Dо + + KxS,

где D'- расчетный внутренний диаметр трубы после развальцовки
Dо- внутренний диаметр трубы до развальцовки
- диаметральный зазор между трубой и трубной решеткой

(= Dотв - Dн)

S-толщина стенки трубы

К- коэффициент, учитывающий тип теплообменного аппарата:
К = 0,1 - для конденсаторов, маслоохладителей, водоподогревателей, испарителей, бойлеров и т.п.

К = 0,2 - для котлов

Для того, чтобы правильно выбрать инструмент для развальцовки труб в трубных решетках, необходимо располагать следующей информацией:

· материал трубной решетки;

· диаметр отверстий трубной решетки “Dотв” (см. рис. 3);

· толщина трубной решетки “H” (см. рис. 3);

· шаг перфорации (расстояние между центрами соседних отверстий) “t” (см. рис. 10);

· наличие в отверстиях трубной решетки уплотнительного рельефа, формируемого шариковым раскатником (см. рис. 4);

· наличие в трубной решетки канавок (см. рис. 5);

· наличие двойных трубных решеток, их толщины “Н₁ ” и “Н₂ ” и расстояние “B” между трубными решетками (см. рис.9);

· материал трубы;

· наружный диаметр трубы "Dн" (см. рис.6);

· толщина стенки трубы "S" (см. рис.6);

· высота выступания труб "h" над плоскостью трубной решетки (см. рис.6);

· глубина развальцовки труб "L" (см. рис.6);

· наличие отбуртовки конца трубы (см. рис.8);

· наличие сварки в соединении трубы с трубной решеткой (см. рис.7)

2 Расчетно-конструкторская часть.

2.1 Тепловой расчет аппарата.

Исходные данные. Проектируемый кожухотрубный теплообменник предназначен для пастеризации продукта от начальной (на входе в аппарат) температуры t₁ =12 ⁰ С, до конечной (на выходе из аппарата) t₂ =70 ⁰ С. Производительность аппарата G=2,8. Продукт попадает в трубное пространство принудительно с помощью насоса и двигается по трубам со скоростью w=2,0 . Греющий пар подводится в меж трубное пространство с температурой t_п =140 ⁰ С. Теплообменные трубы Æ30´2,5 мм (внешний диаметр d=30 мм, толщина стенки d_ст =2,5 мм), длина труб в пучке l_Т =2,5 г. Материал труб — медь, толщина слоя загрязнения на поверхности трубок s=0,001 г, абсолютная шероховатость внутренней стенки трубки D=0,01. Коэффициент полезного действия (к.п.д) насоса =0,8.

Средняя разность температур теплоносителя и продукта , ⁰ С (по формуле (1.16)):