Курсовая работа: Расчет тарельчатой ректификационной колонны
Теплообменные аппараты классифицируются по различным признакам. Например, по способу передачи тепла их можно разделить на две группы: поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и смешения. Требования к промышленным теплообменным аппаратам в зависимости от конкретных условий применения весьма разнообразны. Основными требованиями являются: обеспечение наиболее высокого коэффициента теплопередачи при возможно меньшем гидравлическом сопротивлении; компактность и наименьший расход материалов, надежность и герметичность в сочетании с разборностью и доступностью поверхности теплообмена для механической очистки её от загрязнений; унификация узлов и деталей; технологичность механизированного изготовления широких рядов поверхностей теплообмена для различного диапазона рабочих температур, давлений и т. д.
При созданиях новых, более эффективных теплообменных аппаратов стремятся, во-первых, уменьшить удельные затраты материалов, труда, средств и затрачиваемый при работе энергии по сравнению с теми же показателями существующих теплообменников. Удельными затратами для теплообменных аппаратов называют затраты, отнесенные к тепловой производительности в заданных условиях, во-вторых, повысить интенсивность и эффективность работы аппарата. Интенсивностью процесса или удельной тепловой производительностью теплообменного аппарата называется количество теплоты, передаваемого в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при заданном тепловом режиме.
Интенсивность процесса теплообмена характеризуется коэффициентом теплопередачи k. На интенсивность и эффективность влияют также форма поверхности теплообмена; эквивалентный диаметр и компоновка каналов, обеспечивающие оптимальные скорости движения сред; средний температурный напор; наличие турбулизирующих элементов в каналах; оребрение и т. д. Кроме конструктивных методов интенсификации процесса теплообмена существует режимные методы, связанные с изменением гидродинамических параметров и режима течения жидкости у поверхности теплообмена. Режимные методы включают: подвод колебаний к поверхности теплообмена, создание пульсации потоков, вдувание газа в поток либо отсос рабочей среды через пористую стенку, наложении электрических или магнитных полей на поток, предотвращения загрязнений поверхности теплообмена путем сильно турбулизации потока и т. д.
1 ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
1.1 Теплообменники типа «труба в трубе»
При небольших тепловых нагрузках, когда требуемая поверхность теплообмена не превышает 20—30 м2 , целесообразно применение теплообменников типа «труба в трубе». Такие теплообменники изготовляют следующих типов: 1) неразборные однопоточные малогабаритные; 2) разборные одно- и двухпоточные малогабаритные; 3) разборные однопоточные; 4) неразборные однопоточные; 5) разборные многопоточные.
Неразборный теплообменник типа «труба в трубе» изображен на рис. 1. Эти теплообменники могут иметь один ход или несколько (обычно четное число) ходов.
Рнс. 1.1 Неразборный теплообменник типа «труба в трубе»:
/ — теплообменная труба; 2 — кожуховая труба; 3 — калач
Рис. 1.2. Разборный однопоточный малогабаритный (dH до 57 мм) теплообменник типа «труба в трубе»:
/ — теплообменная труба; 2 — распределительная камера для наружного теплоносителя; 3 — кожуховая труба; 4 — крышка
Конструкции разборных теплообменников показаны по рис. 1.2 и 1.3. Однопоточный малогабаритный теплообменник (рис.1.2) имеет распределительную камеру для наружного теплоносителя, разделенную на две зоны продольной перегородкой. В крышке размещен калач, соединяющий теплообменные трубы. Кожуховые трубы крепятся в трубных решетках, теплообменные трубы герметизируются с помощью сальниковых уплотнений. Однопоточные разборные теплообменники из труб большого диаметра (более 57 мм) выполняются без распределительной камеры, так как штуцер для подвода наружного теплоносителя можно приварить непосредственно к кожуховым трубам.
Двухпоточный разборный теплообменник (рис.1.3) имеет две распределительные камеры, а в крышке размещены два калача. Поверхность теплообмена и проходные сечения для теплоносителей при прочих равных условиях в два раза больше, чем в однопоточном теплообменнике. Многопоточные теплообменники типа «труба в трубе» принципиально не отличаются от двухпоточных. Поверхности теплообмена и основные параметры нормализованных теплообменников типа «труба в трубе» приведены в табл. 1.1 и 1.2.
Рис. 1.3. Разборный двухпоточный малогабаритный (dн до 57 мм) теплообменник типа «труба в трубе»:
1,2 — распределительные камеры соответственно для внутреннего и наружного теплоносителя; 3 — кожуховая труба; 4 — теплообменная груба; 5 — крышка
Таблица 1.1. Поверхности теплообмена и основные параметры неразборных и разборных однопоточных и двухпоточных теплообменников типа «труба в трубе»
| Число | Поверхность теплообмена (в t, | ||||||||
| Диаметр теплооб- | Число парал- | теплообмен-ных труб в | по |
наружному диаметру TDV6, М | при длине | Диаметр ** труб | |||
| менных | лельных | одном | кожуха, мм | ||||||
| труб, мм | потоков | анпарате, шт. | 1,5 | 3,0 | 4,5 | 6,0 | 9,0 | 12.0 | |
| 25X3 | 1 | 1* | 0,12 | 0,24 | 0,36 | 0,48 | 57X4 | ||
| 1 | 2 | 0,24 | 0,48 | 0,72 | 0,96 | __ | __ | ||
| 2 | 4 | 0,48 | 0,96 | 1,44 | 1.92 | — | — | ||
| 38X3,5 | 1 | I* | 0,18 | 0,36 | 0,54 | 0,72 | — | — | 57X4; 76X4; |
| 2 | 2 | 0,36 | 0.72 | 1,08 | 1,44 | — | — | 89X5 | |
| 2 | 4 | 0,72 | 1,44 | 2,16 | 2,88 | __ | __ | ||
| 48X4 | 1 | 1* | 0,23 | 0,45 | 0,68 | 0,90 | __ | __ | 76X4; 89X5; |
| 1 | 2 | 0,46 | 0,90 | 1,36 | 1,80 | — | — | 108x4 | |
| 2 | 4 | 0,92 | 1,80 | 2,72 | 3.60 | __ | __ | ||
| 57X4 | 1 | 1* | 0,27 | 0,54 | 0,81 | 1,08 | — | — | 89X5; 108X4 |
| 1 | 2 | 0,54 | 1,08 | 1,62 | 2,16 | __ | __ | ||
| 2 | 4 | 1,08 | 2,16 | 3,24 | 4,32 | __ | __ | ||
| 76X4 | 1 | 1* | — | — | — | 1.43 | 2,14 | 2,86 | 108X4; 133X4 |
| 2 | — | — | 2,14 | 2,86 | 4,28 | — | |||
| 89X5 | 1 | 1* | — | — | — | 1,68 | 2,52 | 3,36 | 133X4; 159X4,5 |
| 2 | — | — | 2,52 | 3,36 | 5,04 | — | |||
| 108X4 | 1 | 1* | — | — | — | 2.03 | 3,05 | 4,06 | 159X4,5; 219X6 |
| 2 | __ | — | 3,05 | 4,06 | 6,10 | --- | |||
| 133X4 | 1 | 1* | — | — | — | 2,50 | 3,75 | 5,0 | 219X6 |
| 2 | — | — | 3,76 | 5,0 | 7,50 | — | |||
| 159X4,5 | 1 | 1* | — | — | __ | 3,0 | 4,5 | 6,0 | 219x6 |
| 2 | — | — | 4,5 | 6,0 | 9,0 | — | |||
* Относится к одному ходу неразборных теплообменников.
** Толщины труб указаны для условных давлений не выше 1,6 МПа.
Таблица 1.2. Поверхности теплообмена и основные параметры разборных многопоточных теплообменников типа «труба в трубе»*
|
Число параллель-ных потоков |
Поверхность теплообмена (м2 ) при длине труб, м | Площадь сечений потоков 104 м2 | |||||||
| Число | |||||||||
| труб в | |||||||||
| одном | внутри | в кольцевых | |||||||
| аппарате, шт. | 3,0 | 6,0 | 9,0 | тепло-обменных | зазорах межтрубного | ||||
| труб | пространства | ||||||||
| 3 | 6 | 3 | 6 | 38 | 92 | ||||
| 5 | 10 | 5 | 10 | --- | 63 | 154 | |||
| 7 | 14 | --- | 14 | 21 | 88 | 216 | |||
| 12 | 24 | — | 24 | 36 | 151 | 371 | |||
| 22 | 44 | — | 44 | 66 | 277 | 680 | |||