V. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА

 

1. Расчет диаметров штуцеров проводим по уравнению расхода

 

d = [G/(0,785·w·ρ)]0,5

 

где G – массовый расход теплоносителя кг/с; w – принимаемая скорость потока, (скорость жидкости, движущейся самотеком принимается равной 0,5 м/с; жидкости под давлением – 3-5 м/с; скорость пара, подаваемого под давлением принимается 30- 40 м/с;)

ρ – плотность теплоносителя, кг/м3.

Полученный диаметр округляем до ближайшего стандартного значения в сторону увеличения.

 

2. Выбор фланцев

 

Для крепления крышек и днищ к обечайке корпуса к ним привариваются фланцы. Конструкции стандартных стальных плоских приварных фланцев, а также их размеры приведены в ОСТ 26-426-79 [7, 8].

Приделы применения фланцев для аппаратов в зависимости от расчетной температуры и давления, и материалы для их изготовления приведены в ОСТ 26-425-79 [7, 8]..

Для уплотнения во фланцевых соединениях применяют прокладки:

1. неметаллические, асбометаллические и комбинированные на соединительном выступе фланцев;

2. неметаллические и асбометаллические в уплотнении выступ-впадина;

3. неметаллические и асбометаллические в уплотнении шип-паз для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы);

4. металлические плоские в уплотнении шип-паз;

5. металлические овального и восьмиугольного сечений.

Рекомендуемая конструкция фланцев: плоские стальные приварные (рис. 5). Размеры фланцев выбираем по справочнику [7] по внутреннему диаметру обечайки аппарата или по условному проходу штуцера. Основные размеры фланцев приведены в Приложении 6.

 

 

3. Выбор опор для крепления аппарата

 

Опоры (лапы) для крепления теплообменников выбираются по справочнику [7, 8], исходя из массы теплообменника, включая его полную загрузку теплоносителями.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Кудрявцев В.А. Процессы и аппараты пищевых производств [Текст]:

учеб.пособие: в 3 ч./В.А. Кудрявцев; Курск.гос.техн.ун-т. Курск,2006. 780 с.

2. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок [Текст]/А.М. Бакластов [и др.] М.:Энергоатомиздат, 1981. 336 с.

3. Промышленные тепломассобменные процессы и установки [Текст]/А.М. Бакластов [и др.] М.:Энергоатомиздат, 1986. 328 с.

4. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст]/К.Ф.Павлов, Н.Г. Романков, А.А. Носков. Л.: Химия, 1981. 624 с.

5. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]: в 2 кн./ Н.И. Гельперин. М.:Химия, 1981. 812 с.

6. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей [Текст]/ Н.Б. Варгафтик. Л.:Наука, 1972. 720 с.

7. Основные процессы и аппараты химической технологии [Текст]: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский [и др.] под ред Ю.И. Дытнерского. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Химия, 1991. 496 с.

8. Лащинский, А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры [Текст]: справочник/ А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. М.; Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы 1963. 468 с.

 

 

Приложение 1.

Таблица 1. Параметры кожухотрубчатых теплообменников и холодильников (по ГОСТ15118-79, ГОСТ 1512-79, ГОСТ 15122-79)

 

D кожуха в мм       d труб в мм Число ходов* Общее число труб шт     Поверхность теплообмена (в м2)** при длине труб, м.   Площадь сечения потока 102м2       Площадь сечения одного хода по трубам, 102м.
  1,0   1,5   2,0   3,0   4,0   6,0   9,0 В вырезе перегородок Между перегородкам
20×2 25×2 1,0 1,0 2,0 1,5 2,5 2,0 3,5 3,0 - - - - - - 0,3 0,4 0,5 0,8 0,4 0,5
20×2 25×2 4,0 3,0 6,0 4,5 7,5 6,0 11,5 9,0 - - - - - - 0,7 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
20×2   25×2 - - - - 9,5 8,5 7,5 6,5 12,5 11,0 10,0 9,0 19,0 17,0 14,5 13,0 25,0 22,5 19,5 17,5 - - - - - - - - 1,1 1,1 1,3 1,3 2,0 1,6 2,9 1,5 2,0 0,9 2,1 1,0
20×2   25×2 - - - - - - - - 23,0 21,0 17,0 16,0 34,0 31,0 26,0 24,0 46,0 42,0 35,0 31,0 68,0 63,0 52,0 47,0 - - - - 1,7 1,7 2,0 2,0 2,5 3,0 3,1 2,5 3,6 1,7 3,8 1,7
20×2   25×2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4,1 4,1 4,1 3,7 4,0 4,0 4,0 3,7 6,6 4,8 4,8 4,8 5,3 4,5 4,5 4,5 7,8 3,7 1,6 0,9 8,9 4,2 1,8 1,1
20×2   25×2 - - - - - - - - - - - - - - - - 6,9 6,9 6,9 6,5 7,0 7,0 7,0 6,5 9,1 7,0 7,0 7,0 7,9 7,0 7,0 7,0 14,4 6,9 3,0 2,0 16,1 7,7 3,0 2,2
20×2   25×2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10,1 10,1 10,1 9,6 10,6 10,6 10,6 10,2 15,6 14,6 14,6 14,6 14,3 13,0 13,0 13,0 23,6 11,4 5,1 3,4 25,9 12,4 5,5 3,6
  20×2   25×2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14,5 14,5 14,5 13,1 16,4 16,4 16,4 14,2 18,7 17,6 17,6 17,6 17,9 16,5 16,5 16,5 34,2 16,5 7,9 4,9 37,5 17,9 8,4 5,2

 

* Холодильники диаметром 325 мм и более могут быть только с числом ходов 2,4 или 6.

**Рассчитана по наружному диаметру труб

 

Приложение 2.

Таблица 2. Параметры кожухотрубчатых теплообменников и конденсаторов с плавающей головкой (по ГОСТ 14246-79 и ГОСТ 14247-79)

 

D кожуха, мм   d труб* мм   Число ходов**   Площадь сечения одного хода по трубам, м2 Поверхность теплообмена (м2) при длине труб, м   Площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве*** м2
  3,0   6,0***   9,0***
20×2 25×2 0,007 - 0,007 - 26 - 20 - - - - - 0,012 - 0,012 -
20×2 25×2 0,012 - 0,014 - 46 - 38 - - - - - 0,020 - 0,019 -
20×2 25×2 0,020 - 0,023 - 76 - 62 - - - - - 0,031 - 0,030 -
20×2     25×2 0,030 0,034 0,013 0,014 - 0,008 0,034 9,037 0,015 0,016 - 0,007 - - - - - - 117 131 107 117 - 113 96 105 86 94 - 87 176 196 160 175 - - 144 157 129 141 - - 0,048 0,042 0,048 0,042 0,048 0,042 0,043 0,040 0,043 0,040 0,043 0,040
20×2     25×2 0,026 0,063 0,025 0,025 - 0,016 0,060 0,069 0,023 0,024 - 0,018 - - - - - - 212 243 197 225 - 216 179 181 157 173 - 164 318 364 295 337 - - 255 285 235 259 - - 0,043 0,071 0,078 0,071 0,078 0,071 0,074 0,068 0,074 0,068 0,074 0,068
20×2     25×2 0,092 0,106 0,043 0,049 - 0,032 0,103 0,119 0,041 0,051 - 0,034 - - - - - - 346 402 330 378 - 368 284 325 267 301 - 290 519 603 495 567 - - 426 488 400 451 - - 0,115 0,105 0,115 0,105 0,115 0,105 0,117 0,112 0,117 0,112 0,117 0,112
20×2     25×2 0,135 0,160 0,064 0,076 - 0,046 0,155 0,179 0,072 0,086 - 0,054 - - - - - - 514 604 494 576 - 563 423 489 403 460 - 447 771 906 741 864 - - 635 733 604 690 - - 0,138 0,147 0,138 0,147 0,138 0,147 0,126 0,113 0,126 0,113 0,126 0,113
20×2     25×2 0,188 0,220 0,084 0,102 - 0,059 0,214 0,247 0,099 0,110 - 0,074 - - - - - - 715 831 693 798 - 782 584 675 561 642 - 626 1072 1246 1040 1197 - - 876 1012 841 963 - - 0,179 0,198 0,179 0,198 0,179 0,198 0,174 0,153 0,174 0,153 0,174 0,153

 

* Трубы Ø 25×2 мм должны быть изготовлены из высоколегированных сталей, допускаются трубы из углеродистой стали но Ø 25×2,5 мм.

** Шесть ходов по трубам может быть только у конденсаторов

*** Данные в правых столбцах относятся к расположению труб в трубных решетках по вершинам равносторонних треугольников, остальные – по вершинам квадратов (по ГОСТ 13202-77)

 

Приложение 3

Таблица 3. Параметры кожухотрубчатых теплообменников с U-образными трубками (по ГОСТ 14245-79)

 

D кожуха, мм   Площадь сечения одного хода по трубам*   Поверхность теплообмена (м2) при длине труб, м Площадь самого узкого сечения в межтрубном пространстве, м.  
3,0   6,0**   9,0**
0,007 - 27 - - - 0,011 -
0,013 - 51 - - - 0,020 -
0,022 - 85 - - - 0,032 -
0,031 0,039 - 120 150 178 223 0,047 0,037
0,057 0,067 - 224 258 331 383 0,085 0,073
0,097 0,112 - 383 437 565 647 0,120 0,108
0,142 0,165 - 564 651 831 961 0,135 0,151
0,197 0,234 - 790 930 1160 1369 0,161 0,187

 

* Рассчитана по наружному диаметру труб.

** Данные в правых столбцах относятся к расположению труб в трубной решетке по вершинам равносторонних треугольников, остальные – по вершинам квадратов (по ГОСТ 13203-77).

 

 

Приложение 4

Ориентировочные значения коэффициента теплопередачи К

 

  Вид теплообмена     К, Вт/( м2·К)
Для вынужденного движения Для свободного движения
От газа к газу 10-40 4-12
От газа к жидкости 10-60 6-20
От конденсирующегося пара к газу 10-60 6-12
От жидкости к жидкости: - для воды - для углеводородов и масел   800-1700 120-270   140-430 30-60
От конденсирующегося водяного пара: - к воде - к кипящей жидкости - к органическим жидкостям     800-3500 800-3500 120-340     300-1200 300-2500 60-170
От конденсирующегося пара органических жидкостей к воде   300-800   230-460

 

 

Приложение 5

Тепловая проводимость загрязнений стенок 1/rз

 

Теплоносители 1/rз, Вт/(м2·К)
Вода: - загрязненная - среднего качества - хорошего качества - дистиллированная   1400-1860 1860-2900 2900-5800
Воздух
Нефтепродукты, масла, пары хладагентов
Нефтепродукты сырые
Органические жидкости, рассолы, жидкие хладагенты  
Водяной пар, содержащий масла
Пары органических жидкостей

 

Приложение 6

Таблица размеров штуцеров

 

Dу Dн D Dб D1 dв z h
М12
М12
М14
М16
М16
М16
М16
М16
М20
- М20

 

Приложение 7

Теплофизические свойства воды:

 

             
.01 .001 .000000001 .000001 .0001 .01
t Плотность Теплоемкость Теплопроводность Кинем.вязкость Коэф.терм.расширени Поверхностное натяжение Критерий Прандтля Теплота парообразования
С кг/м3 кДж/(кг*К) Вт/(м*К) м2/с 1/К Н/м   кДж/кг
-63
2477.4
2453.8
2431.4
2406.5
2382.5
2358.4
2333.8
2308.9
2283.4
2257.2
2230.5
2202.9
2174.4
2144.9
2114.1
2082.3
2048.9

 

Теплофизические свойства газа

         
.01 .0001 1E-08 1E-08 .01
t Плотность Теплоемкость Теплопроводность Кин.вязкость Давл.нас.вод. паров Критерий Прандтля
С кг/м3 кДж/(кг*К) Вт/(м*К) м2/с бар  
1.295 104.2
0.950 106.8
0.748 109.7
0.617 112.2
0.525 115.1
0.457 118.5
0.405 121.4
0.363 123.9
0.330 126.4
0.301 129.0
0.275 130.6
0.257 132.3
0.240 134.0

Теплофизические свойства воздуха:

 

         
.01 .001 1E-08 .001
t Плотность Теплоемкость Теплопроводность Кин.вязкость Давл.нас.вод. паров Критерий Прандтля
С кг/м3 кДж/(кг*К) Вт/(м*К) м2/с бар  
-10 1.342 100.9 23.61 0.00259
1.293 100.5 24.42 0.006108
1.247 100.5 25.12 0.012271
1.205 100.5 25.93 0.023368
1.165 100.5 26.75 0.042417
1.128 100.5 27.56 0.073749
1.093 100.5 28.26 0.12335
1.060 100.5 28.96 0.19919
1.029 100.9 29.66 0.31161
1.000 100.9 30.47 0.47359
0.972 100.9 31.28 0.70108
0.946 100.9 32.10 1.01325
0.898 100.9 33.38 1.9854
0.854 101.3 34.89 3.6136
0.815 101.7 36.40 6.1804
0.779 102.1 37.80 10.027
0.746 102.6 39.31 15.551
0.674 103.8 42.68 39.776
0.615 104.7 46.06 85.917

 

 

Приложение 8

При выполнении чертежей общего вида аппаратов следует учитывать изменения и дополнения к ГОСТ 2.305-68 «Изображения – виды, разрезы, сечения» от 23.08.89 №2615, приведенные ниже.

При обозначении видов, разрезов, сечений и выносных элементов не следует применять линию, подчеркивающую эти обозначения.

В случае использовании я выносного элемента соответствующее место, отмеченное на виде, разрезе или сечении замкнутой сплошной тонкой линией, окружностью, овалом и т.д. обозначают на полке линии-выноски прописной буквой или сочетанием прописной буквы с арабской цифрой.

Обозначение видов, разрезов, сечений и выносных элементов осуществляют последовательно в строчку: сначала дают буквенное обозначение, затем – масштаб в круглых скобках (без написания прописной буквы М), если он отличается от масштаба на фронтальной проекции, а далее – по необходимости.

Если виды сверху, слева, справа, снизу, сзади не находятся в непосредственной проекционной связи с главным изображением (видом или разрезом, изображенном на фронтальной плоскости проекций), то направление проектирования должно быть указано стрелкой у соответствующего изображения. Над стрелкой и над полученным изображением (видом) следует нанести одну и ту же прописную букву без использования слова «Вид». Соотношение размеров стрелок, указывающих направление взгляда, должно соответствовать приведенным ниже:

 

Слово «развернуто» при обозначении сечений заменяют условным обозначением. При повертывании дополнительных видов, разрезов и сечений до положения, соответствующего принятому для данного предмета на главном изображении, в их обозначении вместо слова «повернуто» используют условное графическое обозначение. При необходимости указывают угол поворота, записывая численное значение угла справа от условного графического обозначения. Указанные условные графические обозначения («развернуто», «повернуто» и обозначение угла) должны соответствовать приведенным ниже:

Местные разрезы следует выделять сплошной волнистой линией или сплошной тонкой линией с изломом.

Предметы и элементы, имеющие постоянное или закономерно изменяющееся поперечное сечение, допускается изображать с разрывами. Частичные изображения и изображения с разрывами ограничивают одним из следующих способ, показанных ниже:

а –сплошной тонкой линией с изломом, который может выходить за контур изображения на длину от 2 до 4 мм; эта линия может быть наклонной относительно линии контура; б – сплошной волнистой линией.