Расчёт теплообменного аппарата

Литература

1. Ю.К.Молоканов  Процессы и аппараты нефтегазопереработки М.: Химия, 1997-368с.
2. А.А.Кузнецов  Расчет  процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности Л.: Химия, 1974-336с.
3. А.И.Плановский  Процессы и аппараты химической технологии М.: Химия, 1975-368с.
4. А.Г.Сарданашвили  Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа  М.: Химия, 1980-256с.
5. М.Г.Рудин  Краткий справочник нефтепереработчика Л.: Химия, 1980-328с.
6. С.В.Адельсон Процессы и аппараты нефтепереработки и нефтехимии М. – Л.: Химия, 1963 – 308с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

1. Теоретическая часть
1. Назначение аппарата. Место аппарата в технологических процессах               4
2. Выбор теплообменной аппаратуры. Описание конструкции аппарата              5 
3. Способы интенсификации процесса теплообмена                                               6

 

2. Расчетная часть
1. Составляем уравнение теплового баланса                                                        7
2. Расчет основных конструктивных размеров              10
3. Расчет физических параметров нефти                                                                   10
4. Расчет физических параметров гудрон                                                                  12
5. Расчет коэффициента теплопередачи                                                                    13
6. Гидравлический расчет теплообменного аппарата                                              17

 

Литература                      20

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Теоретическая  часть

1. Назначение аппарата. Место аппарата в технологических процессах.  

 

В процессе нефте- и газопереработке требуется подводить или отводить тепло, чтобы обеспечить требуемые температуры в соответствующих аппаратах. Для этих целей служат специальные аппараты, называемые теплообменными или теплообменниками. В теплообменниках один поток отдает тепло, а другой принимает, т.е. один поток нагревается, а другой охлаждается.

В зависимости  от целевого назначения теплообменные  аппараты можно разделить на следующие  группы:

- нагреватели,  испарители, кипятильники;

- холодильники, конденсаторы;

- кристаллизаторы;

- регенеративные  теплообменники.

Если  процесс проводится для сообщения  тепла холодному теплоносителю, то участвующий в теплообмене  горячий теплоноситель будет  называться нагревающим агентом. Если же процесс состоит в отводе тепла  от горячего теплоносителя, то холодный теплоноситель, которому сообщается отводимое  тепло, называется охлаждающим агентом.

В ряде случаев целевое назначение имеют  оба процесса – нагревание холодного  теплоносителя и охлаждение горячего. Тогда теплообменные аппараты называют собственно теплообменниками.

Часто в теплообменных аппаратах в  процессе теплообмена происходит изменение  агрегатного состояния одного из теплоносителей: конденсация горячего или испарение холодного теплоносителя. Аппараты применяются при конденсации  горячего теплоносителя, почти не отличаются от других теплообменных аппаратов. Теплообменная аппаратура является очень распространенным типом сварных  сосудов и аппаратов. Конструкции  их разнообразны: к ним относятся  так же аппараты воздушного охлаждения. Однако большей частью теплообменные  аппараты, эксплуатируемые химическими, нефтеперерабатывающими и другими  предприятиями. Их изготовлением занимается целый ряд специализированных заводов.

Теплообменные аппараты предназначены для теплоты  между различными средами. По роду теплоносителей в зависимости от их состояния  теплообменные аппараты различаются  на парожидкостные: жидкостно-жидкостные, газожидкостные: газо-газовые и парогазовые.

   Наиболее распространены кожухотрубчатые теплообменные аппараты:  

   ТП – с неподвижными трубными  решетками;

   ТК – с температурным компрессором  на кожухе;

   ТП – с плавающей головкой;

   ТУ – с U – образными теплообменными труппками;

   ТУ – с сальником на плавающей  головке.

   Для изготовления теплообменных  аппаратов используют углеродистые  стали, жаропрочные и корозионно-стойкие стали, цветные металлы. Применение сталей указанных марок определяется рабочими условиями и степенью агрессивности среды, а также условиями изготовления.

2. Выбор теплообменной  аппаратуры. Описание конструкции аппарата.

 

 Для достижения высоких коэффициентов  теплопередачи теплоносители следует  пропускать через аппарат с большими скоростями, однако, при этом возрастает гидравлическое сопротивление. Кроме  того для получения высокого коэффициента теплопередачи поверхность теплообмена  должна быть свободна от загрязнений, она должна быть доступна для очистки. При увеличении скорости одного из теплоносителей, коэффициент теплопередачи  заметно повышается лишь в этом случае, если коэффициент теплопередачи  со стороны другого теплоносителя  достаточно высок, а тепловое сопротивление  стенки и загрязнений невелико. Так, если коэффициент теплопередачи  в межтрубном пространстве значительно  ниже, и если в трубах, то возрастание  скорости в трубах почти не влияет на величину коэффициента теплопередачи, в этом случае следует увеличить  коэффициент теплопередачи в  межтрубном пространстве, например, путем  установки в нем перегородок. Для решения вопроса о том, какой из теплоносителей пускать  по трубам и какой с наружной стороны  труб, надо придерживаться следующих  правил:

 

1. Теплоноситель, из которого выделяются осадки, рекомендуется  пропускать с той стороны поверхности  теплообмена, с которой легче  производить очистку;
2. Для достижения большого коэффициента теплопередачи с меньшим коэффициентом теплопередачи, следует пропускать по трубам;
3. Теплоноситель, оказывающий коррозионное действие на аппаратуру целесообразно пропускать по трубам, так как в этом  случае применение антикоррозионного материала необходимо только для труб, решеток и камер, кожух не может быть сделан из обычного материала;
4. Для уменьшения потерь тепла теплоносителем с высокой температурой целесообразно пропускать по трубам; в холодильниках  потери тепла уменьшают расход охлаждающего агента, поэтому горячий теплоноситель следует пропускать по трубам; в холодильниках потери тепла уменьшают расход охлаждающего агента, поэтому горячий теплоноситель следует пропускать с наружной стороны труб;
5. Теплоноситель с высоким давлением необходимо пропускать по трубам, чтобы корпус не находился под давлением.

 

 Кожухотрубчатые теплообменники применяются при большом объеме пропускаемого по трубам теплоносителя, а также в качестве конденсаторов паров органических жидкостей. Использование их в других случаях обычно приводит к низкому коэффициенту теплопередачи. Кожухотрубчатые теплообменники являются одними из  наиболее распространенных. Кожухотрубчатые теплообменники состоят из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках.

Пучок труб расположен внутри общего кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой – в пространстве между кожухом и трубами. Это  устраняет температурные напряжения в конструкции и позволяет  работать с большими разностями температур теплообменивающих сред. Кроме того, возможна чистка трубного пучка и  корпуса аппарата, облегчается замена труб пучка. Однако конструкция теплообменников  с плавающей головкой более сложна, а плавающая головка недоступна для осмотра при работе аппарата.

Перегородки, устанавливаемые в распределительной  камере и в плавающей головке, увеличивают число ходов трубном  пучке.

3. Способы интенсификации процесса теплообмена

 

   Во  многих отраслях техники задача интенсификации процесса теплообмена и создания высокоэффективных теплообменных  аппаратов весьма актуальна. Для  интенсификации процессов теплообмена  применяют следующие приемы:

• Предотвращение отложений (шлама, солей, коррозионных окислов) путем систематической промывки, чистки и специальной обработки поверхностей теплообмена и предварительного отделения из теплоносителей веществ и примесей, дающих отложения;
• Продувка трубного и межтрубного пространств от инертных газов, резко снижающих теплообмен при конденсации паров;
• Искусственная турбулизация потока. При низких значениях числа Рейнольдса Re, соответствующих дотурбулентным режимам, можно искусственной турбулизацией потока (турбулизирующими решетками, искусственной шероховатостью, созданием пульсации или закручиванием потока и т.д.) достичь значений коэффициента теплоотдачи, соответствующих развитому турбулентному режиму. Однако в связи со снижением эффекта, получаемого от искусственной турбулизации, при повышении числа Re может наступить момент, когда темп роста теплоотдачи и развитие турбулентности будет экономически бесполезным;
• Оребрение поверхности теплообмена, целесообразное как для повышения коэффициента теплопередачи, так и для снижения массы теплообменника. Поверхность оребрения, в 5-10 раз превосходящая поверхность несущих трубок, не подвержена одностороннему давлению, а поэтому ребра можно выполнять из более тонкого материала, чем стенки труб, и этим достичь значительного снижения массы аппарата и расхода металла.