«Спроектировать кожухотрубный теплообменник для испарения аммиака в составе холодильной установки» (стр. 2 из 3)

Поток пара, уходящий из испарителя, обычно содержит капли жидкого аммиака; попадание их в цилиндры компрессоров создает опасность аварийного режима работы, особенно при пуске установки или при резком возрастании тепловой нагрузки. Чтобы предотвратить всасывания влажного пара, на линии между испарителем и компрессором установлено сепарационное устройство С1 и С2 (отделитеть жидкости). В потоке пара из компрессора содержится значительное количество смазанного масла. Масляная пленка, попадающая на поверхности теплообменных аппаратов, заметно ухудшает интенсивность теплообмена. В маслоотделителе М большая часть масла задерживается и по мере накопления возвращается в картер компрессора.

Обратный клапан разгружает компрессор от высокого давления нагнетания при автоматической остановке, а также защищает от прорыва аммиака в рабочее помещение при авариях.

Расположенный ниже конденсатора линейный ресивер Р1 и Р2 является сборником конденсата и выполняет две функции: сохраняет теплообменную поверхность конденсата незатопленной и создает запас рабочего тела для компенсации неравномерности расхода жидкости при колебаниях тепловой нагрузки. Автоматическое дроссельное устройство постоянно обеспечивает оптимальное заполнение испарителя жидкостью, обычно на уровне верхнего ряда труб. Для удаления воздуха, который скапливается в системе служит воздухоотделитель В.

Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема холодильной установки

2.2 Устройство и принцип работы аппарата

Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.

Рисунок 2.2 – Эскиз теплообменного аппарата:

1 – кожух; 2 – трубы; 3 – трубные решетки; 4,5 – распределительные камеры; 6 – козырек-отражатель; 11 – перегородка.

Данный аппарат (рис 2.2) относится к теплообменным аппаратам тепло в котором, от горячего теплоносителя к холодному передаётся через стенку (в нашем случае через тонкую стенку металлической трубки).
В данном испарителе аммиак под давлением поступают в межтрубное пространство, где испаряется на поверхности пучка труб, и в виде пара выводится из аппарата и направляется по технологическому процессу.

В трубное пространство аппарата подаётся 25%-й раствор СаСl₂, где она охлаждается, отдавая тепло аммиаку. Испаритель состоит из трубчатки - пучка труб закреплённых в двух трубных решётках, данный пучок и составляет основную поверхность теплообмена; двух сьёмных крышек для подвода и отвода раствора СаСl₂.

2.3 Тепловые балансы и

расчеты

Тепловая нагрузка аппарата Q определяется по уравнению теплового баланса, [1]:

Q = Q_г или Q = Q_х + Q_пот (2.1)

где Q_г-количество теплоты, отдаваемое горячим теплоносителем, Вт;
Q_х- количество теплоты, воспринимаемое холодным теплоносителем, Вт ;
Q_пот - тепловые потери, принимаемые в размере 3-5 % от Q_г, Вт.

Так как теплоноситель, расход которого задан по условию, изменяет свое агрегатное состояние, то уравнение для определения Q имеет следующий вид [1]:

Q= 1,05∙Q_исп=1,05∙G_х∙r (2.2)

Q= 1,05∙

=35044 Вт

где Q_исп - количество теплоты, необходимое для испарения, Вт; Q _нагр - количество теплоты, необходимое для нагревания жидкости от t_нх до температуры испарения t_исп , Вт; r - удельная теплота парообразования, Дж/кг.

Температура парообразования аммиака при давлении Р=2 атм. составит t_исп =-18,7 ⁰С [3]; r=1335 кДж/кг – удельная теплота парообразования, [3].

При t_исп= -18,7 ⁰С физико-химические свойства аммиака:

= 4,6∙10³ Дж/(кг·К), [1] - удельная массовая теплоемкость аммиака;

=0,2∙10^-3 Па∙с, [1] - динамический коэффициент вязкости аммиака в межтрубном пространстве;

=0,581 Вт/(м∙К), [1] - коэффициент теплопроводности;

= 666 кг/м³, [1] – плотность аммиака.

Для определения средней разности температур необходимо построить температурную схему процесса. Такая схема приведена на рис. 2.4, из которого видно, что холодный теплоноситель испаряется при постоянной температуре t_исп, а горячий теплоноситель движется противотоком охлаждаясь от температуры t_нг до температуры t_кг [1]:

Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.

Рисунок 2.4 — Температурная схема процесса испарения

Средняя разность температур определяется по среднелога-рифмической зависимости [1]:

(2.3)

2.4 Материальные балансы и технологические расчеты

Агрегатное состояние 25 %-го раствора СаСl₂ не изменяется, то его расход определяется по уравнению, [1]:

G_г =

(2.4)

G_г =

Для приобретения полной версии работы перейдите по ссылке.Произведем проверочный расчет выбранного испарителя.

При значении

>20

величина Nu рассчитывается по формуле:

Тогда

Определяем коэффициент теплопередачи:

К_исп =

Вт/(м²∙К)

где λ _сm=17,5 Вт/(м∙К) [1], δ=0,002 мм - коэффициент теплопроводности материала стенки труб и ее толщина;

Σr₃=2,0∙10^-4 (м²∙К)/Вт [1] - сумма термических сопротивлений загрязнений стенок.

Расчетная поверхность теплообменника определяется из основного уравнения теплопередачи:

F_р =

Окончательно выбираем в соответствии с ГОСТ 15120-79 кожухотрубный теплообменник со следующими характеристиками:

Поверхность теплообмена – 14,5 м²;

Диаметр кожуха – 325 мм;

Диаметр труб – 25×2 мм;

Число ходов по трубам – 1;

Число труб общее – 62 шт;

Число труб в одном ходу – 62 шт;

Длина труб – 3 м.

Определяем запас поверхности по формуле:

Δ=

(2.19)

Δ=

Поверхность выбранного теплообменника полностью удовлетворяет нормальным условиям протекания технологического процесса Δ=5÷20 %.

2.5 Конструктивные расчеты.

По формуле [3]:

(2.20)

определяем диаметры патрубков для рабочих сред при их параметрах (затраты, скорости и плотность)
Скорости движения теплоносителей:

-для жидкостей: 0,1 — 0,5 м/с - при самотёке;
0,5 — 2,5 м/с - в напорных трубопроводах;

- для пара 15- 40 м/с;

- для газов 5-15 м/с.

Диаметр патрубка для входа и выхода 25 %-ного раствора СаСl₂ в аппарат (при плотности ρ= 1240 кг/м³)

Диаметр патрубка для входа аммиака в аппарат

Диаметр патрубка для выхода пара аммиака из аппарата

Принимаем диаметры патрубков равными:

- для входа 25 %-ного раствора СаСl₂ в аппарат - 35 мм;

- для выхода 25 %-ного раствора СаСl₂ - 35 мм;

- для входа аммиака в аппарат - 35 мм;

- для выхода пара аммиака из аппарата - 120 мм.

3.

Прочностные расчеты аппарата

Основные расчетные параметры:

Максимальная рабочая температура среды t=20 ^оС.

Рабочее давление в межтрубном пространстве Р=0,2 МПа.

Рабочее давление в трубном пространстве Р=0,28 МПа.

Расчетное давление для аппаратов с рабочим избыточным давлением Р>0,07 МПа согласно рекомендациям приведенным (2, стр.9) составит