Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Определение геометрических характеристик трубопровода





Гидравлическому расчёту подлежит схема на рис 1. Диаметр всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода, принимая скорость во всасывающем трубопроводе вс =1,0÷1,5м/с, в напорном 1,5÷2,0м/с.

 

.                                               (3.3)

 

Рисунок 1— Расчетная схема

 

В выражении (3.3)  - объёмный расход питательной смеси (этанол)

 

,

,

 

по ГОСТ 9941-62 выбираем трубу 95х4 (внутренний диаметр 87).

Скорость движения этанола на всасывающем участке трубы

 

,                         (3.4)

,

 

Определяем режим движения на всасывающем участке трубопровода

 

,                                           (3.5)

 

где - кинематический коэффициент вязкости при t=19°С.

 

,

—режим движения турбулентный.

 

Определяем трубу для напорного участка н=1,5м/с

 

.

 

По ГОСТ выбираем трубу напорного трубопровода диаметром 70х3 (внутренний диаметр 64мм).

Скорость движения этанола на напорном участке трубы:

 

.

 

Режим движения на напорном участке трубопровода:

 

                                              (3.7)

.

 

При данном числе Рейнольдса режим движения турбулентный.

Режим движения этанола на напорном участке трубопровода от теплообменника до ректификационной колонны:

                                                 (3.8)

 

где  - коэффициент вязкости при t=85°С

 

 

.

 

Следовательно, режим движения турбулентный.

Скорость движения этанола в трубках аппарата:

 

,                                                          (3.9)

.

,                                                    (3.10)

.

 

Режим движения турбулентный.

Расчёт сопротивлений на всасывающем участке трубопровода.

При турбулентном режиме движения гидравлический коэффициент трения λ может зависеть и от числа Рейнольдса, и от шероховатости трубы.

Рассчитаем гидравлический коэффициент трения λ для гидравлически гладких труб по формуле Блазиуса.,



 

.                                           (3.11)

 

Проверим трубу на шероховатость, рассчитав толщину вязкого подслоя δ и сравнив её с величиной абсолютной шероховатости.

 

,                       (3.12)

 

где  - для стальных бесшовных туб.

 

,

,                                 (3.13)

 м.

 

Т.к. δ>∆, следовательно труба гидравлически гладкая λ=λгл =0,0276 на всех остальных участках трубопровода будем считать трубу так же гидравлически гладкой.

В соответствии с заданным вариантом Н=14м – максимальная высота подъёма, hвс=1,0м-высота всасывания, lвс=2,8 – длина всасывающего трубопровода, l΄н=12м – длина трубопровода от теплообменника до ректификационной колонны, lн=25м – длина нагнетательного трубопровода. Смесь подаётся по трубопроводу длиной l= lвс+ lн =1,0+2,8=3,8 м.

По формуле (3.1) определяем потери напора по длине

 

.

Согласно схеме насосной установки на всасывающей линии имеются следующие местные сопротивления: главный поворот на 90°, вход в трубу. Коэффициент местного сопротивления ξвх=1,0; ξпов=0,5, следовательно ∑ξ=0,5+1=1,5 по формуле Вейсбаха потери напора в местных сопротивлениях определяются как

 

,                      (3.14)

 

где ξ – коэффициент местных сопротивлений;  - скоростной напор за местным сопротивлением, м.

 

.

 

Суммарные потери напора на всасывающем участке трубопровода:

 

,                                              (3.15)

.

 

Расчёт сопротивлений на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника. Т.к. труба гидравлически гладкая, то гидравлический коэффициент трения λ рассчитываем по формуле Блазиуса (3.11):

 

,

.

 

Потери напора по длине:

 

,                                            (3.16)

.

 

Согласно расчётной схеме на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника имеется один вид местного сопротивления – главный поворот ξ=0,5

 

.

 

Суммарные потери напора на участке напорного трубопровода от насоса до теплообменника:

 

.

 

Расчёт сопротивления теплообменника

Определим напор теряемый в местных сопротивлениях теплообменника ( рис 1)

 

,

 

 

.

Предварительно вычисляем площади на различных участках.

 

Рисунок 2— Коэффициенты местных сопротивлений теплообменника

 

Площадь поперечного сечения штуцера

 

,                                                              (3.18)

 

Площадь поперечного сечения крышки (свободного сечения аппарата)

 

,                                    (3.19)

.

 

Площадь поперечного сечения 28-и труб одного хода теплообменника:

 

,                         (3.20)

.

 

Скорость и скоростной напор в соответствующих сечениях:

 

,

 

,

.

 

Коэффициент местных сопротивлений:

а) при входе через штуцер в крышку (внезапное расширение):

 

,               (3.21)

;

 

б) при входе потока из крышки в трубы (внезапное сужение):

,                         (3.22)

.

в) при входе потока из труб в крышку (внезапное расширение):

 

,                                                          (3.23)

.

 

г) при входе потока из крышки в штуцер (внезапное сужение):

 

,                                                      (3.24)

 

Вычислим потери напора в местных сопротивлениях:

а) при входе потока через штуцер:

 

,

 

б) при входе потока в трубы:

 

,

 

в) при выходе потока из труб:

,

 

г) при выходе потока из крышки через штуцер:

 

,

д) при повороте из одного хода в другой на 180° (ξ=2,5):

 

.

 

Суммарные потери напора в местных сопротивлениях теплообменника:

 

            (3.25)

 

.

 

Общее потери потока (по длине и в местных сопротивлениях теплообменника):

 

,                                                    (3.26)

.

 

Расчёт сопротивления участка напорного трубопровода от теплообменника до колонны:

 

,

 

,

,

.

 

Участок напорного трубопровода включает два плавных поворота трубопровода ξпов=0,5:

 

,

,

.

 

Суммарные потери напора в насосной установке (сети):

 

,                         (3.27)

.

 

Подбор насоса

 

Определение требуемого напора.

Требуемый напор насоса определим по формуле:

 

,                          (3.28)

 

где Н=14м – высота подъёма жидкости в насосной установке;

hвс=1,0м – высота всасывания насоса;

Рр=9,81·104 Па – давление в колонне;

Ратм=9,81·104 Па – атмосферное давление;

∑hn=0,992 м – суммарные потери напора в сети.

.

 

Выбор типа и марки насоса

Выбираем для перекачки метанола насос по рассчитанному требуемому напору  и заданной подаче:

 

.

 

Выбираем насос марки 2К-9 со следующими параметрами:

Подача – 20м3/час, полный напор – 18,5м, число оборотов – 2900об/мин, внутренний диаметр патрубков: входного – 50мм., напорного – 40мм., количество колёс – 1, марка насоса 2К-9, габаритные размеры: длина – 438мм, ширина – 206мм, высота – 247мм, вес – 31кг, КПД – 68%, допустимая максимальная высота всасывания , диаметр рабочего колеса – Д=129мм.

 

,(3.29)

 

где ,                 (3.30)

 

.

 

Так как трубопровод эксплуатируется в квадратичной зоне сопротивлений (Re>105), то зависимость потерь напора в трубопроводе от изменения скоростей носит квадратичный характер, т.е.

 

,                       (3.31)

 

где b – коэффициент пропорциональности, определяемый по координатам т. D, лежащей на этой кривой. Этой точке соответствуют:

 

,

,

 

Отсюда

 

,                         (3.32)

.

 

Уравнение кривой сопротивления трубопровода, выражающее собой потребные напоры насоса при различных расходах (подачах) по заданному трубопроводу:

 

                        (3.33)

 

Задаваясь различными значениями Q, рассчитываем соответствующие им значения Нтр. Результаты расчёта заносим в таблицы 5.

По данным таблицы 5 строим характеристику трубопровода Нтр=f(Q), отложив на оси ординат величину Нст=15м.

 

Таблица 5— Характеристики трубопровода

п/п

Q

Нтр,

м

∑hп,

м

Нтрст+b·Q2,

м

м3 м3
1 0 0 15 0 15
2 1,39·10-3 5,0 15 0,112 15,112
3 2,78·10-3 10 15 0,45 15,45
4 4,17·10-3 15 15 1,012 16,012
5 5,56·10-3 20 15 1,8 16,8
6 6,94·10-3 25 15 2,8 17,8
7 8,33·10-3 30 15 4,04 19,04

 

Точка пересечения характеристик насоса и трубопровода определяет рабочую точку А, координаты которой: , , NA=1,51 кВт, =68% (см приложение).





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2020 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.