 |
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 | Нтр=Нст+b·Q2, м | |
| м3/с | м3/ч | ||||
| 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).
|
|
|
