3.1.2 Анализ схемы установки с трубопроводом для гидравлического расчета
При расчёте гидравлического сопротивления в трубопроводе от хранилища до реактора необходимо учитывать, что оно складывается из сопротивлений на трёх участках (рисунок 2.1):
1 участок – от хранилища (1) до входа в теплообменник (12, 13);
2 участок – движение жидкости в теплообменнике (12, 13)
3 участок – от теплообменника (12, 13) до входа в реактор (2).
Краткое описание схемы установки с трубопроводом (рисунок 3.1):
трубопровод соединяет начальное 1 и конечное 2 хранилища; насос 3 установлен у хранилища 1, следовательно, трубопровод напорный; в трубопровод включено три участка общей длиной 50 м (l1 = 9 м, l 2 = 10 м, l 3 = 31 м); семь запорных вентилей (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10); центробежный насос 3; измерительная диафрагма 13; три кожухотрубных теплообменника (12, 13); трубопровод имеет 10 поворотов на 90°; высота подъема бинарной смеси 21 м.
Рисунок 3.1 – Схема установки с трубопроводом для гидравлического расчета:
1 - начальное хранилище; 2 - конечное хранилище; 3 - центробежный насос; 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10– запорные вентили; 11 - измерительная диафрагма; 12, 13– кожухотрбные теплообменники
3.1.3. Определение характеристик смеси на разных участках трубопровода
Поскольку в условиях задачи не оговариваются дополнительные изменения температуры, то принимаем поток изотермическим, т.е с сохранением температур 22°С и 65°С на соответствующих участках. Тогда на каждом участке трубопровода температуры будут следующие:
1 участок: t = 22°С
2 участок: t = 22+65 / 2 = 43,5°С
3 участок: t = 65°С
На всех участках трубопровода разная температура, поэтому и разные свйства жидкости. Рассчитаем плотность и вязкость компонентов смеси, а также смеси в целом на каждом участке трубопровода
1) плотность метиловый спирт
При 22°С: ρм,22 = 790,2 кг/м3
При 43,5°С: ρм,43,5 = 770,9 кг/м3
При 65°С: ρм,65 = 751 кг/м3
2) вязкость метиловый спирт
При 22°С: μм,22= 0,569*10-3 Па*с
При 43,5°С: μм,43,5 = 0,453 *10-3 Па*с
При 65°С: μм,65 = 0,336*10-3 Па*с
3) плотность этиловый спирт
При 22°С: ρэ,22 = 787,3 кг/м3
При 43,5°С: ρэ,43,5 = 768,9 кг/м3
При 65°С: ρэ,65 = 749,3 кг/м3
4) вязкость этиловый спирт
При 22°С: μэ,23 = 1,15*10-3 Па*с
При 43,5°С: μэ,43,5 = 0,782*10-3 Па*с
При 65°С: µэ,65 = 0,552*10-3 Па*с
Соответствующие расчеты плотности и вязкости данных веществ при заданных температурах были проведены методом линейной интерполяции (с внесением температурной поправки к табличным данным) [13].
5) для
смеси метанол-этанол с известными долями
компонентов
определим
плотность и вязкость на каждом участке
трубопровода.
Плотность смеси ρсм = ρм,t * χм + ρэ,t * χэ
При 22°С: ρ22 = 790,2 * 0,25 + 787,3 * 0,75 = 788,03 кг/м3
При 43,5°С: ρ43,5 = 770,9 *0,25 + 768,9*0,75 = 769,4 кг/м3
При 65°С: ρ65 = 751*0,25 + 749,3*0,75 = 749,7 кг/м3
Вязкость смеси μсм= μм,t * χм + μэ,t * χэ
При 20°С: μ20= (0,569*0,25 + 1,15*0,75) *10-3 = 1,005*10-3 Па*с
При 42,5°С: μ42,5= (0.453*0,45 + 0,782*0,75) *10-3 = 0,790*10-3 Па*с
При 65°С: μ65 = (0,336*0,25 + 0,552*0,75) *10-3 = 0,498*10-3 Па*с
Для проведения дальнейших расчетов исходные данные и результаты расчетов необходимо занести в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Исходные данные и результаты расчета потерь напора на участках сети
Участок |
t, °С |
ρ, кг/м3 |
Vc, м3/с |
d, м |
l, м |
W, м/с |
1 |
22 |
788,03 |
0,0104 |
8*10-2 |
9 |
2,07 |
2 |
43,5 |
769,4 |
0,0107 |
8,26*10-2 |
10 |
2,13 |
3 |
65 |
749,7 |
0,0109 |
8,33*10-2 |
31 |
2,17 |
Окончание таблицы 3.1
Участок |
μ, Па*с |
Re |
Σξ |
λ |
hгеом, м |
ΔP, Па |
hсети, м |
1 |
1,005*10-3 |
|
41,9 |
0,026 |
0 |
77 367,03 |
10,02 |
2 |
0,790*10-3 |
169 956,6 |
10 |
0,025 |
0 |
24 653 |
3,27 |
3 |
0,498*10-3 |
261 341,2 |
20,2 |
0,025 |
21 |
208 808,7 |
28,42 |
