ПАХТ / ПАХТ - Курсовое проектирование / Курсовой проект №Р30-16
.pdf
Мощность на валу двигателя:
где пер – коэффициент полезного действия передачи от электродвигателя к насосу.
По заданным подаче и напору более всего соответствует центробежный
насос марки Х280/42, для которого |
при |
оптимальных условиях работы |
||||
м с, Н = 29,6 |
м, |
н |
. |
Насос |
обеспечен |
|
|
|
|
|
|
|
|
электродвигателем АО2-91-4 номинальной мощностью |
н |
кВт |
дв |
|||
|
|
|
|
|
|
|
. Частота вращения вала |
с . |
|
|
|
|
|
Определение предельной высоты всасывания. Запас напора на кавитацию:
где – давление атмосферное, ; – давление
насыщенного водяного пара перекачиваемой жидкости при рабочей
температуре 18 С, .
Расположение насоса выше уровня воды в ёмкости возможно.
2.10 Расчёт гидравлического сопротивления трубопроводов
Расчёт гидравлического сопротивления необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкостей и газов и подбора машин,
используемых для перемещения (насосы, вентиляторы).
41
Гидравлическое сопротивление обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменениях скорости потока по величине и направлению.
Потери давления или напора ( п) на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений в трубопроводах:
Рп ж |
ж |
ξ |
|
|
н вс |
Рп ж |
ж |
ξ |
|
|
н наг |
Рп п |
п |
ж
ж
п
где – коэффициент трения; l и d – соответственно длина и эквивалентный диаметр трубопровода; – сумма коэффициентов местных сопротивлений;
–плотность жидкости или газа.
2.11Тепловой расчёт ректификационной колонны
Количество теплоты, приходящее с исходной смесью:
Количество теплоты, уходящее с дистиллятом:
РР Р Р
Количество теплоты, уходящее с кубовым остатком:
Количество теплоты, уходящее с паром колонны:
42
Вт
Вт
Вт
п Р |
Р Р Р |
|
Вт |
Количество тепла уходящего с конденсатом:
кон свода
- удельная теплоёмкость воды при 100,1˚С, Дж кг К, [11].
Удельная теплота конденсации дистиллята:
|
|
Р |
|
|
Дж кг |
где |
, |
– удельная теплота конденсации низкокипящего (вода) и |
высококипящего (уксусная кислота) компонента при температуре 100,1˚С,
Дж кг, [13, 16].
Удельная теплоёмкость:
Р |
Р |
Р |
Дж кг К
где , – удельные теплоёмкости низкокипящего (вода) и высококипящего
(уксусная кислота) компонента при температурах |
Р , Дж кг К, [12, |
|||||
15]. |
|
|
|
|
|
|
|
Расход греющего пара: |
|
|
|
|
|
|
|
п |
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где 1,05 – потери тепла в размере 5%.
Расход воды в конденсаторе:
43
|
|
|
кон |
|
|
|
кг |
с |
|
м |
ч |
|
|
|
|
вода |
свода |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где свода - удельная теплоёмкость воды при |
|
|
. |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
ТХУ Диаграмма |
|
|
|
|
|
|
|
|
119 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
118 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
117 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
116 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
115 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
114 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tw |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
113 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
112 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
111 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
109 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
108 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ту.ср.н 107 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тх.ср.н 105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
104 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ту.ср.в 101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тх.ср.в 100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XD |
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
XF |
0,9 |
1 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
Хw |
|
|
|
Хср.н Уср.н |
Мольные доли |
|
|
|
Хср.в Уср.в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 13 – Диаграмма Т-УХ с изображением температур для расчета |
|||||||||||||
|
|
|
|
удельной теплоёмкости |
|
|
|
|
|
|
|||
44
3Расчёт теплообменных аппаратов
3.1Расчёт пластинчатого подогревателя (конденсатора)
Нагреваемая смесь движется по каналам теплообменного аппарата, а
через угловые отверстия греющий пар. Пар подаётся в теплообменный аппарат сверху, в процессе теплопередачи конденсируется и снизу теплообменника отводится конденсат.
Средняя движущая сила процесса. Смесь вода-усусная кислота нагревается от 18 до 105˚С. Насыщенный водяной пар с давлением 0,3 МПа будет иметь температуру 108,2˚С и при этой температуре будет происходить его конденсация.
|
|
|
|
|
|
ТХУ Диаграмма |
|
|
|
|
|
|
|
119 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
118 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
117 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
116 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
115 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
114 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tw |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
113 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
112 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура |
111 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
109 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tкон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
108 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
107 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ту.ср.н 106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тх.ср.н 105 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
104 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tF |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ту.ср.в 101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тх.ср.в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tD |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XD |
|
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 XF |
0,9 |
1 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
Хw |
|
|
tкон |
Хср.н |
Мольные доли |
|
|
Хср.в |
Уср.в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Уср.н |
|
|
|
|
|
Рисунок 14 – Диаграмма Т-УХ с изображением температуры конденсации в |
||||||||||||
|
|
|
|
|
подогревателе |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
м |
|
|
|
˚С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
Отношение |
б |
, значит, средняя движущая сила процесса будет |
|||||
м |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
рассчитана как среднелогарифмическое. |
|
||||||
|
|
|
˚ |
||||
|
|
ср |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловая нагрузка и расход греющего пара. Уравнение теплового баланса. Часть теплоты от пара переходит через стенку кожуха в
окружающую среду.
|
|
пар |
см |
п |
|
|
Тепловая нагрузка в теплообменном аппарате: |
|
|||||
|
|
|
см |
|
|
|
пар |
пар |
см |
Ссм |
см к |
см н |
|
пар |
пар |
|
см |
Ссм |
см к |
см н |
Удельная теплоёмкость смеси при средней температуре потока равной
˚С:
|
|
|
хвода |
|
хук |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дж кг |
К |
|
где |
|
– удельная теплоёмкость воды и уксусной кислоты при средней |
|||||||
температуре потока, Дж кг |
К [9, 15]. |
|
|
|
|
|
|||
|
Расход греющего пара: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ссм |
ж к |
ж н |
|
Ссм |
ж к |
ж н |
|
|
|
Свода |
|
|
|
Свода |
|
|
|
Определение тепловой нагрузки теплообменного аппарата:
см |
Ссм |
Ссм |
|
46
Ориентировочная поверхность теплопередачи. Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от конденсирующегося водяного пара к органической жидкости (подогревателя) .
Ориентировочная поверхность теплопередачи:
ор |
|
|
|
|
м |
Кор |
|
|
|||
|
ср |
||||
3.1.1 Уточнённый расчёт через определение температуры стенки
Число труб на один ход в теплообменном аппарате. Задать критерий Рейнольдса, значение которого будет соответствовать турбулентному режиму движения теплоносителя по трубам диаметром 25х2 мм. И при этом значении критерия Рейнольдса определить скорость движения теплоносителя по трубам. Принять критерий Рейнольдса Re = 20000. Определить плотность смеси и вязкость потока при его средней температуре.
Плотность смеси при средней температуре потока:
|
|
см |
|
вода |
|
ук |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где вода ук – плотность воды и уксусной кислоты (страница 512) при средней температуре потока ˚С, кг/м3 [8, 9].
Вязкость смеси при средней температуре потока:
Мвода
хвода |
хвода |
47
где – динамическая вязкость воды и уксусной кислоты (страница
516) при средней температуре потока |
˚С , |
, [8, 9]. |
см
Скорость потока в трубах:
м с
вн см
Число труб на один ход:
|
см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
вн |
|
см |
|
|
см |
|
||
штук
Подбор кожухотрубчатого теплообменного аппарата по ориентировочной поверхности теплопередачи и рассчитанному числу труб в теплообменном аппарате.
Четырёхходовой теплообменный аппарат типа ТН и ТК (так как разность между теплоносителем превышает 30˚С) имеет параметры:
Диаметр кожуха 0,6 м;
Число труб 206 шт.;
Число труб на один ход 103 шт.;
Поверхность теплообмена 32 м2;
Длина труб 2 м;
Число труб по вертикали 14 шт..
Смесь
105
18
Смесь
Рисунок 15 – Схема четырёхходового кожухотрубчатого подогревателя
48
Истинная скорость движения потока по трубам и режим движения
потока:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ист |
|
|
|
|
вн |
|
|
|
|
|
вн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
см |
|
х |
|
|
см |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режим движения турбулентный.
Смесь
вода – уксусная кислота
Рисунок 16 – Схема теплопередачи через стенки труб подогревателя Расчёт коэффициента теплоотдачи со стороны пара. Коэффициент
теплоотдачи для пара, конденсирующегося на наружной поверхности пучка горизонтальных труб, при заданной температуре стенки со стороны пара
˚ :
|
Вт м |
К |
|
где – коэффициент, зависящий |
от числа |
труб по вертикали, |
, |
(страница 162, рис. 4.7.) [8]; |
– поправочная функция, учитывающая |
||
|
49 |
|
|
физические свойства конденсирующейся среды, для конденсирующегося
водяного пара функция равна |
; – коэффициент теплопроводности |
||||||
конденсата |
при |
температуре |
конденсации, |
; |
– |
плотность |
|
конденсата |
при |
температуре |
конденсации, |
, [10, 12]; |
– |
удельная |
|
теплота конденсации пара, |
|
Дж |
кг; g – ускорение свободного |
||||
падения, g = 9,81 м/с2; – динамический коэффициент вязкости конденсата
при температуре конденсации, , [8, 12]; – разность между
температурой конденсации пара и температурой стенки со стороны пара,
кон |
ст |
; |
нар – наружный диаметр труб, |
нар |
. |
||||||||
|
Коэффициент теплопроводности конденсата вода-уксусная кислота при |
||||||||||||
температуре конденсации 108,2˚С: |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
вода хвода |
ук |
хвода |
|
|||||
где |
вода |
ук – коэффициент теплопроводности конденсата воды и уксусной |
|||||||||||
кислоты при температуре конденсации, |
|
|
|
, [9, 14]. |
|
||||||||
|
Плотность смеси при температуре конденсации 108,2˚С: |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг м |
|
|
|
хвода |
|
хвода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
вода |
|
ук |
|
|
|
|
|
|
||
Динамический коэффициент вязкости конденсата при температуре конденсации 108,2˚С:
вода |
ук |
|
Па |
с |
Удельный тепловой поток со стороны пара: |
|
|
пар |
пар |
Вт м |
Температура стенки со стороны потока: |
|
|
ст |
ст |
˚ |
|
50 |
|