3.3 Конструктивный расчет

3.3.1 Плотность суспензии ρ_ф, кг/м³, определили по формуле:

где ω – влажность осадка, %;

ρ_т – плотность твердой фазы, кг/м³;

ρ_ж – плотность жидкой фазы, кг/м³.

3.3.2 Плотность осадка ρ_ос, кг/м³, определили по формуле:

3.3.3 Объемную производительность фильтра по фильтрату V_ф, м₃/с, определили по формуле:

3.3.4 Объемную производительность фильтра по осадку V_ос, м³/с, определили по формуле:

(3.4)

3.3.5 Соотношение объемов осадка и фильтрата u, определили по формуле:

(3.5)

3.3.6 Удельное сопротивление осадка r_о, Па∙с/м², определили по формуле:

r_о = 0,69 ∙ 10⁸ ∙ ∆Р^0,33, (3.6)

где ∆Р – перепад давления, Па

r_о = 0,69 ∙ 10⁸ ∙ 20000^0,33 = 1,812 ∙ 10⁹ Па∙с/м²

3.3.7 Площадь поверхности фильтрования F, м³, определили по формуле, согласно /5, с.86/

, (3.7)

где Q - производительность фильтра, ³/ч;

V - пропускная способность, м³/м²;

Т – длительность периода фильтрования.

3.3.8 Пропускную способность V, м³/м², определили по формуле, согласно /5, с.86/

, (3.8)

где δ – толщина слоя осадка, принимаем δ = 0,002 м;

U – объем осадка на 1 м³ фильтра в м³/м³.

3.3.9 Объем осадка U, м³/м³, определили по формуле, согласно /5, с.85/

, (3.9)

где с_с, с_ос – концентрация сухого вещества в суспензии и в мокром осадке, кгс/кгс;

ρ_ф, ρ_ос – плотность фильтрата и осадка, кг/м³.

Окончательно к установке приняли 3 листовых фильтра марки ЛВАЖ – 250Т, со следующими техническими характеристиками:

поверхность фильтрования, м² 250

Диаметр, м 3000

Высота, м 4950

3.3.10 Диаметр штуцера для ввода рассола d₁, м, определили по формуле, согласно /4, с.25/

, (3.10)

где G – производительность, кг/с;

ρ – плотность рассола, кг/м²;

ω – скорость, м/с, принимаем, согласно /4, с.26/

Диаметр штуцера для ввода рассола приняли равным D_у = 200 мм.

3.3.11 Диаметр штуцера для вывода рассола d₁, м, определили по формуле, согласно (3.3.10)

Диаметр штуцера для вывода рассола приняли равным D_у = 300 мм.

3.4 Расчет и подбор вспомогательного оборудования

Расчет напорного бака для очищенного рассола

3.4.1 Объем заливаемой жидкости V_ж, м³, определили по формуле:

(3.1)

где G_ж – масса жидкости, кг;

ρ – плотность жидкости, кг/м³.

3.4.2 Условный объем аппарата V_у, м³, определили по формуле:

, (3.2)

где φ – коэффициент заполнения, φ = 0,7

Приняли к установке 2 напорных бака для очищенного рассола, со следующей технической характеристикой:

Объем, м3 6,3

Диаметр, мм 1800

Расчет центробежного насоса для перекачивания рассола

Выбор диаметра трубопровода. Примем скорость рассола во всасывающем и нагнетательном трубопроводах одинаковой, равной 2 м/с.

3.4.3 Диаметр трубопровода d, м, определили по формуле:

, (3.3)

где G – массовый расход рассола, кг/с;

ω – скорость, м/с;

ρ – плотность рассола, кг/м³.

Принимаем трубопровод из стали марки Х18Н10Т, диаметром 50 мм.

3.4.4 Скорость движения рассола w, м/с, определили по формуле:

, (3.4)

где V – объемный расход рассола, м³/с

3.4.5 Величину критерия Рейнольдса Re, определили по формуле, согласно /4, с.33/

(3.5)

где ρ – плотность рассола, кг/м³;

μ – динамическая вязкость рассола, Па.

Режим турбулентный, так как Re > 10000

Приняли абсолютную шероховатость стенок труб ℓ = 0,2 мм, степень шероховатости d_э/ℓ = 50/0,2 = 250

Значение коэффициента трения λ, нашли по графику, согласно /7, с.22/

λ = 0,029

3.4.6 Определили сумму коэффициентов местных сопротивлений:

1) для всасывающей линии

- вход в трубу (приняли с острыми краями) 0,5

- нормальный вентиль для d = 0,06 м 4,45

Σξ_вс = 0,5 + 4,45 = 4,95

2) для нагнетательной линии

- выход из трубы ξ 1

- нормальный вентиль для d = 0,06 4,45

- дроссельная заслонка при α = 15^о 0,9

- колено под углом 90^оС 1,1

Σξ_наг =1 + 4,45 + 0,9 + 2∙1,1 = 8,55

3.4.7 Потери напора h_п, м определили по формуле:

(3.6)

1. во всасывающей линии

2. в нагнетательной линии

3.4.8 Общие потери напора h_п,м определили по формуле:

h_п = h_п.вс + h_п.н (3.7)

h_п = 1,65 + 4,23 = 5,88 м

3.4.9 Полный напор, развиваемый насосом Н, м определили по формуле:

(3.8)

3.4.10 Полезную мощность насоса N_п, кВт, определили по формуле:

N_п = V∙ρ∙g∙H (3.9)

N_п = 0,004 ∙ 1123,6 ∙ 9,81 ∙ 30,7 = 1,35 кВт

3.4.11 Мощность на валу двигателя N_дв, кВт, определили по формуле:

(3.10)

Для насосов малой производительности принимаем η_п = 1; η_н = 0,6

3.4.12 Мощность, потребляемая двигателем от сети, при η_дв = 0,8, N, кВт,

определили по формуле:

(3.11)

3.4.13 С учетом коэффициента запаса мощности β, установили двигатель мощностью

N_уст = N∙β (3.12)

Коэффициент запаса мощности β берется в зависимости от величины N_дв

β = 1,5, определили согласно /4, с.30/

N_уст = 2,81 ∙ 1,5 = 4,22 кВт

Принимаем к установки 2 центробежных насоса марки 2ХГ–5 со следующими техническими характеристиками:

Производительность, м³/ч 20

Напор, м 44

Номинальная мощность электродвигателя, об/мин 3000

Расчет теплообменника для подогрева рассола АТ3

3.4.14 Среднюю температуру теплоносителей, t_ср, ºС и t_ср, ºС определили по формуле:

(3.13)

3.4.15 Тепловую нагрузку аппарата Q, Вт, определили по формуле:

Q = G · C · (t₂ - t₁) (3.14)

где G - массовый расход рассола, кг/ч;

С- удельная теплоёмкость, Дж/кг∙К.

С = 3393,9 Дж/кг·К, согласно /7, с.562/

Q= 17283,14 ∙ 3393,9 ∙ (45 - 20) = 1466301,5 кВт

3.4.16 Среднюю разность температур при противоточном движении теплоносителей определили:

Т₁→Т₂ 20 → 45

t₁ ← t₂ 50 ← 70

Δt_б – Δt_м 30 25

Т.к отношение Δt_б/ Δt_м = 30/25 = 1,2 < 2, то среднюю разность температур Δt, °С определили по формуле:

3.4.17 Коэффициент теплопередачи К определили по формуле:

, (3.16)

где α₁ – коэффициент теплоотдачи от воды к стенке, Вт/м²∙К;

α₂ – коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке, Вт/м²∙К;

λ_ст – коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К;

Σr₃ – тепловая проводимость загрязнений стенок, Вт/м²∙К.

3.4.18 Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке α₁, Вт/м²∙К, определили по формуле:

, (3.17)

где Nu – критерий Нуссельта;

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К;

d – диаметр трубок.

3.4.19 Величину критерия Нуссельта Nu₁, рассчитали по формуле

Nu₁ = 0,021 ∙ E₁ ∙ ∙∙ (Pr/Pr_ст)^0,25 (3.18)

Принимаем Е₁ = 1; (Pr/Pr_ст)^0,25 = 1

3.4.20 Величину критерия Рейнольдса для воды Re₁, рассчитали по формуле

, (3.19)

где ω – скорость, м/с;

d – диметр трубок;

ρ – плотность, кг/м³;

μ – коэффициент динамической вязкости, Па

Режим турбулентный, т.к. Re > 10000

3.4.21 Величину критерия Прандтля Pr₁, рассчитали по формуле

(3.20)

где с – удельная теплоемкость, Дж/кг∙К;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К

Nu₁ = 0,021 ∙ 1 ∙ 35522,03^0,8 ∙ 4,5^0,43 ∙ 1 = 175,19

3.4.22 Величину критерия Рейнольдса для рассола Re₂, рассчитали по формуле (3.19)

Режим турбулентный, т.к. Re > 10000

3.4.23 Величину критерия Прандтля Pr₂, рассчитали по формуле (3.20)

3.4.24 Величину критерия Нуссельта Nu₂, рассчитали по формуле (3.18)

Nu₂ = 0,021 ∙ 1 ∙ 15125,38^0,8 ∙ 9,1^0,43 ∙ 1 = 119,78

3.4.25 Коэффициент теплоотдачи α определили по формуле, согласно (3.17)

Вт/м²∙К

Коэффициент теплопроводности для углеродистой стали принимаем, равной λ_ст = 46,5 Вт/м∙К

r₁= 5800 Вт/м²∙К [8, с.69]

r₂=5800 Вт/м²∙К [8, с.69]

3.4.26 Поверхность теплопередачи F, м², определили по формуле, согласно /4, с.64/

(3.21)

Приняли к установке 2 кожухотрубчатых теплообменника в соответствии с ГОСТ 15118-79 со следующими техническими характеристиками:

- площадь поверхности теплообмена F, м² 21,0

– диаметр кожуха D, мм 400

– число ходов 2

– количество труб n, шт 166

– диаметр труб d, мм 20×2