Процессы и аппараты химической технологии. Методические указания к самостоятельной работе

Окончание табл. 1

o

150

o

4224

4177

4128

4079

4003

3952

3928

4041

4068

100

0,704

0,716

0,725

0,731

0,735

0,738

130

4155

4104

4052

4002

3926

3874

3848

3922

3934

120

4124

4071

4018

3968

3891

3839

3811

3867

3871

110

4099

4043

3989

3938

3862

3809

3780

3818

3815

C

100

4044

3985

3927

3868

3784

3730

3701

3667

3640

90

4040

3977

3918

3864

3784

3730

3696

3667

3639

Температура,

70

4027

3960

3902

3851

3780

3726

3696

3663

3634

Теплоемкость C, Дж/кг·К

50

4006

3939

3881

3835

3759

3705

3667

3638

3609

30

3985

3914

3847

3793

3717

3663

3625

3588

3550

95

0,701

0,712

0,721

0,727

0,730

0,733

90

0,696

0,708

0,717

0,723

0,726

0,729

80

0,688

0,700

0,708

0,714

0,717

0,721

C

70

0,679

0,690

0,699

0,704

0,708

0,711

60

0,668

0,680

0,688

0,693

0,698

Температура,

50

0,657

0,668

0,677

Теплопроводность , Вт/м·К

40

0,644

0,655

0,664

30

0,631

0,642

0,650

0,701

0,681

0,686

0,689

0,669

0,673

0,676

0,655

0,660

0,662

20

3969

3893

3826

3772

3692

3638

3592

3558

3521

4

6

8

10

14

18

22

26

C, %

30

20

0,617

0,626

0,633

0,640

0,644

0,647

5

10

15

20

25

C, %

30

41

Таблица 2. Свойства водного раствора СaСl

2

3

o

150

o

996

1014

1032

1049

1085

1122

1180

1241

1284

150

0,211

0,224

0,241

0,258

0,301

0,358

0,494

1,038

1,856

130

1016

1034

1052

1069

1106

1144

1203

1265

1309

120

1025

1043

1061

1079

1115

1154

1213

1276

1320

110

1033

1051

1070

1087

1125

1163

1223

1287

1331

C

100

1043

1061

1081

1098

1136

1176

1237

1301

90

1050

1068

1087

1105

1143

Температура,

70

Плотность ρ, кг/м

1061

1080

1098

50

1072

1091

1108

30

1080

1098

1117

1182

1117

1155

1194

1128

1166

1205

1135

1173

1215

1346

1244

1308

1354

1257

1322

1367

1267

1332

1378

1273

1337

1382

130

0,251

0,266

0,286

0,307

0,359

0,427

120

0,276

0,293

0,315

0,338

0,395

0,472

110

0,305

0,324

0,349

0,374

0,438

0,524

C

100

0,35

0,37

0,40

0,42

0,49

0,60

, Па·с

3

90

0,38

0,41

0,44

0,47

0,55

0,66

Температура,

70

0,50

0,53

0,57

0,62

0,73

Вязкость ·10

50

0,72

0,78

0,85

30

1,10

1,16

1,25

0,88

0,91

1,06

1,25

1,32

1,56

1,90

1,96

0,597

1,158

0,662

1,234

2,032

0,739

1,325

2,122

0,83

1,27

1,76

0,95

1,44

2,15

1,26

1,96

3,00

1,86

2,91

3,90

2,75

4,15

5,51

20

1083

1103

1121

1140

1179

1219

1282

1348

1394

10

12

14

16

20

24

30

36

C, %

40

20

1,28

1,37

1,47

1,61

1,94

2,39

3,50

5,00

6,66

10

12

14

16

20

24

30

36

C, %

40

42

Окончание табл.

2

o

150

3810

3713

3612

3510

3359

3228

3051

2958

2940

100

0,670

0,664

0,657

0,651

0,643

0,635

0,626

140

3778

3680

3580

3479

3326

3193

3016

2914

2884

130

3752

3655

3554

3453

3298

3165

2986

2876

2834

120

3727

3629

3528

3427

3270

3136

2957

2838

2785

C

110

3706

3608

3507

3407

3247

3111

2932

2804

2740

90

3663

3558

3454

3357

3190

3056

2872

2713

2612

Температура,

70

3650

3546

3449

3345

3177

3035

2855

2692

2591

Теплоемкость C, Дж/кг·К

55

3634

3533

3433

3332

3165

3018

2834

2671

2579

30

508

3613

3408

3315

3131

2985

2792

2625

2532

95

0,668

0,662

0,655

0,649

0,641

0,633

0,625

90

0,665

0,659

0,652

0,646

0,638

0,630

0,622

80

0,659

0,653

0,646

0,639

0,637

0,623

0,615

C

70

0,652

0,645

0,639

0,631

0,623

0,615

0,607

60

0,643

0,636

0,628

0,621

0,614

0,605

Температура,

50

0,631

0,624

0,617

0,609

Теплопроводность , Вт/м·К

40

0,618

0,611

0,604

0,596

30

0,605

0,598

0,590

0,581

0,596

0,601

0,592

0,583

0,587

0,578

0,568

0,573

0,564

0,553

20

3604

3500

3391

3299

3115

2964

2771

2604

2514

10

12

14

16

20

24

30

36

C, %

40

20

0,590

0,585

0,576

0,567

0,558

0,547

0,537

10

15

20

25

30

35

C, %

40

43

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

x y t y t y t

0

110,6

0

118,1

0

100

0

76,7

0

110,6

0

100

Равновесные составы жидкости х и пара у (% мол) бинарных смесей

при 760 мм рт.ст. в зависимости от температуры кипения t (°C)

Смесь Бензол – толуол

10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

Смесь

21,4 38,0 51,1 61,9 71,2 79,0 85,4 91,0 95,9

100

Сероуглерод –

четырёххлористый

106,1 102,2

98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2

углерод

Вода – уксусная

кислота

16,7 30,3 42,5 53,0 62,6 71,6 79,5 84,6 93,0

100

Четыреххлористый

углерод – толуол

113,8 110,1 107,5 105,8 104,4 103,3 102,1 101,3 100,6

100

Метанол – вода

41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87,0 91,5 95,8

100

Этанол – вода

x y t y t y t

10 20 30 40 50 60 70 80 90

100

24,0 42,3 54,4 64,5 72,6 79,1 84,8 90,1 95,0

100

71,0 66,0 62,3 59,0 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 49,3

25,0 39,5 53,5 64,5 72,0 80,6 86,3 93,0 97,5

100

106,0 101,0

96,0 92,3 90,0 86,5 83,7 81,2 78,0 76,7

44,2 53,1 57,6 61,3 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8

100

44

87,7 81,7 78,0 75,3 73,1 71,2 69,3 67,5 66,0 64,5

86,5 83,2 81,7 80,8 80,0

79.4 79,0 78,6 78,4 78,4

КПД, %

90

2

70

1

50

3

0 0,8 1,6 2,4

Зависимость КПД тарелок различных конструкций от величины

для тарелок: 1 – колпачковая; 2 – ситчатая; 3 – провальная

ρw

г

45

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

м ч

28

 

МПа

мм рт.ст.



м



м



м



мм

 

Q S d 4

    

1/ 2

d ,

 

 

 

м

2

4 Q

.

d





Пример расчёта заданий 11–20

Рассчитать трубопровод и подобрать центробежный насос для

подачи уксусной кислоты (70%) с начальной температурой 20°С при расходе

Q 72

 из емкости в колонну. Коэффициент

сопротивления теплообменника

h = 18 м, давление в колонне

p 740

0

которых

Трубопровод состоит из трех участков, длина

l 12

В

3

,

l 18

H1

,

l 50

H 2

. Разность уровней в сосудах

T

изб

p 0,015

 , в емкости

k

. Коэффициент сопротивления

обратного клапана с сеткой принять равным 7,0. Материал трубопровода – углеродистая сталь, относительная шероховатость трубы 0,5

.

Расчет центробежного насоса ведется в следующей

последовательности:

- гидравлический расчет трубопроводной сети,

- подбор насоса.

Расчет трубопроводов заключается в определении его диаметра

и гидравлического сопротивления (потерь напора). Диаметр d рассчитывается по уравнению расхода

2

(при этом

скоростью движения жидкости  задаемся в пределах 0,5–3 м/с):

4 Q





(1)

 

1/ 2

72

 

4



 

d 0,16

3600

 

 

3,14 1



 

.

 

Найденное значение округляется до ближайшего в таблице сортамента труб (прил. 1, табл. 1), после чего уточняется величина скорости

 

46

(2)

Ближайший по сортаменту 168×9 мм (т.е. внутренний диаметр

мм=0,15 м

  

с

м

П L м

h h h .

L

h



2

d 2g



   

d

Re ,

 

3

кг м

Па с



Re 72560.

64

.

Re

d

3000 Re 15



0,25

0,3264

.

Re

трубопровода равен 168 2 9 150

72

4



  

3600

3,14 0,15



2

1,132

), поэтому

.

Гидравлическое сопротивление трубопровода рассчитывается по выражению

    

(3)

Потеря напора на прямых участках трубопровода

определяется по формуле Дарси-Вейсбаха:

h

l

L

(4)

(в нашем случае диаметр принимается одинаковым на всей длине трубопровода).

Коэффициент сопротивления  находится по соответствующим формулам в зависимости от величины критерия Рейнольдса Re и относительной шероховатости трубы .

Критерий Рейнольдса Re рассчитывается по формуле

где  и  – плотность ( жидкости при заданной температуре (табл.2, прил.1).

1. Для ламинарного режима течения при Re < 2320

2. Для турбулентного режима в области гидравлически

гладких труб при





) и вязкость (

1068,5 1,132 0,15

 

 

2,5 10



3



) перекачиваемой

 

 

  (7)

47

(5)

(6)

3. В области частично шероховатых труб при

d d

15 Re 300

 

0, 25

0,11 .

 

 

 

d

Re 300



0, 25

0,11 .

Re 72560



0,11 0,028.

T



2

h ,

d 2g



h 0,028 28 7 3 0,1

м.

       

Q Q



ПОТР

Н

H

Q

Н

H

ПОТР П

H h h



   

 

   

68



(8)

d Re

4. Для шероховатых или области квадратичного

сопротивления при

Таким образом, при значениях



 

:



   

d

 

(9)

– это область

частично шероховатых труб, следовательно

3

    

     



0,5 10 68



0,15 72560

0, 25

Величины коэффициентов местных сопротивлений даны в табл. XIII на c. 520 /3/. Сопротивление теплообменника задано в виде

суммарного коэффициента сопротивления

и указано в задании.

Общая потеря напора трубопроводной сети

    

П



П

 

3 5 3 0,5 3 1 4,557

      



   

12 18 50

 

0,15

1,132



2 9,81

2

(10)



l

 

Следующим этапом решения задачи является подбор насоса для

данной установки при требуемой подаче

вопроса сводится к вычислению потребного напора установки

следовательно, напора насоса

. Величины

. Решение этого

H

и

H и,

являются

исходными для подбора соответствующего насоса и его двигателя.

Потребный напор установки определяется по выражению

p p

k 0

g



(11)

48

или

ПОТР СТ П

H H h

  

k 0

p p

g



k

p

0

p

П

h



Па

м



 

м



H

Q

Н ПОТР



,

(12)

где

H h

 

СТ

жидкости (разность уровней в сосудах), м;

колонне, Па;

емкости, Па;

– статический напор; h – высота подъема



– давление в приемной

– давление на свободной поверхности питающей

– суммарные потери напора в трубопроводе,

определяемые по уравнению (10).

В задании дано избыточное давление в колонне, переводим его

в абсолютное:

изб 6

p p p 0,015 10 760 133,3 116300

      

k k атм

p p

H h 18 19,685

    

СТ

H h h 19,685 4, 557 24, 242

ПОТР П

k 0

g 1068,5 9,81

 

p p

      

k 0

g



По значениям

116300 740 133,3

,

H H

по таблице 2.5 на с. 92 в /3/

;

.

выбираем марку насоса. Насосы типа Х предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей без включений или с твердыми включениями с размером частиц до 0,2 мм при их концентрации до 0,2%. Выбираем (округляя в сторону увеличения напора и производительности с небольшим запасом) центробежный насос типа Х90/33 со следующими характеристиками: число оборотов n = 48,3 об/c; КПД насоса – 0,7; тип электродвигателя – АО2-62-2; мощность – 17 кВт; КПД электродвигателя – 0,88.

49

ПРИЛОЖЕНИЕ 5





t 40 C 40K

  



G 4,08

Пример расчёта заданий 21–25

Рассчитать вертикальный кожухотрубный теплообменник для конденсации 7800 кг/ч насыщенного пара бензола под атмосферным давлением. Жидкий бензол отводится из конденсатора при температуре конденсации. Охлаждение производится водой, начальная температура

которой C10t



 . Конечную температуру воды принять такой, что бы

u

она обеспечивала движущую силу на выходе из теплообменника равная 20 оС ( 20t

о

к

С).

Определяем среднюю разность температур Δtср. Температура конденсации бензола под атмосферным давлением 80,2 оС (табл. XLIV, c.541 /3/). Температурная схема конденсатора:

80,2 80,2

10 60,2

Δtн=70,2 Δtк=20

Так как Δtн/Δtк > 2, то средняя разность температур:

t t

    

ср

н к

70.2 20, 2

t 70, 2



н



2,3 lg2,3lg

к

o

.

20,2t

Средняя температура охлаждающей воды:

t

= t

– Δt

ср.в

конд

= 80,2 – 40 = 40,2 оС.

ср

Рассчитаем тепловой поток Q:

Q=G1r1= (7800/3600). 393,6.103.=848725,7 Вт, где r1 = 393,6.103Дж/кг – теплота конденсации бензола при 80 оС (табл. XLV, c. 541 /3/).

Расход охлаждающей воды

  

в

где cв – теплоемкость воды при температуре t

Q 848725.7

с (t t ) 4180 (60 10)

   

в к н

кг/с,

, Дж/кг К

ср.в

(табл. XXXIX, c. 537 /3/).

Определяем коэффициент теплопередачи К.

Задаемся критерием Рейнольдся Re=1000, тогда

50