Расчет центробежного насоса и кожухотрубчатого теплообемнника

Курсовая  работа

  Смесь:         четыреххлористый углерод – этанол

  Молярная  доля НК:         Х = 0,2

  Расход  смеси:                  G = 24 т/час

  Температура:                   t₁ = 20 ^oC 

Задание I. Гидравлический расчет участка подогрева исходной смеси.

  Высота  подачи:     Н_г = 5,9 м

Всасывающий трубопровод (участок "ёмкость – насос"):

  размеры трубы:        диаметр   ;

                   длина          l₁ = 5,1 м;

  отводы  под углом 90 ^о (R_o/d = 1)       кол-во         m₁ = 8 шт.

Нагнетательный  трубопровод (участок "насос –  теплообменник"):

  размеры трубы:        диаметр      ;

                   длина          l₂ = 62 м;

  вентили:       условный проход        D_{y 2} = 80 мм;

                                                             кол-во          n₂ = 3 шт;

  вентиль:             коэф. сопротивления       ;

  диафрагма:      диаметр отверстия      d_{o 2} = 26,8 мм;

  отводы  под углом 90 ^о (R_o/d = 1)      кол-во         m₂ = 10 шт.

Теплообменник (только для выполнения задания 1):

  размеры труб:             диаметр      ;

                                                              длина           L_T = 6 м;

  общее число  труб N_т = 196 шт.;     число ходов      k = 6. 

Необходимо:

1) определить  гидравлическое сопротивление сети;

2) подобрать  к заданной сети насос (ω  = 2900 об/мин);

3) определить  напор, коэффициент полезного  действия и мощность на валу  насоса;

4) определить  максимально допустимую высоту  установки насоса над уровнем  жидкости в емкости.  

Задание II. Тепловой расчет теплообменника – подогревателя исходной смеси.

Необходимо:

1) определить  расход пара, с учетом того, что  температура кипения смеси на 20 ^оС ниже температуры греющего пара;

2) подобрать  кожухотрубчатый теплообменник с запасом поверхности 10-30 %;

3) выполнить  поверочный расчет теплообменника. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Свойства  компонентов смеси (смотри [4]):

 

Молярная масса  смеси:

  

Массовые доли компонентов:

  

Плотность смеси  при 20 ^оС:

    

Объемный расход смеси:

  

Сечение трубопроводов:

  

Скорость потоков  в трубопроводах:

  

Динамическая  вязкость смеси при 20 ^оС:

  

Значения критерия Рейнольдса в трубопроводах:

  

Определение зоны трения для трубопроводов

По условию  используемые трубы имеют незначительную коррозию. По таблице абсолютных шероховатостей на стр. 14 в [2] таким трубам соответствует значение . На той же странице указан алгоритм расчета зоны трения.

Относительная же шероховатость трубопроводов:

  

Границы зон  трения:

  

Границы зон трения позволяют сделать  вывод о зоне трения в трубопроводах. В обоих трубопроводах  , это соответствует зоне смешенного трения.

На основе знаний о зоне трения в трубопроводах  рассчитаем коэффициенты трения λ. В  зоне смешанного трения для расчета  используют формулу (1.6) на стр. 14 в [2]:

  

  

  Коэффициенты  местных сопротивлений (табл. XIII стр. 520 [1]):

 

Сумма коэффициентов  трения:

  

Потери  напора на трубопроводах

Для линии всасывания:

  

Для линии нагнетания:

  

Суммарные потери напора в трубопроводах:

  

По известной  формуле переведем потери напора в гидравлическое сопротивление:

    
 

  Гидравлическое  сопротивление теплообменника

  L_тр = 4 м          N_тр = 56         d_тр = 21 мм         k = 6

  Таблица сероуглерод – ацетон: 508-512

  Таблица тетрахлорметан – этанол: 553-555

  Определение температуры кипения смеси.

  На  основе справочных данных (таблица 533 [3]) была построена диаграмма жидкость-пар – зависимость температуры кипения смеси от содержания в ней легкокипящего компонента:

 

   По этой диаграмме без труда  определяется реальная температура  кипения данной нам свыше смеси, содержащая 20 % низкокипящего компонента в своей жидкой фазе:

  t_кип = 67,38 ^оС

  Для расчета гидравлического сопротивления  необходима рабочая или средняя  температура смеси в теплообменнике:

    

  Свойства  компонентов смеси при рабочей  температуре в 43,7 ^оС (см. [4])

_{Плотность смеси при рабочей  температуре:}

  

Динамическая  вязкость смеси при рабочей температуре:

  

Объемный расход смеси при рабочей температуре:

  

Сечение трубки в теплообменнике:

  

Скорость потока в этой трубке:

  

Критерий Рейнольдса:

  

Абсолютная  шероховатость трубок такая же как и для трубопроводов: . Тогда относительная шероховатость:

  

Коэффициент трения для трубок теплообменники можно  рассчитать по формуле (2.31) на стр. 69 [2]:

  

  Коэффициенты  местных сопротивлений (табл. XIII стр. 520 [1]):

 

Сумма коэффициентов  трения:

  

Потери напора в теплообменнике:

Гидравлическое  сопротивление теплообменника:

    
 

  Подбор  центробежного насоса

Рассчитаем  полный напор, который необходимо развить  насосу для перекачки жидкости с  необходимым расходом, называемый также  напором сети:

       Так как по условию вся установка работает при постоянном атмосферном давлении, то 1-е слагаемое написанного выше уравнения будет равно нулю.

  Известно, что напор сети изменяется с изменением расхода перекачиваемой жидкости. Выведем  эту зависимость, так именно посредством  неё подбирается насос:

С учетом этого уравнение напора сети приобретает вид: