Расчет центробежного насоса и кожухотрубчатого теплообемнника

  

Важно помнить  про размерность [Q] = [м³/сек], а также то, что 1 л = 0,001 м³. Тогда:

  

При заданной производительности напор сети равен:

  

Строим  введенную характеристику Н_сети = f(Q), а также делаем это для насосов X 20/31, X 45/31, данные о которых смотри на стр. 20-22 [5]:

 
 

  По  графику видно, что насос марки  Х 20/31 хорошо подходит. Один его минус – он, судя по графику, обеспечивая заданную производительность, работает на максимуме своих возможностей и он не сможет обеспечить запас напора.

   Поэтому если не изменить производительность установки, то необходимо взять насос  марки Х 45/31 с частотой вращения вала электро-двигателя n = 2900 об/мин.

  Характеристики  этого насоса:

    

Мощность насоса будет равна:

    
 

Мощность на валу электродвигателя насоса:

     

Максимальная  допустимая высота всасывания

  Высота  всасывания – есть высота расположения насоса над уровнем жидкости в  ёмкости. Для её расчета используют формулу (1.36) стр. 20 [2]:

  

  Давление  насыщенных паров возможно узнать по уже известной формуле (см. стр. 21 [4]):

  

  Запас напора, необходимый для исключения кавитации, возможно рассчитать по формуле (1.37) стр. 20 [2]:

  

  Теперь  максимально допустимая высота всасывания:

    
 
 
 
 
 

Ответ на задание  I:

  1) .

  2) Насос  марки Х 45/31.

  3) Напор  насоса Н = 35 м, N_e = 5,72 кВт, η = 0,4 (40 %).

  4)  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Задание II 

Обозначим потоки: греющий пар, который подается в межтрубное пространство, обозначим индексом "1", а подогреваемую в трубках органическую смесь обозначим индексом "2".

Физические  свойства органической смеси

Для органической смеси уже известно:

  

  Свойства  компонентов смеси при рабочей  температуре в 31 ^оС (см. [4]):

Теплоемкость  смеси при рабочей температуре:

  

Теплопроводность  смеси при рабочей температуре ( ):

  

Физические  свойства греющего пара

По условию  температура греющего пара на 20 ^оС выше температуры кипения подогреваемой смеси. Тогда температура греющего пара равна:

  

Греющий пар, попадая в межтрубное пространство, конденсируется на трубках. По условию  конденсат из межтрубного пространства выводится с той же температуре,  с которой подавался греющий  пар. Именно поэтому  .

  По  таблице XXXVIII на стр. 536 и таблице LVI на стр. 548 [1] определяем:

  

Определим среднюю движущую силу (разность температур):

  

Тепловой  баланс

Определим тепловую нагрузку по тепловому балансу для органической смеси:

  

Расход  пара из теплового баланса по греющему пару:

  

Ориентировочный подбор теплообменника

Зададимся ориентировочным значение коэффициента теплопередачи (табл. 2.1 стр.47 [1]):

  

Рассчитаем  ориентировочное значение поверхности  теплообмена:

  

Зададимся другим ориентировочным параметром – значение критерия Рейнольдса:

  

Оно соответствует  развитому турбулентному режиму течения жидкости в трубках.

Такой режим возможен в теплообменниках с числом трубок на один ход:

  – для d_тр = мм

  

  – для d_тр = мм

  

По таблице 2.3 на стр. 51 выбираем 2 кожухотрубчатых теплообменника:

 

Уточненный  расчет поверхности  теплообмена

Уточнять  будем для обоих вариантов, а  в конце сравним.

Критерий  Рейнольдса:

  

Во втором случае течение более интенсивное, а значит более интенсивным будет теплообмен и эффективность теплообменника. Поэтому уже сейчас можно от 1-го варианта отказаться, и уточнять 2-й.

Для развитого  турбулентного режима течения жидкости критериальное уравнение для расчета критерия Нуссельта примет вид формулы (2.12) стр. 49 [2]:    

  

Критерий  Прандтля рассчитывается по формуле:

  

Тогда критерий Нуссельта:

  

Коэффициент теплоотдачи от стенки к подогреваемой  жидкости:

  

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося  пара к стенке по формуле (4.52) стр. 161 [1]:

  

  (для  вертикальных труб)

Теплопроводность  загрязнений стенок (табл. 2.2 стр. 48 [2]):

  

Действительный  коэффициент теплопередачи:

  

Действительная  поверхность теплообмена:

      
Запас поверхности теплообмена:

  

Возьмем теплообменник с параметрами:

Тогда остальные параметры расчета  равны:

    

Выбираем  кожухотрубчатый теплообменник:

 

Поверочный  расчет теплообменника (стр 83 [2])

Необходимо  определить конечные температуры теплоносителей при их известных нулевых начальных  температурах.

Так как  t₁ = const по условию, то нужно определить лишь t_2к.

Е –  эффективность теплопередачи;

N – число единиц переноса.

Для теплообменников, в которых температура горячего теплоносителя постоянна:

  

Число единиц переноса:

  

  

Теперь  можно узнать конечную температуру  подогреваемой смеси:

  

Ответ на задание  II:

  1) .

  2) Выбран  теплообменник с характеристиками:

  3)  t_2к = 67,4 ^оС. 
 
 
 

  Библиографический список:

1. Романков, Носков – Примеры и задачи по ПАХТ
2. Дытнерский – пособие по проектированию
3. Коган, Фридман – равновесие между жидкостью и паром, т. 1
4. 4248 – физические свойства наиболее распространенных веществ.
5. Характеристика насосов – раздаточный материал.