Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию РФ
ГОУ ВПО
Омский государственный технический университет
Кафедра “Машины и аппараты химических производств”
Пояснительная записка
к домашнему заданию
по теме: “Расчет насоса и теплообменного аппарата”.
Выполнил:
студент группы ХТБ-316
Проверил:
Профессор, Калекин В. С.
Омск, 2009г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………3
1. Расчет насоса……………………………………………….……….4
1.1. Задание………………………………………………………………………4
1.3. Определение потерь на трение и местные сопротивления…………..4
1.4. Выбор насоса…………………………………………………………….…7
ВВЕДЕНИЕ
В химических и нефтехимических производствах насосы являются одним из основных видов оборудования, надежная работа которого обеспечивает непрерывность технологического процесса. Насосное оборудование используют для перекачивания жидкостей с разными физико-химическими свойствами при различных температурах. В насосах происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, благодаря чему осуществляется ее перемещение.
От параметров перекачиваемой жидкости во многом зависит тип и надежность работы насоса.
Применяемая в химических и нефтехимических производствах теплообменная аппаратура разнообразна как по своему функциональному назначению, так и по конструктивному оформлению.
Кожухотрубные теплообменники получили наибольшее распространение благодаря простоте конструкции и технологии изготовления. В зависимости от назначения они могут быть подогревателями, конденсаторами и испарителями. С целью увеличения скорости движения теплоносителей они изготовляются двух, четырех, шести и двенадцатиходовыми.
В данной работе произведен расчет и подбор насоса и теплообменника.
Основными типами насосов, применяемых в химической технологии, являются центробежные, поршневые и осевые насосы. При проектировании обычно возникает задача определения необходимого напора и мощности при заданной подаче жидкости, перемещаемой насосом. Далее по этим характеристикам выбирают насос конкретной марки.
1.1. Задание
Подобрать насос для перекачивания мазута при ТНАЧ=50ºС из открытой емкости в аппарат, работающий под избыточным давлением 0,2 МПа. Расход мазута Q=0,01м3/с, геометрическая высота подъема НГ=18м, длина трубопровода на линии нагнетания LНАГ=50м, длина трубопровода на линии всасывания LВС=30м. На линии нагнетания 2 вентиля, 2 отвода под углом 90º с радиусом загиба R0=300мм; на линии всасывания 1 вентиль.
Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения раствора (w), равную 2 м/с [1].
Из уравнения для объемного расхода перекачиваемой жидкости находим диаметр трубопровода:
где Q- расход раствора, м3/с.
1.3. Определение потерь на трение и местные сопротивления
Определим критерий Рейнольдса:
,
где p – плотность мазута [2], кг /м3;
μ – коэффициент динамической вязкости мазута при 50ºС , рассчитывается по формуле:
,
где v – кинематическая вязкость, значение которой берется по номограмме, приведенной ниже, см2/с:
Re =1852, т.е. режим течения ламинарный
Значение средней шероховатости для стальных труб с незначительной коррозией ∆=0,2 мм [2].
Относительная шероховатость:
.
Определяем коэффициент трения при ламинарном режиме:
,
где А – коэффициент, зависящий от формы сечения трубопровода [1].
Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательной линий.
Для всасывающей линии [2]:
1) вход мазута в трубопровод ( принимаем с острыми краями)
ξ1=0,5 ;
2) прямоточный вентиль: для d =0,08м ξ01 =0,58, умножая на поправочный коэффициент К=0,92, получим ξ2=0,53;
Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:
;
Потерянный напор во всасывающей линии:
.
Для нагнетательной линии [2]:
2) отводы: коэффициент A=1,т.к. отвод под углом 90º, коэффициент B=0,12, т. к. R0/d=3,75:
;
3) выход из трубы ξ3=1;
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:
.
Потерянный напор в нагнетательной линии:
.
Общие потери напора:
1.4. Выбор насоса
Находим полный напор насоса:
,
где р2-р1 – избыточное давление, Па.
Определяем полезную мощность насоса:
.
Принимая ηпер=1 и ηн=0,6 (для центробежного насоса средней производительности) [2], находим мощность на валу двигателя:
,
где ηпер – к.п.д. передачи;
ηн – к.п.д. насоса.
Заданным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки Х45/54 [2], для которого при оптимальных условиях работы Q=1,2 ·10-2 м3/с, Н= 54 м, ηн=0,6. Насос обеспечен электродвигателем А02-72-2 номинальной мощностью 30 кВт, ηдв=0,89. Частота вращения вала n=48,3 c-1.
В расчет теплообменного аппарата входят: тепловой (технологический), гидравлический, конструктивный и прочностные расчеты, выполняемые как для всего аппарата, так и ( по мере необходимости ) для отдельных его узлов и деталей.
2.1. Задание
Рассчитать и подобрать нормализованный кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между двумя водно-органическими растворами. Горячий раствор (мазут) в количестве V=0,03 м3/с охлаждается от t1н=350ºС до t1к=150ºС. Начальная температура холодного раствора (бензина) равна t2н=50ºС. Допустимая потеря давления ∆р=0,25·105Па.
2.2. Физико-химические характеристики жидкостей
Принимаем конечную температуру холодного раствора t2к=80ºС.
Примем следующую схему распределения температур в теплообменнике:
t1н=350 → t1к=150º
t2к=80 ← t2н=50
________________
∆tБ=270ºС ∆tМ=100ºС
Тогда средняя разность температур теплоносителей будет
Горячая жидкость при средней температуре tср= tБ+∆tср=170+65=235 ºС имеет следующие физико-химические характеристики:
плотность ,
где pм – значение плотности при текущей температуре;
p20 – значение плотности при температуре 20°С [3];
tср – значение средней температуры;
α – коэффициент изменения плотности 1/°С [3];
вязкость μМ= 2,5·10-3 Па·с (по номограмме на стр.5); удельная теплоемкость [3]; теплопроводность λМ= 0,117 Вт/(м·К) [3].
При температуре бензина tБ= (50+80)/2=65 ºС его свойства:
плотность ρБ=760 кг/ м3; вязкость μБ=0,2·10-3 Па·с; удельная теплоемкость сБ= 1840 Дж/(кг·К); теплопроводность λБ=0,31Вт/(м·К).
2.3. Предварительный тепловой расчет аппарата
Массовый расход мазута
тепловой поток в аппарате
расход бензина, необходимый для охлаждения мазута:
объемный расход бензина
Принимаем предварительно значение коэффициента теплопередачи Кср=250Вт/(м2 ·К) [2].
Ориентировочная площадь поверхности теплообмена
.
По справочным данным [2] выбираем предварительно теплообменник со следующими параметрами: поверхность теплообмена F= 184м2;диаметр кожуха D=800мм; длина труб l=4000мм (трубы диаметром 20 ×2).
2.4. Уточненный тепловой расчет по первому варианту
Скорость мазута в трубах теплообменника
где fтр – площадь сечения трубного пространства.
Значение критерия Re для мазута:
где d=0, – внутренний диаметр труб.
Критерий Прандтля для мазута
Значение критерия Nu для мазута
Значение коэффициента теплоотдачи для мазута
Значение коэффициента для бензина, рассчитав аналогично, равно αБ=2595( Вт/м2 ·К).
Термическое сопротивление со стороны мазута r31=3,4·10-4 м2 ·К/Вт, со стороны бензина r32=1,7·10-4 м2 ·К/Вт.
Термическое сопротивление стенки
где λст– теплопроводность стали.
Общий коэффициент теплопередачи вычисляем по формуле:
Уточненная площадь поверхности теплообмена
В соответствии со справочными данными принимаем теплообменник с площадью поверхности F= 142м2;диаметр кожуха D=800мм; длина труб l=4000мм (трубы диаметром 25 ×2).
2.5. Гидравлический расчет теплообменника
Для расчета гидравлического сопротивления найдем дополнительные исходные данные.
Ориентировочная величина диаметр штуцера подачи мазута
Скорость мазута в штуцерах теплообменника
Гидравлическое сопротивление трубного пространства рассчитывают по формуле:
для этого необходимо рассчитать потери давления на следующих участках теплообменника:
- при входе мазута в распределительную камеру
- при входе мазута в трубы
- при выходе мазута из труб
- при выходе мазута из распределительной камеры
В этих формулах ξм.с.- коэффициенты местных сопротивлений, значения которых приведены в справочнике.
По справочным данным значение средней шероховатости для стальных труб с незначительной коррозией е= 0,2мм. По рисунку из приложения для d/e=105 и Re=12480 находим λ=0,039.
Гидравлическое сопротивление за счет трения
Общее сопротивление трубного пространства
Это сопротивление значительно меньше допустимой условием потери давления в теплообменнике, значит, выбранный теплообменник подходит.
EMBED Equation.3