Расчетно-графическая работа на тему Подбор центробежного насоса по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии. пахт ргр. Подбор центробежного насоса по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии

• Название: Подбор центробежного насоса по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии
• Анкор: Расчетно-графическая работа на тему Подбор центробежного насоса по дисциплине Процессы и аппараты химической технологии
• Дата: 20.06.2022
• Размер: 371.79 Kb.
• Имя файла: пахт ргр.docx
• Тип: Документы; #606328

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Кафедра нефтехимии и химической технологии

РАБОТА ПРИНЯТА

Оценка_______________

Доцент каф. НХТ

________ С.П. Ломакин


РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

на тему: «Подбор центробежного насоса»

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

Вариант 2

студ. гр. БТГ-20-01 Байназаров А.А.


Уфа – 2022

Цель работы:

Подобрать оптимальный диаметр стального трубопровода и марку насоса, устанавливаемого на уровне исходного резервуара.

Теоретическое обоснование:

Насосы — гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает перемещение.

Различают насосы двух основных типов: динамические и объемные.

В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на замкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него.

В объемных насосах жидкость перемещается при периодическом изменении замкнутого объема жидкости, который периодически сообщается со входом в насос и выходом из него.

Основными параметрами насосов являются производительность, напор, полезная мощность, мощность на валу и коэффициент полезного действия.

Производительность, или подача, Q (м³/с) – объем жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор H (м) – удельная энергия, сообщаемая насосом единице веса перекачиваемой жидкости.

Полезная мощность N_п затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии равна произведению напора Н на весовой расход γ ⋅ Q жидкости:

.

Мощность на валу N_е больше N_п в связи с потерями энергии в насосе, которые учитываются КПД насоса η_н:

.

КПД η_н характеризует совершенство конструкции и экономичность эксплуатации насоса.

Исходные данные

• 
  Исходная смесь – раствор 40% уксусной кислоты в воде;
  
• 
  Расход раствора G = 5 кг/с;
  
• 
  Абсолютное давление в колонне = 0,64 ат;
  
• 
  Геометрическая высота H = 5 м;
  
• 
  Длина трубопровода от резервуара до теплообменника L = 450 м;
  
• 
  Количество ходов в теплообменнике m = 2;
  
• 
  Общее число труб в теплообменнике n = 121;
  
• 
  Длина труб теплообменника L_ТОА = 3 м;
  
• 
  Диаметр отверстия диафрагмы d_o = 56 мм;
  
• 
  Число задвижек на первом участке n₁ = 3;
  
• 
  Число плавных поворотов на первом участке n₂ = 9;
  
• 
  Число вентилей 1;
  
• 
  Начальная температура раствора t₀ = 30 ^оC;
  
• 
  Конечная температура раствора t₁ = 80 ^оC;
  
• 
  Температура внутренней поверхности стенок труб t_ст = 90 ^оC;
  
• 
  Длина участка от теплообменника до ректификационной колонны l_тр = 7 м;
  
• 
  Число задвижек на втором участке n₁ = 1;
  
• 
  Число плавных поворотов на втором участке n₂ = 1;
  
• 
  Диаметр штуцеров d_ш = 159 мм;
  
• 
  Диаметр труб d_тр = 25 2 мм.
  

Технологическая схема



Расчетная часть

1. 
   Расчет плотности и динамической вязкости смеси двух жидкостей.
   

Так как мы имеем раствор, состоящий из двух разных жидкостей, то рассчитаем плотность смеси по формуле:

,

где – плотности компонентов смеси;

– массовые доли компонентов смеси.

Рассчитываем плотность раствора при начальной, конечной температурах и при температуре стенки:

При плотность воды кг/м³ , плотность 100% уксусной кислоты 1037,5 кг/м³; массовая доля воды 0,6 , тогда массовая доля уксусной кислоты 0,4.

кг/м³

При плотность воды 972 кг/м³, плотность уксусной кислоты
981 кг/м³

кг/м³

При плотность воды 965 кг/м³, плотность уксусной кислоты
969,5 кг/м³

кг/м³

Необходимо рассчитать динамическую вязкость для раствора при каждой температуре, используем формулу:

,

где – динамические вязкости компонентов смеси;

– объемные доли компонентов смеси.

При динамическая вязкость воды , динамическая вязкость уксусной кислоты ; объемная доля воды , тогда объемная доля этилового спирта 1-0,833 = 0,167.



При для воды , для уксусной кислоты



При для воды , для уксусной кислоты

2. 
   Определение потери давления на трение в теплообменнике
   

На входе и выходе из теплообменника газ имеет различные температуры, значит за температуру в теплообменнике примем среднюю температуру газа.



При плотность воды , плотность уксусной кислоты



При для воды , для уксусной кислоты



Вычислим скорость движения раствора по трубам теплообменника, исходя из уравнения массового расхода:

,

где d_тр – диаметр труб в теплообменнике, мм;

n – количество труб, определяемое по диаметру кожуха для данного теплообменника, ;

m – количество ходов в теплообменнике, 2.

м/с.

Зная скорость, рассчитаем критерий Рейнольдса:

,



Примем, что раствор движется по стальным трубам внутри теплообменника с незначительной коррозией. Тогда шероховатость стенок труб примет значение мм (Павлов-Романков, табл. XII).

Найдем отношение диаметра к шероховатости:

.

Зная степень шероховатости и критерий Рейнольдса, определим коэффициент трения по графику (Павлов – Романков, стр. 22, рис. 1.5):

.

Вычислим потери давления на трение в теплообменнике:

,

Па

Определим скорость раствора на входе и на выходе из штуцеров:

,

где d_ш – диаметр штуцера, мм.

м/с

м/с

Скорость в штуцерах больше скорости в трубах, поэтому потери давления при входе в теплообменник и выходе из него рассчитываем по скорости в штуцерах. То есть по – для входной и выходной камер трубного пространства, по – для входа и выхода из труб.

Необходимо учесть все местные сопротивления, присутствующие на данном участке. Для этого распишем все коэффициенты местного сопротивления (Павлов-Романков, стр. 26):

Входная и выходная камеры трубного пространства: ;

Вход в трубы и выход из них: ;

Повороты поворота на 180^о: .

Рассчитаем потери давления при входе и выходе из трубного пространства теплообменника:

Па

Па

Рассчитаем потери давления на входах и выходах из труб теплообменника:

Па

Определим гидравлическое сопротивление на поворотах потока на 180^о:

Па

Общее гидравлическое сопротивление в теплообменнике при прохождении потока трубного пространства:



Однако в данном случае мы имеем разные температуры на входе и выходе из теплообменника, то есть неизотермическим потоком. Определим поправочный множитель, который представляет собой отношение критерия Прандтля при температуре стенки и средней температуре.

Так как доля потерь внутри теплообменника относительна мала по сравнению с потерями на всем участке, то необходимо также рассчитать поправочный множитель, равный отношению динамических коэффициентов раствора при двух температурах, поскольку теплоемкость и теплопроводность практически остаются постоянными.

Находим поправочный коэффициент для неизотермического потока:





где – динамическая вязкость раствора при температуре стенки.

критерий Прандтля для стенки, ( критерии Прандтля для воды и этилового спирта при температуре стенки);

критерий Прандтля при средней температуре, ( критерии Прандтля для воды и этилового спирта при средней температуре).
Значения критерий Прандтля находим из номограммы рис. XIII (Павлов – Романков, стр. 564). В расчетах учитываем поправочный коэффициент с меньшим значением.

Необходимо скорректировать потерю давления путем умножения первого, четвёртого и пятого слагаемых на поправочный коэффициент:



Па

3. 
   Определение потерь давления на участке от теплообменника до ректификационной колонны
   

В трубопроводах жидкость движется со скоростью 0,5 – 2,5 м/с, поэтому предварительно выберем скорость, которую в дальнейшем пересчитаем после выбора диаметра трубопровода.

Примем м/с.

Тогда рассчитаем диаметр по формуле:

,

м.

По табличным данным подбираем стандартный диаметр трубопровода. Так как необходимо округлять в большую сторону, то выбираем мм, внутренний диаметр трубопровода мм.

По выбранному диаметру уточним скорость движения газа в трубопроводе:

,

м/с.
Зная скорость, рассчитаем критерий Рейнольдса:

,


Примем, что раствор движется по стальному трубопроводу с незначительной коррозией. Тогда шероховатость стенок труб примет значение мм (Павлов-Романков, табл. XII).

Найдем отношение диаметра к шероховатости:

.

Зная степень шероховатости и критерий Рейнольдса, определим коэффициент трения по графику (Павлов – Романков, стр. 22, рис. 1.5):

.

Учтем все местные сопротивления, присутствующие на данном участке. Для этого распишем все коэффициенты местного сопротивления (Павлов-Романков, табл. XIII):

Выход из трубы: ;

На втором участке одна задвижка, поэтому по условному проходу 15 – 100 мм ( мм) ;

На данном участке 1 плавный поворот на 120° , следовательно коэффициент А = 1,165, коэффициент В = 0,11. Находим коэффициент сопротивления для одного плавного поворота:

.

Найдем суммарный коэффициент местного сопротивления на первом участке трубопровода:

.

Определим полное гидравлическое сопротивление второго участка трубопровода по формуле:



Па.

Гидравлическое сопротивление на первом участке трубопровода, то есть с холодным потоком, суммируется из потерь давления на трение, на преодоление местных сопротивлений и на подъем жидкости.

Найдем скорость на участке с холодным потоком с учетом, что диаметр трубопровода холодного участка равен диаметру трубопровода горячего участка:

,

м/с.

Зная скорость, рассчитаем критерий Рейнольдса:

,

– турбулентный режим.

Примем, что раствор движется по стальному трубопроводу с незначительной коррозией. Тогда шероховатость стенок труб примет значение мм (Павлов-Романков, табл. XII).

Найдем отношение диаметра к шероховатости:

.

Зная степень шероховатости и критерий Рейнольдса, определим коэффициент трения по графику (Павлов – Романков, стр. 22, рис. 1.5):

.

Необходимо учесть все местные сопротивления, присутствующие на первом участке. Для этого распишем все коэффициенты местного сопротивления (Павлов-Романков, табл. XIII):

Вход в трубу с острыми краями: ;

На первом участке 3 задвижки, поэтому по условному проходу 15 – 100 мм
( мм) ;

На данном участке 9 плавных поворотов на 90° , следовательно коэффициент А = 1,0, коэффициент В = 0,13. Находим коэффициент сопротивления для одного плавного поворота:

.

Примем, что установлен прямоточный вентиль: при , , при

Следовательно,

Диафрагма: значение , по таблице ;

Найдем суммарный коэффициент местного сопротивления на первом участке трубопровода:

.
Определим полное гидравлическое сопротивление первого участка трубопровода по формуле:



Па.

Определим затраты удельной энергии на создание скоростного напора:

Па

Так как на подъем холодной жидкости необходимо давление, то найдем его по формуле:

Па

Рассчитаем разность давлений в резервуаре и ректификационной колонне:

Па

Общее гидравлическое сопротивление на протяжении всего трубопровода, включая теплообменник, а также давление на создание скорости, на подъем потока:



Для подбора насоса необходимо знать производительность

м³/с

Также насос характеризуется мощностью, с учетом КПД приближенно равного 0,6:

кВт

Рассчитаем напор:

м.

Подбор насоса:

Выбрали насос X20/18 с электродвигателем АО2-31-2. Производительность - м³/с, напор - 10,5 м. Мощность двигателя - 3 кВт.

Вывод:

Были проведены расчеты, и по данным расчетам подобран оптимальный диаметр стального трубопровода и марка насоса, устанавливаемого на уровне исходного резервуара.