Федеральноеагентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО«Омский государственный технический университет»
Кафедра«Машины и аппараты химических производств»
Пояснительнаязаписка к домашнему заданию
Тема: «Расчетнасоса и теплообменного аппарата»
Вариант № 10
Выполнил студент
группы ХТБ-316
Леонов В. Е.
Проверил
профессор Калекин В. С.
Омск-2009
Содержание
Введение
1. Насос
2. Кожухотрубчатый теплообменник
1. Расчет центробежного насоса
1.1 Задание
1.2 Решение
2. Расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата
2.1 Задание
2.2 Решение
3. Библиографический список
Введение
1. Насос
Для того чтобы выбратьсоответствующий насос, необходимо найти напор, развиваемый насосом, а такжемощность насоса.
Напор насоса – энергия,сообщаемая насосом единице веса перемещаемой жидкости.
/>
Полезная мощность –мощность, сообщаемая насосом перемещаемой жидкости:
/>
/>
Мощность на валу(эффективная):
Коэффициент полезногодействия насоса – произведение трех коэффициентов, характеризующих отдельныевиды потерь энергии в насосе:
/>
насосмощность гидравлический энергия
Потери энергии в насосеподразделяются на гидравлические, объемные и механические.
Гидравлические потериэнергии связаны с трением жидкости и вихреобразованием в проточной части.
Теоретический напор,создаваемый насосом, больше действительного напора на величину гидравлическихпотерь:
/>
Гидравлический КПД –отношение действительного напора к теоретическому:
/>
Объемные потери связаны сперетеканием жидкости через зазоры из области повышенного в область пониженногодавления, а также утечками через уплотнения. Часть теряемой энергии учитываетсяобъемным КПД:
/>
К механическим потерямотносят трение в подшипниках, в уплотнениях вала, потери на трение жидкости онерабочие поверхности рабочих колес (дисковое трение). Величина механическихпотерь оценивается механическим КПД:
/>
Значения КПД насосовнаходятся в пределах 0,6-0,9.
Мощность насоса:
/> [1]
2. Кожухотрубчатыйтеплообменник
При выполнении тепловыхрасчетов трубчатых теплообменных аппаратов коэффициент теплопередачи обычноопределяется по формуле для плоской стенки:
/>
При проектировании новыхтеплообменных аппаратов обязательно нужно учесть возможность загрязнениятеплообменной поверхности и принять соответствующий запас. Учет загрязненияповерхности производят двумя способами: либо путем введения так называемогокоэффициента загрязнения на который умножается коэффициент теплопередачи,рассчитанный для чистых труб:
/>
либо путем введениятермических сопротивлений загрязнений:
/>
Коэффициентытеплопередачи, входящие в уравнения, определяются из критериальных выраженийвида Nu=f(Re;Pr;Gr).
При подборестандартизированного теплообменника задаются ориентировочным значением коэффициентатеплопередачи K. Затем по справочникам подбираюттеплообменник и далее проводят расчет поверхности теплопередачи порассмотренной схеме. При удовлетворительном совпадении расчета площадитеплообмена тепловой расчет теплообменника заканчивают и переходят к егогидравлическому расчету, целью которого является определение гидравлическогосопротивления теплообменника [1].
1. Расчет центробежногонасоса
1.1 Задание
/>/>/>/>/>/>/>
Подобрать насос дляперекачивания воды при из открытой емкости в аппарат, работающий подизбыточным давлением 0,2 МПа. Расход воды геометрическая высота подъема длинатрубопровода на линии нагнетания длина трубопровода на линии всасывания Налинии нагнетания 2 вентиля, 2 отвода под углом с радиусом загиба на линиивсасывания 1 вентиль.
/>
1.2 Решение
/>
Скорость течения жидкостив насосе изменяется в пределах Принимаем скорость течения воды
Из уравнения дляобъемного расхода перекачиваемой жидкости находим диаметр трубопровода:
/>
/>
Определим критерийРейнольдса:
где — плотность воды(прил. 6) [2];
— динамическийкоэффициент вязкости воды при (прил. 10) [2].
Значение среднейшероховатости для стальных труб с незначительной коррозией (прил. 7) [2]:
/>
Относительнаяшероховатость:
/>
Определяем коэффициенттрения:
/>
Определяем суммукоэффициентов местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательнойлиний (прил. 8) [2]:
Для всасывающей линии:
/>
1) вход воды в трубопровод:
/>
2) прямоточный вентиль:
/>
Сумма коэффициентовместных сопротивлений во всасывающей линии:
/>
Потерянный напор вовсасывающей линии:
/>
Для нагнетательной линии:
1) прямоточные вентили:
/>
2) отводы: коэффициент A=1, коэффициент B=0,11;
/>
3) выход из трубы:
Сумма коэффициентовместных сопротивлений в/> нагнетательной линии:
Потерянный напор внагнетательной линии:
/>
/>
Общие потери напора:
/>
Находим полный напорнасоса:
/>
Подобный напор призаданной производительности обеспечивается центробежными насосами.
Определяем полезнуюмощность насоса:
/>/>/>
КПД центробежного насосаизменяется в пределах 0,4-0,7. Принимаем и />Найдем мощность на валу двигателя:
/>
По таблице (прил. 21) [2]устанавливаем, что заданным подаче и напору больше всего соответствуетцентробежный насос марки Х45/54. Насос обеспечен электродвигателем А02-62-2.
2. Расчеткожухотрубчатого теплообменного аппарата
2.1 Задание
/>/>/>/>
Рассчитать и подобратьнормализованный кожухотрубчатый теплообменник для теплообмена между двумявводно-органическими растворами. Горячий раствор (фенол) в количестве охлаждаетсяот до Начальная температура холодного раствора (воды) равна Допустимая потерядавления 0,015 МПа.
2.2 Решение
В качестве охлаждающегоагента принимаем воду, имеющую начальную температуру />конечную температуру />Примем следующую схему распределения температур втеплообменнике:
/>
/>
тогда средняя разностьтемператур теплоносителей будет
/>:
При средней температуреводы
/>
ее свойства:
плотность (прил. 6) [2]
/>
вязкость (прил. 10) [2]
/>удельная теплоемкость
/>теплопроводность
/>Свойства фенола при средней его температуре
/>следующие:
плотность (прил. 6) [2]
/>вязкость (прил. 30) [2]
/>удельная теплоемкость (прил. 15) [2]
/>теплопроводность
/>Направим фенол в трубное пространство теплообменника.
Предварительный тепловойрасчет аппарата.
Массовый расход фенола:
/>тепловой поток в аппарате:
/>расход воды, необходимой для охлаждения фенола:
/>объемный расход воды:
/>
Принимаем предварительнозначение коэффициента теплопередачи (прил. 23) [2]:
/>Ориентировочная площадь поверхности теплообмена:
/>
Выбираем предварительно(прил.25) [2] теплообменник со следующими параметрами:
поверхность теплообмена />диаметр кожуха D=400 мм, длина труб l=3000 мм (трубы диаметром 25x2).
Уточненный тепловойрасчет по первому варианту.
Скорость фенола в трубахтеплообменника
/>
где — площадь сечениятрубного пространства (прил. 27) [2].
Значение критерия Re для фенола:
/>
Критерий Прандтля дляфенола:
/>
Поскольку режим течения –ламинарный, значение критерия Nu дляфенола определим по рис. 8. 2. [2]:
/>
Значение коэффициентатеплоотдачи для фенола:
/>
Значение коэффициентатеплоотдачи для воды примем (прил. 24) [2]
/>Термические сопротивления (прил. 20) [2] со стороныфенола
/>
со стороны воды
/>
Термическое сопротивлениестенки
/>/>
где — теплопроводностьстали (прил. 17) [2]
Общий коэффициент теплопередачи:
/>
Уточненная площадьповерхности теплообмена:
/>
Принимаем теплообменник(прил.25) [2] с площадью поверхности />диаметр кожуха D=800 мм, длина труб l=4000 мм (трубы диаметром 20x2).
Гидравлический расчеттеплообменника.
Для расчетагидравлического сопротивления найдем дополнительные исходные данные.
Ориентировочная величинадиаметра штуцера подачи фенола
/>
Скорость фенола вштуцерах теплообменника
/>
Определяем потеридавления на следующих участках теплообменника:
при входе фенола враспределительную камеру:
/>
при входе фенола в трубы
/>
при выходе фенола изтруб:
/>
при выходе фенола израспределительной камеры:
/>
Значение среднейшероховатости для стальных труб с незначительной коррозией (прил. 7) [2]
/>Относительная шероховатость
/>
Определяем коэффициенттрения
/>
Гидравлическоесопротивление за счет трения
/>
Общее сопротивлениетрубного пространства
/>
Это сопротивлениезначительно меньше допустимой условием задачи потери давления в теплообменнике,значит, выбранный теплообменник подходит.
Библиографический список
1. Калекин В. С. Процессы и аппаратыхимической технологии: Гидромеханические и тепловые процессы: Учеб. пособие. В2 ч. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. Ч. 1. – 212 с.
2. Ануфриенко А. Л., Калекин В. С.Процессы и аппараты химической технологии. Гидромеханические и тепловыепроцессы: Учеб. пособие для практических занятий и самостоятельной работыстудентов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. 124 с.
3. Процессы и аппараты химическойтехнологии: Методические указания. Составитель И. А. Назаренко.