- •Рис. 9.2. К расчету теплообмена в реакторе вытеснения
- •Рис. 7.2. К примеру 10.1
- •Рис. 11.4. К примеру 11.1
- •Рис. 11.9. К расчету шпилек
- •Рис. 11.10. К примеру 11.3
- •Рис. 11.11. К примеру 11.5
- •Рис. 13.10. Рамные мешалки
- •Рис. 13.11. Якорные мешалки
- •Предисловие
- •Экологическое и технико-экономическое обоснование проектов химических производств.
- •Этапы проведения экологической экспертизы
- •Принципы экологической экспертизы
- •Рис. 1.1. Общая система организации проектирования
- •Рис. 1.2. Основные этапы и стадии разработки проектов для промышленного строительства
- •1.2. Задание на проектирование
- •Рис. 1.3. Пример построения розы повторяемости и силы ветров
- •Рис.1.4. Схема выпадения дымовых частиц при наличии зеленых защитных насаждений между застройкой и источником задымления и при отсутствии их:
- •Рис. 1.5. Совмещенная схема движения загрязненных нижнего и верхнего потоков
- •1.5. Разработка проектной документации по охране окружающей среды
- •1.5.2. Разработка прогноза загрязнения воздуха
- •1.5.4. Прогноз воздействия объекта при возможных авариях
- •1.6. Технологический процесс как основа промышленного проектирования
- •Рис. 1.6. Схема производства серной кислоты контактным способом:
- •Рис. 1.8. Процессы и аппараты химической технологии
- •Рис. 1.9. Виды оборудования химической технологии
- •Рис. 1.11. Уровни организации химического предприятия
- •1.7. Генеральный план химических предприятий
- •Рис. 1.12. Генеральный план предприятий химической промышленности
- •1.8. Типы промышленных зданий
- •1.8.1. Одноэтажные промышленные здания
- •Рис. 1.13. Одноэтажное здание павильонного типа:
- •Рис. 1.14. Многоэтажное производственное здание:
- •1.8.2. Многоэтажные здания
- •Рис. 1.15. Многоэтажное производственное здание:
- •Рис. 1.16. Поперечные разрезы зданий I и II очередей сернокислотного производства:
- •1.8.3. Вспомогательные здания и помещения химических предприятий
- •1.8.4. Склады промышленных предприятий
- •1.9. Инженерные сооружения
- •инженерных сооружений
- •1.10. Специальные вопросы проектирования химических предприятий
- •2.1. Основные стадии проектирования химических производств и оборудования
- •Рис. 2.1. Основные стадии проектирования
- •2.2. Виды конструкторских документов
- •2.4.1. Курсовое проектирование
- •2.4.2. Дипломное проектирование
- •2.4.3. Пример использования АвтоЛиспа
- •Рис. 2.2. Схема установки для ректификации трехкомпонентной смеси:
- •СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •3.1. История развития САПР
- •3.2. Основные принципы создания САПР
- •Рис. 3.1. Модульная структура программного обеспечения
- •Рис. 3.2. Области использования ЭВМ в процессе проектирования
- •3.4. Автоматическое изготовление чертежей
- •3.5. Основные преимущества автоматизации проектирования
- •3.6. Основные требования к САПР
- •Рис. 3.3. Схема взаимодействия пользователя со средствами САПР:
- •3.7. Связь САПР с производством, расширение области применения
- •3.8. Система автоматизированного проектирования цементных заводов
- •3.8.1. Функционирование САПР
- •ВВЕДЕНИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •4.1. Проектно-сметная документация
- •4.2.1. Исходные положения
- •4.2.2. Обоснование способа производства химической продукции
- •ВЫБОР И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Последовательность разработки технологической схемы
- •Рис. 5.1. Примерная схема стадий технологического процесса:
- •Рис. 5.2. Блок-схема физико-химических процессов, протекающих в гетерофазном реакторе с мешалкой
- •5.3. Принципиальная технологическая схема
- •5.4. Размещение технологического оборудования
- •Выбор технологического оборудования химических производств
- •6.1. Основные типы химических реакторов
- •Рис. 6.1. Установка для непрерывного процесса:
- •Рис. 6.5. Изменение концентрации веществ в реакторах:
- •Рис. 6.6. Реакторы смешения:
- •6.2. Химические факторы, влияющие на выбор реактора
- •6.2.1. Реакции расщепления
- •Рис. 6.7. Относительный выход реакции расщепления:
- •Реактор
- •6.2.2. Реакции полимеризации
- •6.2.3. Параллельные реакции
- •Объем реактора
- •РВНД
- •6.3. Эскизная конструктивная разработка основной химической аппаратуры
- •6.3.1. Общие положения
- •6.3.2. Реакторы
- •6.4. Оптимизация процессов химической технологии
- •УРАВНЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
- •7.1. Стехиометрические расчеты
- •7.2. Термодинамический анализ процессов
- •7.2.1. Равновесие химической реакции
- •Рис. 1.1. Зависимость коэффициента активности газв от приведенных давления и температуры
- •7.2.2. Расчет состава равновесной смеси
- •7.3. Общее уравнение баланса массы
- •7.4. Практический материальный баланс
- •7.5. Физико-химические основы технологического процесса
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Расчет объемов реакторов
- •8.2.1. Основные положения химической кинетики
- •8.2.2. Расчет идеальных реакторов
- •8.3. Определение объемов аппарата
- •Тепловой расчет основного оборудования
- •9.1. Общее уравнение баланса энергии
- •Рис. 9.1. К примеру 9.1
- •9.2. Практический тепловой баланс
- •9.3. Теплообмен в реакторах
- •9.4. Расчет энтальпий и теплоемкостей
- •9.6. Расчет реактора периодического действия
- •Рис. 9.3. К тепловому расчету реактора периодического действия
- •9.7. Степень термодинамического совершенства технологических процессов
- •Рис. 9.6. Технологическая схема 1:
- •Рис. 9.7. Технологическая схема 2
- •Рис. 9.8. Схемы использования тепла реакций:
- •Гидравлические расчеты
- •10.1. Расчет диаметра трубопровода
- •Пары, насыщенные при абсолютном давлении (МПа)
- •Рис. 10.1. Зависимость коэффициента трения от критерия Рейнольдса и степени шероховатости трубы
- •10.3. Гидравлическое сопротивление кожухотрубчатых теплообменников
- •10.4. Подбор насосов
- •МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
- •11.1. Расчет сварных химических аппаратов
- •11.1.1. Основные расчетные параметры
- •11.1.2. Расчет на механическую прочность
- •11.1.3. Требования к конструированию
- •11.1.4. Расчет цилиндрических обечаек
- •Рис. 11.1. Номограмма для определения толщины цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением
- •Рис.11.2. Схема пользования номограммой на рис. 11.1:
- •11.1.5. Расчет крышек и днищ
- •Рис. 11.3. Основные конструкции днищ сварных аппаратов:
- •11.1.6. Подбор стандартных элементов
- •11.2. Расчет толстостенных аппаратов
- •Рис. 11.7. Основные конструкции уплотнений затворов высокого давления:
- •Рис. 11.8. К расчету усилий, действующих на затворы высокого давления
- •КОНСТРУКционНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ХИМИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ
- •12.1. Виды конструкционных материалов
- •12.2. Коррозия металлов и сплавов
- •12.2.1. Виды коррозии
- •12.2.2. Виды коррозионных разрушений
- •12.2.3. Способы борьбы с коррозией
- •12.3. Влияние материала на конструкцию аппарата и способ его изготовления
- •12.3.1. Конструкционные особенности аппаратов из высоколегированных сталей
- •Рис. 12.1. Сварка встык:
- •Рис. 12.2. Способы подготовки кромок под сварку
- •Рис. 12.4. Способы сварки легированной и углеродистой стали
- •12.3.2. Конструктивные особенности эмалированных аппаратов
- •Рис. 12.5. Элементы конструкции эмалированных аппаратов
- •Рис 12.6. Пайка элементов медных аппаратов
- •12.3.3. Конструктивные особенности аппаратов из цветных металлов
- •Рис. 12.7. Основные типы паяных соединений
- •12.3.4. Конструктивные особенности аппаратов из пластмасс
- •ОФОРМЛЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
- •13.1. Оформление поверхности теплообмена
- •Рис. 13.5. Реактор со змеевиковой рубашкой
- •Рис. 13.6. Рубашка с вмятинами
- •Рис. 13.8. Вывод змеевика через крышку аппарата:
- •13.2. Перемешивающие устройства
- •Рис. 13.12. Листовая мешалка
- •Рис. 13.13. Пропеллерные мешалки
- •Рис. 13.14. Турбинные мешалки открытого (а) и (б) закрытого типа
- •Рис. 13.15. Крепление мешалок к ступице:
- •13.3. Уплотнения вращающихся деталей
- •Рис. 13.18. Одинарное торцовое уплотнение:
- •ТРУБОПРОВОДЫ И ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА
- •Рис 14.5. Фасонные части трубопроводов
- •Рис. 14.7. Крепление горизонтальных и вертикальных трубопроводов на подвесках
- •Рис. 14.8. Компенсаторы:
- •ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ
- •15.1. Виды вспомогательного оборудования
- •Рис. 15.1. Схема многостадийного диспергирования твердой фазы с контрольной классификацией продукта
- •15.2. Транспортные средства
- •15.2.1. Классификация транспортных средств для твердых материалов
- •15.2.2. Машины для транспортировки жидкостей и газов
- •ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- •16.1. Классификация методов гранулирования и особенности уплотнения гранул
- •Рис. 16.1. Тарельчатый гранулятор:
- •Рис. 16.2. Гранулятор барабанного типа конструкции НИИХиммаша
- •16.3. Основные закономерности и аппаратурное оформление метода экструзии
- •16.5. Гранулирование в псевдоожиженном слое
- •16.6. Технологические схемы процессов гранулирования дисперсных материалов
- •Рис. 16.11. Технологическая схема гранулирования шихты методом окатывания
- •Рис. 16.13. Схема уплотнения шихты в роторном грануляторе
- •Рис. 16.14. Схема гранулирования шихты методом экструзии
- •Рис. 16.15. Схема установки для компактирования шихты
- •ЛИТЕРАТУРА
Г л а в а 10
__________________________________________________________________
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
_________________________________________________________________
10.1. РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ТРУБОПРОВОДА
Внутренний диаметр трубопровода определяют из уравнения расхода (уравнения неразрывности):
|
π d 2w |
|
|
|
|
π ρ d |
2 w |
|
|
|
|
|
Q = wS = |
; d = |
4Q |
; |
G = ρ wS = |
; d = |
4G |
, |
|||||
4 |
π w |
4 |
|
π ρ w |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где d – диаметр, м;
w – скорость жидкости, м/с; ρ − плотность, кг/м3;
G – массовый расход жидкости, кг/с;
Q – объемный расход жидкости, м3/с;
S – площадь поперечного сечения потока, м2.
Таким образом, при заданном расходе диаметр трубопровода обратно пропорционален квадратному корню из скорости жидкости.
Таблица 10.1. Рекомендуемые оптимальные скорости движения жидкости
Характер движения Скорость жидкости, м/с
Жидкости самотеком |
|
|
вязкие |
0,1–0,5 |
|
маловязкие |
0,5−1,0 |
|
Жидкости, перемещаемые насосом |
|
|
на всасывании |
0,8−2,0 |
|
на нагнетании |
1,5−3,0 |
|
Газы |
|
|
при естественной тяге |
2,0−4,0 |
|
при небольшом давлении (≈0,1 МПа) |
5,0−20,0 |
|
при повышенном давлении (>0,1 МПа) |
15,0−25,0 |
|
Пары перегретые |
30,0−50,0 |
|
Пары, насыщенные при абсолютном давлении (МПа) |
|
|
более 0,1 |
15,0−25,0 |
|
0,05−0,1 |
20,0−40,0 |
|
0,02−0,05 |
40,0−60,0 |
|
0,005−0,02 |
60,0−75,0 |
232
Для протяженных трубопроводов такая зависимость требует техникоэкономического расчета, потому что с увеличением скорости жидкости уменьшается диаметр трубы, а с ним и капитальные затраты на изготовление и монтаж трубопровода. Однако при этом возрастают гидравлические сопротивления в трубопроводе и увеличиваются эксплуатационные затраты на перекачку жидкости. Оптимальный диаметр будет находиться в области равенства указанных затрат.
Для трубопроводов небольшой протяженности близкий к оптимальному диаметр можно определить по практически установленной скорости, представленной в табл. 10.1.
После определения расчетного диаметра трубопровода необходимо выбрать его рабочий диаметр, исходя из материала трубы, способа ее изготовления и ряда стандартных диаметров для данного вида труб.
10.2.РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
ВТРУБОПРОВОДЕ
Расчет гидравлических сопротивлений проводится для определения затрат энергии на перемещение жидкости с дальнейшим подбором насосов или компрессоров.
При движении жидкости по трубопроводу гидравлические сопротивления складываются из сопротивления трения и местных сопротивлений, возникающих за счет изменения скорости потока по величине и направлению.
Суммарные потери давления и напора определяются по уравнениям:
pп = (λ |
l |
|
+ å |
ξ ) |
ρ w2 |
; |
hп = (λ |
l |
|
+ å |
ξ ) w2 |
, |
d |
|
2 |
d |
|
||||||||
|
э |
|
|
|
э |
2g |
|
где pп – перепад давлений, Па; hп – потери напора, м;
dэ – эквивалентный диаметр, м; l – длина трубопровода, м;
λ – коэффициент трения;
g– ускорение силы тяжести, м/с2;
ξ– коэффициент местных сопротивлений.
Эквивалентный диаметр для труб круглого сечения равен их диаметру, а для труб некруглого сечения определяется формулой
dý = 4ÏS ,
где П – смоченный периметр.
Коэффициент трения λ в общем случае зависит от режима течения жидкости и шероховатости стенки трубы.
При изотермическом ламинарном движении жидкости (Re<2300) коэффициент трения не зависит от шероховатости стенок трубы и определяется
233
только критерием Рейнольдса. Критерий Рейнольдса рассчитывается по известной формуле
Re = wdýρ ,
μ
где μ – динамический коэффициент вязкости, Па·с. Коэффициент трения рассчитывается по уравнению
λ = ReA ,
где A – зависит от вида сечения канала и выбирается из таблицы 10.2.
Таблица 10.2. Зависимость эквивалентного диаметра трубы от формы сечения
Форма сечения |
dэ |
A |
Круг диаметром d |
d |
64 |
Квадрат со стороной a |
a |
57 |
Равносторонний треугольник со стороной a |
0,58a |
53 |
Кольцо шириной a |
2a |
96 |
Прямоугольник со сторонами a и b |
2a |
96 |
a/b≈0 |
||
a/b=0.1 |
1,81a |
85 |
a/b=0.25 |
1,6a |
73 |
a/b=0.5 |
1,3a |
62 |
Эллипс (a – малая, b – большая полуоси) |
|
|
a/b=0.1 |
1,55a |
78 |
a/b=0.3 |
1,4a |
73 |
a/b=0.5 |
1,3a |
68 |
При изотермическом ламинарном течении жидкостей и газов по трубам потери давления на трение могут быть рассчитаны также по формуле ГагенаПуазейля
pòð = 32 wdμ2ρ .
При неизотермическом ламинарном течении жидкости, когда протекающая по трубе жидкость нагревается или охлаждается (температура стенки трубы отличается от температуры жидкости), коэффициент трения, полученный при изотермическом течении, умножается на поправочный коэффициент x, который вычисляется по уравнению
x = |
ж Pr |
ц1/3 |
й |
0,22 |
ж Gr |
Pr |
ц0.15 |
щ |
||
з |
ñò ч |
к1+ |
з |
æ |
æ ч |
ъ. |
||||
|
и |
Præ |
ш |
к |
|
и |
Reæ |
ш |
ъ |
|
|
|
л |
|
|
|
ы |
Здесь индексы «ж» и «ст» отвечают критериям подобия, вычисленным по физическим свойствам жидкости при температурах жидкости и стенки.
Критерии Прандтля и Грасгофа вычисляются по формулам:
234
Pr = |
cμ |
; Gr = |
gd 3ρ 2β t |
, |
|
λ |
μ 2 |
||||
|
|
|
где с – теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К); β – коэффициент ее объемного расширения, 1/К;
t – разность температур между стенкой и жидкостью, К.
Рис. 10.1. Зависимость коэффициента трения от критерия Рейнольдса и степени шероховатости трубы
При изотермическом турбулентном течении жидкости в гидравлически гладких трубах (стеклянных, медных, свинцовых)
235
l = 0,3165.
Re0,25
Эта формула действительна при условии Re<100000.
Для гидравлически шероховатых труб коэффициент трения можно определить по графикам на рис. 10.1, где он зависит от критерия Рейнольдса и шероховатости стенки трубы. Относительная шероховатость равна отношению абсолютной шероховатости e к эквивалентному диаметру трубы. Ориентировочные средние значения абсолютной шероховатости можно определить по табл. 10.3.
Формула для расчета коэффициента трения в шероховатых трубах имеет вид
1 |
é |
e |
|
æ |
6,81 |
ö 0.9 |
ù |
|
|
|
e |
|
||||
|
|
|
|
= - 2lgê |
|
+ |
ç |
|
÷ |
ú |
; |
e = |
|
|
|
, |
|
|
|
|
37 |
Re |
|
d |
|
||||||||
|
|
l |
|
|
||||||||||||
|
|
ê |
|
è |
ø |
ú |
|
|
|
э |
|
|||||
|
|
|
ë |
|
|
|
|
|
û |
|
|
|
|
|
|
|
где e – абсолютная шероховатость трубопровода (см. табл. 10.3); |
||||||||||||||||
e - относительная шероховатость. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Таблица 10.3. Зависимость абсолютной шероховатости от типа трубы |
||||||||||||||||
Тип труб |
|
|
|
|
|
|
|
|
Шероховатость e, мм |
|||||||
Стальные, новые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,06−0,1 |
||
Стальные, при незначительной коррозии |
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|||||||||
Стальные, старые, заржавленные |
|
|
|
|
|
|
|
|
>0,67 |
|||||||
Чугунные, новые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,25−1,0 |
||
Чугунные, бывшие в эксплуатации |
|
|
|
|
|
|
|
1,4 |
||||||||
Алюминиевые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0015−0,06 |
||
Из латуни, меди, свинца, стеклянные |
|
|
|
|
|
|
|
0,0015−0,01 |
||||||||
Нефтепроводы, паропроводы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|||||
Воздуховоды сжатого воздуха |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
При неизотермическом турбулентном течении жидкости коэффициент трения, рассчитанный для изотермического течения, умножается на поправочный множитель x:
x = ж Prñò ц1/3 .
из Præ шч
Для газов величина x»1, поэтому неизотермичность потока можно не учитывать.
Коэффициенты местных сопротивлений x зависят от вида местного сопротивления и режима движения жидкости. Значения коэффициентов местных сопротивлений можно найти в справочной литературе.
236