Глава 3

198

- при tн 76 0 С : э	738,8	кг	,
		м3		в

0,35 см.х 738,8

- при средней температуре раствора tcp :

	tср	tн tк
		2

0,35 см.х 757,6

974,4				кг				[12, стр. 489]
				м3
1			0,35					1				кг
										876,6				;
974,4												м3
			757,6				кг		,	в 989,6					кг	[12, стр. 489].:
э							м3								м3
16 76								46 0 С ;
			2
1			0,35					1				кг
										893,8			.
989,6											м3

5

вода

l2

3

2

готовый

продукт

h	теплоноситель
	l1
	4
1	6

кубовый

конденсат остаток пара

Рис. 114. К задаче 5 1 – исходный резервуар; 2 – теплообменник; 3 – ректификационная

колонна; 4 – куб - испаритель; 5 – дефлегматор; 6 – насос

Коэффициент динамической вязкости смеси из уравнения:

lg см		Х а lg	а Х м lg м
- при tн 16 0 С : э 1,28 мПа c,		в 1,05 мПа c [15, стр. 489]
lg	см.х	0,17	lg 1,28 0,83 lg 1,05 ;

199

			см.х		1,09 мПа с ;
- при tн	76 0 С :	э	0,47 мПа c ,		в	0,38 мПа c [12, стр. 489]
			lg	см.г	0,17 lg 0,47		0,83 lg 0,38 ;
			см.г		0,39 мПа с ;
- при tср	460 С	э	0,75 мПа с ;		в	0,62 мПа с [12, стр. 489]
			lg	см	0,17 lg 0,75		0,83 lg 0,62 ;

см 0,64 мПа с .

2. Разность давлений, необходимая для преодоления гидравлического сопротивления трубного пространства теплообменного аппарата, через который движется раствор:

рТОА ртр ршт ррк рпов .

Потери давления на трение в теплообменном аппарате:

			l z	2
		ртр			см тр		,
			dвн
				2
где	тр	– скорость движения раствора по трубам,				м		;
							с

d вн

z l

–внутренний диаметр труб, м;

–число ходов;

–длина трубы, м;

–коэффициент гидравлического трения.

	G
wтр		см				,
	0,785 dн	2	2 n
				z

d н - наружный диаметр труб, м; - толщина стенки труб, м.

		3,2							м
			893,8					0,1		.
тр					2 100				с
0,785		0,025	2	0,002
						1

Выбор формулы для определения коэффициента гидравлического трения зависит от значения критерия Рейнольдса:

Re тр dвн см , см

		200
	Re	0,1 0,021 893,8		2933.
		0,64 10	3

следовательно, режим движения переходный. Тогда коэффициент трения

			0,316				0,316				0,043,
		Re0,25					29330,25
ртр	0,043			3 1			893,8		0,12		27,5 Па .
			0,021				2

Скорость раствора во входном и выходном штуцерах:

										G
					wшт										cм			,
							0,785								D	2
															шт
						3,2																		м
			wшт				893,8																0,29		.
				0,785		0,133				2				0,004 2										с
	Потери давления при входе в трубное пространство теплообменного аппа-
рата и выходе из него:
																2
					р						см					шт			,
								шт
					шт									2
где	шт	1,5	– коэффициент местного сопротивления входа в штуцер и выхода
			из него.
			р		1,5	893,8	0,292									56,4 Па .
			шт				2
	Потери давления на входе и выходе из трубного пучка теплообменника в
распределительные камеры:
																		2
					р рк	2	z								см			тр				,
										рк						2
где	рк	1,0	– коэффициент местного сопротивления при входе и выходе из рас-
			пределительных камер.
			ррк		2	2 1,0	893,8							0,12					18 Па .
										2
	Потери напора на поворотах потока на 1800 в распределительной камере
																		2
					рпов х										см			тр			,
										пов						2
где	пов	2,5 – коэффициент местного сопротивления поворота между ходами;

201

х – число поворотов потока.

рпов	1 2,5	893,8 0,12		11,2 Па .
		2
рТОА	27,5 56,4 18 11,2			113,1 Па .

3. Для расчета потерь давления на трубопроводах необходимо предварительно задаться значением скорости движения смеси. Скорость движения капельных жидкостей, перекачиваемых насосами, находится в пределах от 1,5 до

3,0	м	, примем	2	м	.
	с			с

3.1 Холодный участок.

Расчетный диаметр трубопровода для участка от резервуара до теплообменного аппарата:

			d					G						,
							см.х	0,785
d							3,2					0,047 м .
	915,8						0,785		2
Согласно [11, стр. 16] подбираем								стандартный									размер трубопровода
d 57 2,5 мм. Действительная скорость раствора в трубопроводе:
									G							,
	д.тр							0,785 dст2
							см.х
							3,2								1,7		м	.
д.тр	915,8 0,785 0,0522
																	с

Критерий Рейнольдса для холодного участка трубопровода:

Re х д.тр dст см.х ,

					см.х
Re	1,7		0,052		915,8	74272	-
	х		1,09	10	3

режим движения турбулентный (гидравлически шероховатые трубы). Коэффициент гидравлического трения для холодного участка:

1					6,81			0,9
			2lg					,
				3,7		Re

где - относительная шероховатость,

202

						e		0,2 10		3		3,85 10 3 м ,
						d э		0,052
e - средняя высота выступов на										стенках трубы, согласно [12, с. 494]
e 0,2 мм= 0,2
	1								3,85 10 3				6,81	0,9
						2lg									,
								3,7				74272
			х

х0,03 .

Потери давления на протяженном холодном участке трубопровода:

рх ртр.х рмс.х рпод рск .

Потери давления по длине:

				l1			2
ртр.х	х					см.х д.тр			,
			dст				2
ртр.х 0,03	450		915,8 1,7				2	343557 Па .
	0,052				2

Потери давления на местных сопротивлениях холодного участка:

						2
			рмс.х	д 2 з	в 12 пов	см.х д.тр	,
						2
где	з	0,5	– коэффициент сопротивления задвижки;

в4,6 – коэффициент сопротивления вентиля (вентиль нормальный);

пов	0,135		– коэффициент сопротивления поворотов на 90 0;
д	0,28	–		коэффициент				сопротивления	нормальной диафрагмы при
					d0	2	48 2
		т						0,85 .
					dст		52
	рмс.х			0,28		2 0,5		4,6 12 0,135	915,8 1,7	2	13339 Па
									2

Затраты удельной энергии на подъем холодного раствора:

рпод см.х g h ,

рпод 915,89,8 4,5 40386 Па .

Затраты удельной энергии на создание потоку скорости:

		2
	рск	см.х д.тр	,
		2

												203
						рск		915,8 1,72										1323,3 Па .
												2
рх 343557							13339					40386						1323,3 398605,3 Па .
3.2. Горячий участок
Скорость движения							1,7			м	,	стандартный диаметр трубопровода равен
					д.тр
										с
диаметру трубопровода холодного участка d																	57		2,5 мм.
Критерий Рейнольдса:
Re г				д.тр			dст см.г 1,7										0,052		876,6					116880 .
							см.г					0,39 10 3
режим движения турбулентный (гидравлически шероховатые трубы).
Коэффициент гидравлического трения:
	1							3,85 10 3										6,81			0,9
						2lg																	,
								3,7									116880
				г

г0,029 .

Потери давления по длине:

ртр.г	г	l2		см.г	wд2.тр	0,029	12		876,6 1,72	8477,1 Па .
		dст			2		0,052		2

Потери давления на местных сопротивлениях горячего участка:

			2
	рмс.г	з 2 пов	см.г д.тр	,
			2

где пов 0,152 – коэффициент сопротивления поворота на 1200.

	876,6		1,7	2	996,9 Па .
рмс.г	0,5 0,135 0,152
	2

Потери давления на горячем участке трубопровода:

рг

ртр.г

рмс.г 8477,1 996,9 9474 Па .

3.3. Разность давлений в резервуаре и в ректификационной колонне:

	рдоп	рвак	9,81 104		,
рвак ратм		рабс	1	0,45	0,55 ат ,
р	0,55 9,81 104			53955 Па .
доп
3.4. Общий перепад давления:
робщ	рТОА		рх	рг	рдоп ,

204

робщ 113,1 398605,3 9474 53966 462158,4 Па .

4. Мощность центробежного насоса:

			N	G pобщ		,
				см.х
	N	3,2	462138,2		2307 Вт .
		915,8		0,7

При заданном напоре, производительности и мощности подбираем стандартный центробежный насос [11, с. 38]: марка Х 20/53 тип ВАО-52-2, произ-

	м3
водительность Q 5,5		, напор H 53 м вод.ст., мощность N 13 Вт , КПД
	с
0,87 .

205

Библиографический список

Основная литература:

1.Артемьева, Т. В. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод [Текст] / Т. В. Артемьева, Т. М. Лысенко [и др]. – М. : «Академия», 2005. – 336 с.

2.Гиргидов, А. Д. Механика жидкости и газа (гидравлика) [Текст] : учеб. для студ. вузов, обучающихся по направлениям подготовки спец. "Технические науки" и "Техника и технологии" / А. Д. Гиргидов ; М-во образования Рос. Федерации, С.-Петерб. политехн. ун-т. - 2-е изд., испр. и доп. - СПб. : Издво СПбГПУ, 2003 (на обложке 2004).

3.Ильина, Т. Н. Основы гидравлического расчета инженерных сетей [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. "Теплогазоснабжение и вентиляция", "Водоснабжение и водоотведение" направления подготовки дипломированных специалистов "Строительство" / Т. Н. Ильина. - М. :

АСВ, 2007. - 192 с.

4.Калекин, А. А. Гидравлика и гидравлические машины [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. 050502 "Технология и предпринимательство" и 050501 "Профессиональное обучение (агроинженерия)" /

Калекин. - М. : Мир, 2005. - 512 с.

5.Калицун, В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. "Пром. и гражданское стрво" / В. И. Калицун, В. С. Кедров, Ю. М. Ласков. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат , 2004. - 397 с/

6.Кудинов, В. А. Гидравлика [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по направлениям подготовки (спец.) в области техники и технологии / В. А. Кудинов, Э. М. Карташов. - М. : Высш. шк., 2006. - 175 с.

7.Лапшев, Н. Н. Гидравлика [Текст] : учеб. для студ. вузов, обучающихся по направлению подготовки "Строительство" / Н. Н. Лапшев. - М. : Академия, 2007. - 270 с. : ил. - (Высшее профессиональное образование. Строительство).

8.Лебедев, Н. И. Гидравлика, гидравлические машины и объемный гидропривод [Текст] : учеб. пособие для студ.-заочников по дисциплине "Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод" / Н. И. Лебедев ; М-во образования Рос. Федерации, Моск. гос. ун-т леса . - 2-е изд., стер. - М. : МГУЛ,

2003. - 232 с.

9.Сайриддинов, С. Ш. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов по спец. "Водоснабжение и водоотведение" / С. Ш. Сайриддинов. - М. : АСВ, 2004. - 344 с. - Библиогр.: с. 335.

Дополнительная литература:

10.Бутаев, Д. А. Сборник задач по машиностроительной гидравлике [Текст] : учебное пособие для машиностроительных вузов / Д. А. Бутаев, З. А. Калмыков [и др]. М.: Машиностроение. 1981. – 464 с.

206

11.Дытнерский, Ю. И. Процессы и аппараты химической технологии [Текст] : учебник для вузов / Ю. И. Дытнерский. – Ч. 2. Массообменные процессы и аппараты. – М. : Химия, 1995. – 368 с.

12.Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии [Текст] : учебное пособие для вузов / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков ; под ред. чл.-корр. АН России П. Г. Романкова. –

13-е изд., стер. – М. : Альянс, 2006. – 576 с.

207

Приложения

Приложение 1

Соотношение между единицами измерения

Единицы

Соотношение между единицами измерения

Величина

измерения

СИ и наиболее часто встречающимися еди-

в СИ

ницами других систем и внесистемными

Температура

К

Т, К

t

0

C

273,15

Вес (сила тяжести)

Н

1 кгс

9,81 Н

Коэффициент

Па с

1 П

1

дин с

0,1 Па с

динамической

см

2

вязкости

1

кгс с

3

1 сП

10

Па с

1 мПа с

9810

м2

Коэффициент

м2

см

2

4

м

2

кинематической

1 ст

1

10

с

с

с

вязкости

Давление

Па

1 бар

10

5

Па

1

дин

1 мкбар

0,1 Па

см2

1

кгс

1ат

9,81 104 Па

735мм рт. ст.

см2

1 ат. ф.

101325Па

760мм рт. ст.

1 мм вод. ст.

9,81 Па

1 мм рт. ст.

133,3

Па

Мощность

Вт

1

кгс

м

9,81 Вт

с

Поверхностное

Н

1

Н

1

кгс

9,81

Дж

натяжение

м

м

м

м

2

Объем

м3

1 л

10

3

м

3

Объем удельный

м

3

дм

3

3

3 м

3

1

1

см

10

кг

кг

г

кг

Плотность

кг

т

кг

г

3

кг

1

1

1

10

м3

м3

дм3

см3

м3

Работа, энергия

Дж

1 кгс м

9,81 Дж

Скорость угловая

рад

1

об

рад

;

1

об

2

рад

с

мин

30

с

с

с

Частота

Гц

1 Гц

1 с 1; 1

об

1 Гц ; 1

об

1

Гц

с

мин

60