- •«Расчет насадочной ректификационной колонны непрерывного действия для разделения бинарной смеси толуол - о-ксилол»
- •2007 Оглавление
- •Введение.
- •1.Методика и расчет полной насадочной ректификационной колонны.
- •Равновесие в системах пар-жидкость.
- •1.2 Определение оптимального флегмового числа
- •1.3 Материальный баланс и уравнения рабочих линий.
- •1.3.1. Уравнение рабочей линии для укрепляющей части колонны
- •1.3.2. Уравнение рабочей линии для исчерпывающей части колонны
- •1.4 Расчет скорости пара и диаметра ректификационной колонны
- •1.5 Расчет высоты насадки.
- •1.6 Расчет гидравлических сопротивлений насадки.
- •2.Расчет трубопровода.
- •2.3. Перевод массового расхода жидкости к объёмному
- •2.4. Определение ориентировочного диаметра трубопровода
- •2.5. Выбор стандартного диаметра трубопровода
- •2.7. Определение режима движения жидкости
- •2.8. Определение коэффициента гидравлического сопротивления
- •2.9. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений
- •2.10. Определение полной потери напора в трубопроводе
- •2.11. Построение характеристики трубопроводной сети
- •2.12. Выбор насоса
- •Список литературы.
2.3. Перевод массового расхода жидкости к объёмному
В расчетах используется объемный расход жидкости Vc, м3/с.
Перевод осуществляется по формуле:
Vc = G/(3600* ρсм) (19)
Vc = 8000/(3600*862,17) = 2,58*10-3 м3/с.
2.4. Определение ориентировочного диаметра трубопровода
По таблице [2, с.14] выбираем скорость движения в напорном трубопроводе w = 2 м/с.
Средний диаметр трубопровода можно определить по формуле:
dср = (4* Vc/π*w)0,5
dср = (4*2,58*10-3/3,14*2)0,5 = 0,041 м.
2.5. Выбор стандартного диаметра трубопровода
Промышленность выпускает гостированный сортамент труб, среди которых необходимо выбрать трубы с диаметром наиболее близким к расчетному. Обозначаются трубы dн х δ, где dн – наружный диаметр трубы,мм; δ – толщина стенки трубы, мм. При этом внутренний диаметр трубы dвн = dн – 2* δ.
Согласно пункта 2.4. внутренний размер трубы 41 мм, тогда наружный размер dн = 41 + 2*3 = 47 мм. Наиболее близкая по размерам труба 45х3 мм. Гостированный внутренний диаметр 39 мм, поэтому эквивалентный диаметр примем dэ = 0,039 м.
Уточнение скорости движения жидкости
Выразим из уравнения скорость движения жидкости:
w = 4* Vc/(π* dэ2) = 4*2,58*10-3/(3,14*(0,039)2) = 2,16 м/с.
2.7. Определение режима движения жидкости
Режим движения жидкости определим по уравнению Рейнольдса:
Re = W* dэ * ρсм /μсм = 2,16*0,039*862,17/5,68*10-4 = 127868,3.
Режим движения развитый турбулентный.
2.8. Определение коэффициента гидравлического сопротивления
Примем среднее значение шероховатости l = 0,2 мм, тогда относительная шероховатость составит ε = l/ dэ = 0,2/39 = 5,13*10-3.
Проверим условие Re ≥ 220*ε -1,125.
220*(5,13*10-3)-1,125 = 82897, т.е. меньше Re =127868,3. Область движения автомодельная и коэффициент гидравлического сопротивления находится по формуле:
1/ λ0,5 = 2*lg(3,7/ε) = 2*lg(3,7/5,13*10-3) = 5,716. Откуда λ = 0,0306.
2.9. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений
Согласно пункта 2.2. и с учетом того, что [2, с.503] коэффициенты местных сопротивлений следующие:
- вход в трубу ξтр = 0,5;
- вентиль нормальный ξвен = 4,7;
- колено 90 0 ξкол = 1,1;
- выход из трубы ξвтр = 1;
- измерительная диафрагма (при m = (d0/D)2 = 0,3, то ξд = 18,2)
-внезапное расширение (приF0/F1=0,1, Re>3500) ξрасш =0,81
-внезапное сужение (приF0/F1=0,1, Re>3500) ξсуж =0,45
∑ ξмс = ξтр + 3* ξвен + 2* ξкол + ξд + ξвтр + ξрасш + ξсуж = 0,5 + 3*4,7 + 2*1,1 + 18,2 + 1+0,81+0,45 = 37,26.
Геометрическая высота подъема смеси 4,8 м.
2.10. Определение полной потери напора в трубопроводе
Сумма всех длин участков трубопровода 18,8 м, Р1 = Р2. Тогда полное гидравлическое сопротивление сети:
ΔРсети = (1 + λ * I/ dэ + ∑ ξмс)* ρ*W2 /2 + ρ*g*hгеом + (Р2 – Р1) = (1 + 0,0306*31/0,039+37,26)*(862,17*2,162/2)+862,17*9,81*4,8=166463 Па.
Из соотношения ΔРсети = ρ*g*h определим hсети = ΔРсети/ (ρ*g) = 166463/(862,17*9,81) = 19,68 м.
2.11. Построение характеристики трубопроводной сети
Будем считать, что характеристика сети представляет собой правильную параболу, выходящую из точки с координатами Vc = (0; h) на которой известна точка с координатами Vc = 9,288 м3/ч и hсети = 19,68 м. Найдем коэффициент параболы.
Общее уравнение параболы у = а*х2 + b. Подставив значения имеем 19,68= а*9,2882 + 4,8. Тогда а = 0,1725.
Возьмем несколько значений объемной производительности и определим напор hсети.
Данные сведем в таблицу 6.
Таблица 6 – Зависимость напора сети от производительности насоса
Производительность, м^3/ч |
Напор h, м |
1 |
4,9725 |
2 |
5,49 |
3 |
6,3525 |
4 |
7,56 |
5 |
9,1125 |
6 |
11,01 |
7 |
13,2525 |
8 |
15,84 |
9 |
18,7725 |
9,288 |
19,68105 |
10 |
22,05 |
По полученным точкам строим характеристику сети рисунок 4.
Рисунок 4 – Совмещение характеристик сети и насоса:
1 – характеристика сети; 2 – характеристика насоса; 3 - расчетная точка; 4 – рабочая точка.