2.1.1 Перевод массового расхода жидкости к объёмному

В расчетах используется объемный расход жидкости V_c, м³/с.

Перевод осуществляется по формуле:

V_c = G/(3600* ρ_см) (13)

V_c = 30000/(3600*865,5) = 0,0096 м³/с.

2.1.2. Определение ориентировочного диаметра трубопровода

По таблице [2, с.17] выбираем скорость движения в напорном трубопроводе w = 2 м/с.

Средний диаметр трубопровода можно определить по формуле:

d_ср = (4* V_c/π*w)^0,5 (14)

d_ср = (4*0,0096/3,14*2)^0,5 = 0,078 м.

2.1.3. Выбор стандартного диаметра трубопровода

Промышленность выпускает гостированный сортамент труб, среди которых необходимо выбрать трубы с диаметром наиболее близким к расчетному (пункт 3.4.). Обозначаются трубы d_н х δ, где d_н – наружный диаметр трубы, мм; δ – толщина стенки трубы, мм. При этом внутренний диаметр трубы d_вн = d_н – 2* δ.

Гостированные размеры труб по ГОСТ 8732-78 составляют следующий ряд, мм: 14х2; 18х2; 25х2; 32х2,5; 38х2,5; 45х3; 57х3; 76х3,5; 89х4,5; 108х4,5; 133х4; 159х4,5; 219х6; 272х7; 325х8; 377х10; 426х11; 465х13.

Согласно пункта 3.4. внутренний размер трубы 78 мм, тогда наружный размер d_н = 78 + 2*4,5 = 98 мм. Наиболее близкая по размерам труба 89х4,5 мм. Гостированный внутренний диаметр 80 мм, поэтому эквивалентный диаметр примем d_э = 0,080 м.

Для штуцера перегоняющего пар диаметр труб будет:

d_ср = (4*0,13/3,14*20)^0,5=0,091 м.

d_э = 108x4,5 мм

2.1.4. Уточнение скорости движения жидкости

Выразим скорость движения жидкости:

w = 4* V_c/(π* d_э²) = 4*0,0096/(3,14*(0,08)²) = 1,91 м/с.

2.1.5. Определение режима движения жидкости

Режим движения жидкости определим по уравнению Рейнольдса:

Re = W* d_э * ρ_см /μ_см = 1,91*0,08*865,5/0,62*10^-3 = 213303,87.

Плотность при 20⁰C, кг/м³

ρ_толуол=866 кг/м³; ρ_{п-ксилол}=866 кг/м³

ρ_см=(866+865)/2=865,5 кг/м³

Вязкость при 20⁰, мПа/с

μ_толуол=0,6 мПа/с; μ_{п-ксилол}=0,64 мПа/с

μ_см=(0,6+0,64)/2=0,62 мПа/с

Режим движения развитый турбулентный.

2.1.6. Определение коэффициента гидравлического сопротивления

Примем среднее значение шероховатости l = 0,2 мм, тогда относительная шероховатость составит ε = l/ d_э = 0,2/80 = 0,0025.

Проверим условие Re ≥ 220*ε ^-1,125.

220*(0,0025)^-1,125 = 186097,34, т.е. меньше Re = 213303,87. Область движения автомодельная и коэффициент гидравлического сопротивления:

1/ λ^0,5 = 2*lg(3,7/ε) = 2*lg(3,7/0,0025) = 6,34. Откуда λ = 0,025.

2.1.7. На выходе из теплообменника

Плотность смеси при 111⁰С, кг/м³

ρ_толуол=777 кг/м³; ρ_{п-ксилол}=786 кг/м³;

ρ_см = 777+786/2=781,5 кг/м³;

Объемный расход жидкости

V_c = 30000/(3600*781,5) = 0,011 м³/с;

Средний диаметр трубопровода

d_ср = (4*0,011/3,14*2)^0,5 = 0,084 м;

Примем диаметр трубопровода

d_э=0,080м

Вязкость смеси при 111⁰С, Па/с;

μ_толуол=0,251*10^-3 Па/с; μ_{п-ксилол}=0,28*10^-3 Па/с;

μ_см = 0,266*10^-3 Па/с;

w = 4*0,011/(3,14*(0,08)²) = 2,19 м/с;

Re = 2,19*0,08*781,5/0,266*10^-3 = 514732;

Re ≥ 220*ε ^-1,125 = 220*(0,0025)^-1,125 = 186097,34;

1/ λ^0,5 = 2*lg(3,7/0,0025) = 6,34;

λ = 0,0025.

Рисунок 2 – Схема установки.

2.1.8. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений

При расчёте сопротивлений в трубопроводе от хранилища до реактора необходимо помнить, что оно складывается из трёх участков:

1) от хранилища до входа в теплообменник;

2) движение жидкости в теплообменнике;

3) от теплообменника до входа в реактор.

На всех участках разная средняя температура, поэтому и разные свойства жидкости. Чтобы лучше представить и правильно произвести расчёт заполним таблицу 1.

Таблица 1 – Данные для расчёта потерь напора на участках сети

Учас- ток

t, ^0C

ρ, кг/м^3

Vc, м^3/с

d, м

l, м

w, м/с

μ, Па*с

Re

∑ ξ

λ

hгеом, м

ΔР, Па

hсети м

1

2

3

С учетом того, что [2, с.520] коэффициенты местных сопротивлений следующие:

- внезапное расхождение ξ_расх = 20,5;

- внезапное схождение ξ_сх = 4,8;

- вентиль нормальный ξ_вен = 4,7;

- выход из трубы ξ_втр = 1;

- измерительная диафрагма (при m = (d_э/D)² = 0,3, то ξ_д = 18,2);

- входы из теплообменника и решетки ξ_вх = 1,5;

- выходы из теплообменника и решетки ξ_вых = 1.

∑ ξ_{мс уч1} = ξ_тр + 4*ξ_вен + 2*ξ_кол + ξ_д + ξ_расш + ξ_расх = 0,45 + 4*4,7 + 2*1,1 + 18,2 + 2*0,81+20,5 = 61,77.

∑ ξ_{мс уч2}= 2*(ξ_{вх в тепл} + ξ_{вх в реш}+ ξ_{вых в тепл}+ ξ_{вых в реш}) = 2*(1,5+1,5+1+1)= 10

∑ ξ_{мс уч3}= 4*ξ_кол+3*ξ_вен+ξ_сх+2*ξ_суж+ξ_вх=4*1,1+3*4,7+4,8+2*0,45+0,81 = 25,01

Геометрическая высота подъема смеси 20 м.