7. Расчет дымовой трубы[2].

Определим площадь устья. Для того чтобы не было задувания, скорость в устье принимаем W_ус = 3,0 м/с.

F_ус = V₁/W_ус = 6,27/3 = 2,09 м².

Тогда диаметр устья D_ус = (4*F_ус /π)^0,5 = (4*2,09/3,14)^0,5 = 1,63 м.

Диаметр основания D_осн = 1,5* D_ус = 1,5*1,63 = 2,45 м.

Скорость движения дымовых газов в основании:

W_осн = 4* V₁/ (π* D_осн²) = 4*6,27/(3,14*2,45²) = 1,33 м/с.

Действительное разряжение, создаваемое трубой должно быть на 20-40% больше потерь напора при движении дымовых газов по дымовому тракту. Примем h_днйст = 1,3*∑ ΔР = 1,3*185701 = 241411 Па.

Для определения температуры дымовых газов в устье трубы, принимаем H_тр = 40м. Падение температур для кирпичной трубы принимаем 1,5º на 1м высоты: .

Температура в основании принята Т_осн = t_осн + 273 = 573 К.

Тогда температура в устье трубы Т_ус = Т_осн – ΔТ = 573 – 60 = 513 К.

Найдем средний диаметр трубы D_ср:

D_ср = (D_ус + D_осн)/2 = (1,63 + 2,45)/2 = 2,04 м.

Средняя площадь сечения:

F_ср = π* D_ср²/4 = 3,14*2,04²/4 = 3,27 м².

Средняя скорость движения дымовых газов

W_ср = V₁/ F_ср = 6,27/3,27 = 1,91 м/с.

Примем λ_дг для кирпичной трубы 0,05.

Средняя температура дымовых газов в трубе:

T_ср = (Т_осн + Т_ус)/2 = (573 + 513)/2 = 543 К.

Высота дымовой трубы находится по формуле:

Н_тр = Ч/З.

Ч = h_днйст + ρ_дг *( W_ус² - W_осн²)/2* T_ср/ Т_о + ρ_дг* W_ус² /2* Т_ус/ Т_о ,

где ρ_дг – плотность дымового газа при нормальных условиях, кг/м³.

Тогда числитель дроби:

Ч = h_днйст + ρ_дг *( W_ус² - W_осн²)/2* T_ср/ Т_о + ρ_дг* W_ус² /2* Т_ус/ Т_о = 241411 + 1,295*(3² – 1,33²)/2*543/273 + 1,295*3²/2*513/273 = 241431

З = (ρ_в* Т_о/ Т_в - ρ_дг* Т_о/ Т_ср)*g - λ_дг / D_ср* ρ_дг* W_ср² /2* Т_ср/ Т_о,

где ρ_в – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³;

Т_в – температура окружающей среды, К.

Тогда знаменатель дроби:

З = (ρ_в* Т_о/ Т_в - ρ_дг* Т_о/ Т_ср)*g - λ_дг / D_ср* ρ_дг* W_ср² /2* Т_ср/ Т_о = (1,29*273/283 – 1,295*273/543)*9,81 – 0,05/2,04*1,295*1,91²/2*543/273 = 5,7055.

Тогда высота дымовой трубы: Н_тр = Ч/З = 241431/5,7055 = 42315 м.

Принимаем трубу 40 метров из следующих соображений:

1. Основная высота застройки около 30 м, а дымовые газы должны рассеиваться с высоты выше уровня застройки.

2. Строительство трубы более 40 м экономически нецелесообразно, поэтому рекомендуется установить дымосос у основания трубы, который будет компенсировать разряжение.

Определим потери напора, которые должен компенсировать дымосос. Для этого в приложении Excel воспользуемся процедурой Сервис/Подбор параметра. Результат расчета показал, что при Н_тр = 40 м компенсируются потери напора ΔР = 207,96 Па, тогда оставшиеся потери напора 241411 – 207, 96 = 241203,04 Па должны быть скомпенсированы за счёт тяги дымососа.

Заключение

Для нагрева 23 т/ч толуола с 10ºС до 110ºС требуется кожухотрубный теплообменник с диаметром кожуха D = 400 мм, числом труб n=111, длинной труб l = 2 м, площадью теплопередачи F = 16 мс запасом поверхности 0,57. Кроме рабочего устанавливается также запасной теплообменник того же типа.

Для нагрева потребуется 1,39 м/c газа, состава, приведенного в условии.

Для подачи толуола из хранилища необходимо установить центробежный насос типа 3К – 9 с производительностью V₂ = 40 м/ч, напором Н = 35 м, мощностьюN = 7 кВт, диаметром рабочего колеса D_рк = 148 мм и КПД = 62 %.

Сопротивление действительное дымового тракта составляет 241411 Па. Рекомендуется для удаления дымовых газов установить кирпичную дымовую трубу высотой 40 м, в основании которой установить дымосос для создания разряжения не менее 241203,04 Па.