Курсовая работа: Расчет ректификационной колонны

3.1 Гидравлический расчёт

Цель гидравлического расчёта – определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке этанола.

Различают два вида сопротивлений (потерь напора): сопротивления трения (по длине) h1 и местные сопротивления hмс.

Для расчёта потерь напора по длине пользуются формулой Дарси-Вейсбаха.

,                               (3.1)

где λ – гидравлический коэффициент трения;

l – длина трубопровода или тракта по которому протекает теплоноситель, м;

d – диаметр трубопровода, м;

 - скоростной коэффициент напора, м.

Для расчёта потерь напора в местных сопротивлениях применяется формула Вейсбаха:

,                                (3.2)

где ξ – коэффициент местных сопротивлений;

 - скоростной напор за местным сопротивлением, м.

3.1.1 Определение геометрических характеристик трубопровода

Гидравлическому расчёту подлежит схема на рис 1. Диаметр всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода, принимая скорость во всасывающем трубопроводе вс =1,0÷1,5м/с, в напорном 1,5÷2,0м/с.

.                                                         (3.3)

Рисунок 1—  Расчетная схема

В выражении (3.3)  - объёмный расход питательной смеси  (этанол)

,

,

по ГОСТ 9941-62 выбираем трубу 95х4 (внутренний диаметр 87).

Скорость движения этанола на всасывающем участке трубы

,                              (3.4)

,

Определяем режим движения на всасывающем участке трубопровода

,                                                (3.5)

где  - кинематический коэффициент вязкости при t=19°С.

,

—режим движения турбулентный.

Определяем трубу для напорного участка н=1,5м/с

.

По ГОСТ выбираем трубу напорного трубопровода диаметром 70х3 (внутренний диаметр 64мм).

Скорость движения этанола на напорном участке трубы:

.

Режим движения на напорном участке трубопровода:

                                                   (3.7)

.

При данном числе Рейнольдса режим движения турбулентный.

Режим движения этанола на напорном участке трубопровода от теплообменника до ректификационной колонны:

                                                      (3.8)

где  - коэффициент вязкости при t=85°С

.

Следовательно, режим движения турбулентный.

Скорость движения этанола в трубках аппарата:

,                                                               (3.9)

.

,                                                         (3.10)

.

Режим движения турбулентный.

Расчёт сопротивлений на всасывающем участке трубопровода.

При турбулентном режиме движения гидравлический коэффициент трения λ может зависеть и от числа Рейнольдса, и от шероховатости трубы.

Рассчитаем гидравлический коэффициент трения λ для гидравлически гладких труб по формуле Блазиуса.,

.                                                (3.11)

Проверим трубу на шероховатость, рассчитав толщину вязкого подслоя δ и сравнив её с величиной абсолютной шероховатости.

,                            (3.12)

где  - для стальных бесшовных туб.

,

,                                      (3.13)

 м.

Т.к. δ>∆, следовательно труба гидравлически гладкая λ=λгл =0,0276 на всех остальных участках трубопровода будем считать трубу так же гидравлически гладкой.

В соответствии с заданным вариантом Н=14м – максимальная высота подъёма, hвс=1,0м-высота всасывания, lвс=2,8 – длина всасывающего трубопровода, l΄н=12м – длина трубопровода от теплообменника до ректификационной колонны, lн=25м – длина нагнетательного трубопровода. Смесь подаётся по трубопроводу длиной l= lвс+ lн =1,0+2,8=3,8 м.

По формуле (3.1) определяем потери напора по длине

.

Согласно схеме насосной установки на всасывающей линии имеются следующие местные сопротивления: главный поворот на 90°, вход в трубу. Коэффициент местного сопротивления ξвх=1,0; ξпов=0,5,   следовательно ∑ξ=0,5+1=1,5 по формуле Вейсбаха потери напора в местных сопротивлениях определяются как

,                           (3.14)

где ξ – коэффициент местных сопротивлений;  - скоростной напор за местным сопротивлением, м.

.

Суммарные потери напора на всасывающем участке трубопровода:

,                                                   (3.15)

.

Расчёт сопротивлений на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника. Т.к. труба гидравлически гладкая, то гидравлический коэффициент трения λ рассчитываем по формуле Блазиуса (3.11):

,

.

Потери напора по длине:

,                                                 (3.16)

.

Согласно расчётной схеме на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника имеется один вид местного сопротивления – главный поворот ξ=0,5

.

Суммарные потери напора на участке напорного трубопровода от насоса до теплообменника:

.

Расчёт сопротивления теплообменника

Определим напор теряемый в местных сопротивлениях теплообменника ( рис 1)

,

.

Предварительно вычисляем площади на различных участках.

Рисунок 2—  Коэффициенты местных сопротивлений  теплообменника

Площадь поперечного сечения штуцера

,                                                                   (3.18)

Площадь поперечного сечения крышки (свободного сечения аппарата)

,                                              (3.19)

.

Площадь поперечного сечения 28-и труб одного хода теплообменника:

,                              (3.20)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8