Расчет технологического трубопровода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА



Оглавление

Задание

1. Расчет постоянных величин

2. Гидравлический расчет трубопровода

3. Определение статического напора

4. Рассчитаем число Рейнольдса

5.Расчет шероховатости

6. Расчет коэффициента трения

7. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений

8. Рассчитаем потери на всем участке трубопровода

9. Расчет скоростного напора

10. Расчет требуемого напора

Заключение

Приложения

Список использованной литературы



Задание

Перекачиваемая жидкость - метиловый спирт, температура 44^оС.

Таблица 1 - Давление в трубопроводе на входе и выходе

Давление, кгс/см2
Р1, кгс/см2	Р2, кгс/см2
7 изб.	0,3 вак

Таблица 2 - Данные на первом и втором участке трубопровода

1 участок	2 участок
L1, м	d1, мм	Вид местн. сопр.	Вид и сост. Трубы	Внезап. изменение диам.	L2, м	d2, мм	Вид местн. сопр.	Вид и сост. трубы	Высота подъема жид. ?h, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
50	76х4	Вентиль норм.	цветн. металл		90	108х4	Отвод /d=15	Стальная оцинк.	5



Рисунок 1 - Схема технологического трубопровода

1 - Начальная емкость, 2 - насос, 3 - заполняемая емкость.



1. Расчет постоянных величин

Плотность и вязкость находим в справочных материалах в приложении для метанола 30% и методом интерполяции находим значения для температуры в 44 .

Плотность:

Выберем, нужную для расчета, часть таблицы [Приложение А.1].

Таблица 3 - Зависимость плотности метанола от температуры

T,	с, Кг/
40	938,3
50	926

Для температуры 44 :

Вязкость :

Выберем, нужную для расчета, часть таблицы [Приложение А.2].

Таблица 4 - Зависимость вязкости метанола от температуры

T,
40	1,02
60	0,65

Для температуры 44 :

Расчет внутреннего диаметра трубопровода без учета толщины стенок на первом и на втором участках по формуле (1):

, (1)

мм = 0,068 м,

мм = 0,1 м.

Абсолютное давление на первом участке на входе рассчитываем по формуле (2):

P_абс. = P_атм + P_изб, (2)

Р_1абс кгс/см².

Абсолютное давление на втором участке на выходе рассчитываем по формуле ():

P_абс. = P_атм - P_{вак б ,} ()

Р_2абс кгс/см².

2. Гидравлический расчет трубопровода

Произведем расчет объемного расхода жидкости.

Объемный расход жидкости определяется по формуле (3):

, (3)

где f - поперечное сечение трубопровода, м²;

V - скорость, м/c;

D - внутренний диаметр трубы, м.

Определение площади живого сечения на 1 участке трубопровода:

м².

В силу того, что метиловый спирт является маловязким веществом Па<0.01, Па то ее скорость течения по трубопроводу находится в интервале 0,5 -- 2,5 м/с. Расчет произведем с шагом 0,3 м/с

Объемный расход жидкости на первом участке трубопровода:

При V₁₁ = 0,5 м/с, q_v1 = 0,5 = 0,00181 м³/с,

При V₁₂ = 0,8 м/с, q_v2 = 0,003630,8 = 0,0029 м³/с,

При V₁₃ = 1,1 м/с, q_v3 = 0,00363 1,1 = 0,00399 м³/с,

При V₁₄ = 1,4 м/с, q_v4 = 0,00363 1,4 = 0,00508 м³/с,

При V₁₅ = 1,7 м/с, q_v5 = 0,00363 1,7 = 0,00617 м³/с,

При V₁₆ = 2 м/с, q_v6 = 0,00363 2 = 0,00726 м³/с.

При V₁₇ = 2,3 м/с, q_v7 = 0,00363 2,3 = 0,00835 м³/с.

При V₁₈ = 2,5 м/с, q_v8 = 0,00363 2,5 = 0,00907 м³/с.

Расчет скорости течения жидкости на втором участке рассчитывается по уравнению (4):

Полученные данные сведем в таблицу 5.

Таблица 5 -- Скорости течения жидкости на первом и втором участках трубопровода

№	Скорость движения жидкости на первом участке V1, м/с	Скорость движения жидкости на втором участке V2, м/с
1	0,5	0,2312
2	0,8	0,3699
3	1,1	0,5068
4	1,4	0,6774
5	1,7	0,7861
6	2	0,9248
7	2,3	1,0635
8	2,5	1,156

3. Определение статического напора

Определим величину статистического напора по формуле (5):

стат, (5)

где ?z - геометрическая высота подачи жидкости, определяющая требуемый напор, необходимый для подъема жидкости на высоту, м;

L_b - L_a = 3 - напор, необходимый для противодавления на выходе из трубопровода в резервуар (задается преподавателем)

Р₁ - абсолютное давление на вхоже в трубопровод, кгc/см²;

Р₂ - абсолютное давление на выходе из трубопровода, кгc/см²;

= H_пр1 - определяет требуемый напор, затрачиваемый на преодоление противодавления истечению жидкости со стороны газа, м.

Величина статического напора:

м.

4. Рассчитаем число Рейнольдса

Режим течения жидкости на первом участке определяется по формуле (6):

(6)

где - плотность, кг/м³,

- коэффициент динамической вязкости Пас.
Упростим формулу 6 для удобства вычислений для первого участка трубопровода:

Произведем расчет по упрощенной формуле для первого участка трубопровода:

Re₁₁ = 67092,9·0,5 = 33546,

Re₁₂ = 67092,9·0,8 = 53674,

Re₁₃ = 67092,9·1,1 = 73802,

Re₁₄ = 67092,9·1,4 = 93930,

Re₁₅ = 67092,9·1,7 = 114058,

Re₁₆ = 67092,9·2 = 134186,

Re₁₇ = 67092,9·2,3 = 154314,

Re₁₈ = 67092,9·2,5 = 167732.

Так как значение критерия Рейнольдса Re>10000, то режим течения жидкости на первом участке является турбулентным.

Аналогично, упрощаем формулу 6 для второго участка трубопровода.

Определим режим течения жидкости на втором участке:

Re₂₁ = 98666·0,2312 = 22812,

Re₂₂ = 98666·0,3699 = 36497,

Re ₂₃ = 98666·0,5068 = 50182,

Re₂₄ = 98666·0,6774 = 66836,

Re₂₅ = 98666·0,7861 = 77561,

Re₂₆ = 98666·0,9248 = 91246,

Re₂₇ = 98666·1,0635 = 104931,

Re₂₈ = 98666·1,156 = 114058.

Так как значение критерия Рейнольдса Re>10000, то режим течения жидкости на втором участке является турбулентным.

Полученные данные сведем в таблицу 6.

Таблица 6 - Значения критерия Рейнольдса на первом и втором участке

Значение критерия Рейнольдса на первом участке, Re1	Значение критерия Рейнольдса на втором участке, Re2
33546	22812
53674	36497
73802	50182
93930	66836
114058	77561
134186	91246
154314	104931
167732	114058

5. Расчет шероховатости

Находим шероховатость первого участка трубопровода, а именно для цветной металлической трубы [Приложение Б; Таблица Б.1]. Она составляет :

0,0015 мм = 0,0000015 м.

Аналогично находим и для второго участка, стальной оцинкованной трубы:

0,05 мм = 0,00005 м.

6. Расчет коэффициента трения

Так как режимы на обоих участках трубопровода турбулентные, то выбираем формулу коэффициента трения л [Приложение Б; Таблица Б.2].

Для первого участка число Рейнольдса входит в первую область.

4000 < Re <

4000< Re <453333,3

Значит, будем вести расчет - формуле Блазиуса [Приложение Б; Таблица Б.2]:

(7)

,

,

,

,

,

,

,

.

Для второго участка число Рейнольдса входит во вторую область [Приложение Б; Таблица Б.2].

< Re <

20000 < Re < 1120000

Значит, будем вести расчет- формуле Альтшуля [Приложение Б; Таблица Б.2]:

(8)

0,02672,

,

,

,

,

,

,

.

Полученные расчетные данные сведем в таблицу 7.

Таблица 7 - Линейные коэффициенты сопротивления

№	Линейные коэффициенты сопротивления на первом участке,	Линейные коэффициенты сопротивления на втором участке,
1	0,02338	0,02672
2	0,02079
3	0,01921
4	0,01807
5	0,01722
6	0,01653
7	0,01596
8	0,01563

7. Нахождение коэффициентов местных сопротивлений

Расчеты необходимые для нахождения коэффициентов:

Найдем коэффициент сопротивления при внезапном расширении трубопровода [Приложение В; Таблица В.1]. Но для начала проведем расчет отношений диаметров трубопровода.

, (9)

.

Коэффициент сопротивления при круглом отводе аналогично, как и при внезапном расширении, находим в приложении [Приложение В; Таблица В.2].

, значит А = 1;

/d = 15, значит В = 0,06;

ж = А·В = 1·0,06 = 0,06.

Выпишем остальные сопротивления [Приложение В; Таблица В.3 , Рис. В. 1, Рис. В. 2] и сведем все в таблицу 8.



Таблица 8 - Местные сопротивления на первом и втором участке трубопровода

№	Первый участок	Второй участок
	Вид местного сопротивления	Значение ж1	Вид местного сопротивления	Значение ж2
1	Вход в трубу	0,2	Внезапное расширение	0,25
2	Вентиль норм.	4	Отвод	0,06
3	Внезапное расширение	0,25	Выход из трубы	1
Суммарное сопротивление	4,45	Суммарное сопротивление	1,31

8. Рассчитаем потери на всем участке трубопровода

Расчет потерь в трубопроводе на преодоление местных сопротивлений в трубопроводе по формуле (9):

, (9)

Расчет значений потерь напора на преодоление сопротивления трения по формуле (10):

, (10)

м,

м,

м

м,

м,

м,

м,

м,

Потери напора на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений в трубопроводе определяем по формуле (11):

, (11)

h_п1 = 0,53 + 0,2197 = 0,7497 м,

h_п2 = 0,136 + 0,651 = 0,787 м,

h_п3 = 0,257 + 1,142 = 1,399 м,

h_п4 = 0,4139 + 1,623 = 2,0369 м,

h_п5 = 0,614 +2,466 = 3,08 м,

h_п6 = 0,85 + 3,288 = 4,138 м,

h_п7 = 1,124 + 4,125 = 5,249 м,

h_п8 = 1,328 + 4,888 = 6,216 м.

9. Расчет скоростного напора

Расчет кинетической составляющей требуемого напора осуществляется формуле (12):

, (12)

Для турбулентного режима примем коэффициент б = 1,1

м,

м,

м,

м,

м,

м,

м,

м.

10. Расчет требуемого напора

Определение требуемого напора происходит по фомуле (13)

, (13)

где Н_ст-- статический состав требуемого напора, м;

Н_ск-- скоростной состав требуемого напора, м;

Уh_n--потери напора на преодоление сопротивления трения и местных сопротивлений, м.

H_тр1 = -70,184 + (- 0,011)+0,7497 = - 69,445 м,

H_тр2 = -70,184 + (- 0,0282)+0,787 = - 69,425 м,

H_тр3 = -70,184 + (- 0,0534) + 1,399 = - 68,838 м,

H_тр4 = -70,184 + (- 0,0842)+ 2,0369 = - 68,231 м,

H_тр5 = -70,184 + (- 0,1274 ) + 3,08 = - 67,231 м,

H_тр6 = -70,184 + (- 0,1763) + 4,138 = - 66,222 м,

H_тр7 = -70,184 + (- 0,2332)+5,249 = - 65,168 м,

H_тр8 = -70,184 + (- 0,275) + 6,216 = - 64,243 м.

Полученные данные сведем в общую таблицу напоров на всей длине трубопровода - таблицу 9. напор трубопровод сопротивление трение

Таблица 9 - Напоры на всем участке трубопровода

№	Статический напор, Hст, м	Местные потери, hм, м	Линейные потери hл, м	Суммарные потери hп , м	Скоростной напор Нск, м	Требуемый напор Hтр, м
1	- 70,184	0,053	0,2197	0,7497	- 0,011	- 69,445
2		0,136	0,651	0,787	- 0,0282	- 69,425
3		0,257	1,142	1,399	- 0,0534	- 68,838
4		0,4139	1,623	2,0369	- 0,0842	- 68,231
5	- 70,184	0,614	2,466	3,08	- 0,1274	- 67,231
6		0,85	3,288	4,138	- 0,1763	- 66,222
7		1,124	4,215	5,249	- 0,2332	- 65,168
8		1,328	4,888	0,7497	- 0,275	- 64,243

Составим таблицу 10, в которой будет показана зависимость требуемого напора на всем участке трубопровода от объемный расхода метилового спирта 30% .

Таблица 10 -- Зависимость требуемого напора от объемного расхода жидкости

№	Расход жидкости qv	Требуемый напор Нтр, м
	м3/с	м3 /ч
1	0,00181	6,516	- 69,445
2	0,0029	10,44	- 69,425
3	0,00399	14,364	- 68,838
4	0,00508	18,288	- 68,231
5	0,00617	22,212	- 67,231
6	0,00726	26,136	- 66,222
7	0,00835	30,06	- 65,168
8	0,00907	32,652	- 64,243

И по данным этой таблицы построим кривую требуемого напора - рисунок 2.





Заключение

На основе этого графика можем сделать заключение, что насос при данных характеристиках трубопровода и данных условиях не нужен из-за отрицательного требуемого напора на всем участке трубопровода.



Список использованной литературы

1. К. Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, 10-е издание, переработанное и дополненное. Под ред. П.Г. Романкова. - Л.: Химия, 1987.-576с.

2. Устройство и основы расчета технологического трубопровода. Методические указания / Сост. В.А.Балашов, О.Л.Ковалев, Д.А.Анохин, Е.А.Беднарская, П.В.Мишта / ВолгГТУ. -- Волгоград, 2004.-27с.

3. Бекиров Т. М. Промысловая и заводская обработка природных и нефтяных газов. М., «Недра», 1980, с. 293.



Приложение А

Таблица А. 1 - Плотность водных растворов метанола при разных температурах.

Концентрация СH3OH, %	Плотность с, г/
	- 30	0	20	30	40	60
10 20 30 40 50 60 70 80 90	--- --- --- 09595 0,9434 0,9250 0,9073 0,8870 0,8640	0,9842 0,9725 0,9604 0,9459 0,9287 0,9090 0,8869 0,8634 0,8374	0,9815 0,9666 0,9515 0,9345 0,9156 0,8946 0,8715 0,8469 0,8202	0,9794 0,9625 0,9442 0,9250 0,9050 0,8835 0,8610 0,8361 0,8090	0,9750 0,9567 0,9383 0,9200 0,9000 0,8783 0,8540 0,8280 0,8000	0,9635 009450 0,9260 0,9061 0,8844 0,8609 0,8355 0,8083 0,7800

Таблица А. 2 - Зависимость вязкости водных растворов метанола от температуры

Температура,	Вязкость при разной концентрации СH3OH, сПз
	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%	100%
- 10 0 20 30 40 60	4,58 2,60 1,35 1,02 0,80 0,55	5,7 3,17 1,60 1,20 0,93 0,60	6,15 3,40 1,78 1,32 1,02 0,65	6,12 346 1,80 1,35 1,07 0,68	5,33 3,18 1,75 1,33 1,05 0,66	4,30 2,63 1,63 1,25 1,00 0,65	3,20 2,15 1,43 1,13 0,90 0,60	2,20 1,73 1,15 0,93 0,75 0,52	1,68 1,31 0,89 0,72 0,60 0,48	1,15 0,90 0,60 0,50 0,45 0,35



Приложение Б

Таблица Б. 1 - Эквивалентная абсолютная шероховатость труб из разных материалов

Таблица Б. 2 - Коэффициент сопротивления л на линейных участках трубопровода

Приложение В. Виды сопротивления

Таблица В. 1- Внезапное расширение

Таблица В. 2 - Отвод круглого или квадратного сечения

Таблица В. 3 - Нормальный вентиль

Рис. В. 1- Вход в трубу с закругленными краями

Рис. В. 2- Выход из трубы

Размещено на Allbest.ru