Растительные масла и продукты на их основе

где л - теплопроводность воды;

л = 0,779 Вт/м•К;

Суммарное тепловое сопротивление стенки:

(2.61)



где д = 0,012 м - толщина стенки аппарата ; Лл_ст = 46,5 Вт/м•К - теплопроводность греющих труб; = = 5800 Вт/м²К - тепловая проводимость загрязнений стенок со стороны водяного пара и смеси спирта и воды;

Вт/(м*К)

Коэффициент теплопередачи:

= 858

Требуемую поверхность теплообмена определяем по формуле:

F = (2.62)

F = = 11,35 м²

Фактическая поверхность теплообмена аппарата по данным регламента F = 11,8 м^2. Следовательно, поверхность теплообмена установленного нейтрализатора удовлетворяет условиям теплообмена.

2.9.2 Расчет емкости

Емкость позиции 11 для рафинированного масла.

Находим объем емкости:

V=(GЧt)/ФЧр, м³ (2.63)[ ]

где

G - производительность, кг/ч; t - время заполнения емкости, ч;

Ф-коэффициент заполнения; р-плотность смеси, кг/м³.

м³

Рабочая емкость:

V_p=VЧФ, м³ (2.64)

V_р=23,1Ч0,6=13,86 м³

Количество операций проводимых на данной стадии в течении суток, находится путем деления суточного объема перерабатываемой смеси на рабочую емкость аппарата:

б =V_cут/V_р (2.65)

б =13/13,86=1

Количество операций, осуществляющиеся одним аппаратом в течении суток:

в=24/t (2.66)

в=24/8,5=3

Определяем количество емкостей:

m=б/в=tЧV/24ЧV_pЧФ (2.67)

m=(8,5Ч23,1)/24Ч13,86Ч0,6=1

Выбираем емкость со следующими параметрами:

H=2,1 м; V=21,3 м³; D= 1,94 м.

2.9.3 Расчет насоса

Насос поз. 19 предназначен для откачки высушенного масла в бак позиции 11.

Для расчета насоса задаемся исходными данными:

L_H =40м - общая длина трубопровода на линии нагнетания;

Z_90H = 3 - количество поворотов на 90° на линии нагнетания;

Z_вен4 = 2 - количество нормальных вентилей на линии нагнетания;

L_BC = 10 м - общая длина трубопровода на линии всасывания;

Z_90BC ⁼ 2 - количество поворотов на 90° на линии всасывания;

Z_bенbc = 2 - количество прямоточных вентилей на линии всасывания;

P₁ =0,3 МПа - давление на линии нагнетании;

P ₂=0,1 МПа - давление в баке;

Насос откачивает масло в течение 10 минут

Q =6251 кг/ч=1,1 м³/ч=0,002 м³/с- производительность.

а) Диаметр трубопровода

d ⁼, мм (2.61)

где d - внутренний диаметр трубы, мм,

= 1,5 м/с - скорость потока в трубе (принимаем из допустимого предела)

d ⁼

Выбираем трубопровод с наружным диаметром 48 мм, толщиной стенки 3 мм, следовательно, внутренний диаметр 42 мм = 0,042 м.

Уточненный расчет скорости:

⁼, м/с (2.62)

⁼⁼1,44 м/с

б) Определение потерь на трение и местные сопротивления.

Находим критерий Рейнольдса:



Re= (2.63)

Где Re - критерий Рейнольдса.

Теплофизические свойства масла при 60⁰С:

=3,08*10^-4Па*с - динамический коэффициент вязкости;

860 кг/м³ - плотность.

Re==165711,27

Абсолютную шероховатость трубопровода принимаем =0,0015м, тогда е =

e=0,036

В турбулентном потоке различают 3 зоны, для которых коэффициент рассчитывают по разным формулам:

- зона гладкого трения (2320<Re<10/e);

- зона смешенного трения (10/e<Re<560/e);

- зона автомодельная по отношению к Re (Re>560/e).

В нашем случае Re> 18667.

Таким образом, в трубопроводе имеет место, автомодельная зона, и расчет проведем по формуле:

= 0,11е^0,25 (2.64) [9, с.14]

=0,11 * 0,036^0,25= 0,048

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательной линии:

а) Для всасывающей линии:

1. вход в трубу (принимаем с закругленными краями) о₁=0,2; [9, c. 15]

2. прямоточные вентили: для d=0,038м о₂=0,85, для d=0,050м о₃=0,79; экстраполяцией находим для d=0,042м о₂ =0,83 [9, c. 15]

3. отводы: коэффициент А=1, коэффициент В=0,09 о₃= А*В=0,09. [9, c. 15]

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

? о= о₁+2 о₂+2 о₃ (2.65)

? о =0,2+2 * 0,83 +2 * 0,09 = 2,04

Потерянный напор во всасывающей линии:

h_п.вс=( +? о_мс)* (2.66)

где , - коэффициент трения;

l и d₃- соответственно длина и эквивалентный диаметр трубопровода;

? о_мс - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

h_п.вс=(

б) для линии нагнетания:

1. отводы: А=1, В=0,09, о₁=А*В=0,09 [9, c. 15]

2. нормальные вентили: для d=0,040м о=4,9, для d=0,080м о=4,0; экстраполяцией находим для d=0,042м о₂ =4,855 [9, c. 15]

3. выход из трубы о₃=1 [9, c. 15]

? о=3 о₁+2 о₂+ о₃ (2.67)

? о =3*0,09+2*4,855+1=11,04

Потерянный напор на нагнетательной линии:



h_п.наг.=( +? о_мс)*, (2.68)

h_п.наг=(= 5,998м.

Общие потери напора:

h_n = h_n._ВС +h _{п. наг} (2.69)

h_n =1,423 + 5,998 =7,421 м.

в) Напор насоса

Н=+H_г+Н_п (2.70)

Где:

-давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость;

- давление в аппарате, в который подается жидкость;

=9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

Н_п - суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях;

Н_г⁼2,5 м - геометрическая высота подъема масла.

Н=+2,5+9,43=34,08 м.

Подобный напор при заданной производительности обеспечивается центробежным насосом.

г) Полезная мощность

N_n = pgQH, (2.71)

где Q - подача;

Н - напор насоса.

N_n =860*9,81 * 0,002 * 34,08 = 564,27 Вт = 0,564 кВт.

Мощность на валу двигателя:

N_h = (2.72)

где N_П - номинальная мощность насоса, кВт;

N_дв - мощность двигателя, кВт;

Ю_н⁼ 0,4 - КПД насоса;

Ю_пер - 1 - КПД передачи от электродвигателя к насосу.

N_h = =1,41 kBт.

д) Выбор насосного агрегата

Выбираем насосный агрегат [9, с. 55]

Насос марки Х45/54

Подача 1,25*10^-2 м³/с

Напор 42 м вод. ст.

Мощность насоса 2 кВт

КПД 60%

Электродвигатель А02-71-2

Частота оборотов 48,3 с^-1

2.9.4 Расчет холодильника

Кожухотрубчатый холодильник позиции 12 предназначен для охлаждения масла.

Для расчета холодильника задаемся исходными данными:

G₁= 2,0 кг/с-расход масла;

t_1н = 90єC, t_1к = 60 °С

t₁= 0,5 (t_1н + t_1к) = 15°С

р₁= 860 кг/м3;

л₁= 0,662 Вт/(м*К);

м₁ = 0,00054 Па;

с₁ = 4190 Дж/(кг*К);

в₁= 0,00048 К-1.

Охлаждение осуществляется водой с t_2н = 20 °С и t_2к = 40 °С.

1) Определение тепловой нагрузки:

Q = 2,0*4190(90--60)= 251 400 Вт

2) Расход воды определяем из уравнения теплового баланса:

G₂==21,8 кг/с

где 4180 Дж/(кг*К) -- теплоемкость воды с₂, при ее средней температуре t₂ = 0,5 (t_2Н + t_1K) = 15°.

3) Среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике:

? tср.лог.==28,6 град

Ориентировочный выбор теплообменника.

Решение вопроса о том, какой из теплоносителей направлен в трубное пространство, определяется его давлением, коррозионной активностью, способностью загрязнять поверхности теплообмена и др. Рассматриваемый пример относится к такому случаю когда масло целесообразно направить в трубное пространство, а охлаждающую воду -- в межтрубное.

Примем ориентировочное значение Re_10p=15 000, соответствующее развитому турбулентному режиму течения в тpyбe. Очевидно, такой режим возможен в теплообменниках, у которых число труб п, приходящееся на один ход по трубам диаметре d_H = 20Ч 2 мм, равно

9



Для труб диаметром d_H = 25Ч 2 мм:

4) Минимальное ориентировочное значение коэффициента телопередачи, соответствующее турбулентному течению теплоносителей, равно [9, табл. II. 1]

К_ор = 800 Вт/(м2*К).

При ориентировочном значение поверхности теплообмена составит:

F_op =79,5м2

Как видно из табл. II. 3 [9, с.25], теплообменники с близкой поверхностью имеют диаметр кожуха 600--800 мм. При этом многоходовые аппараты с числом ходов z=4 или 6 имеют соотношения n/z, близкие к 50.

В многоходовых теплообменниках средняя движущая сила несколько меньше, чем в одноходовых следствие возникновения, смешанного взаимного направления движения теплоносителей.

Соответствующую поправку для средней разности температур определим по рис. II. 1,а [9, с. 21]:

Р==0,5

R==1,5

о_?t=0,77 и ?t_ср=28,6*0,77=22,0⁰С

С учетом этих оценок ориентировочная поверхность составит:

F_ор==103,5 м

Теперь имеет смысл провести уточненный расчет следующих вариантов.

D = 600 мм, d_н = 25x2 мм, z=4, n/z = 206/4 = 51,5

5) Уточненный расчет поверхности теплопередачи:

(2.73) [9, с. 32]

P_r1== (2.74)

Коэффициент теплоотдачи к жидкости, движущейся по трубам турбулентно, равен

₁= 023*13100⁰⁸*3.4^0,4 = 2 360 Вт/(м2*К)

Поправкой (P_r1/Pr_cT1)^0,25- здесь можно пренебречь, так как разносность температур t₁ и t_Ст невелика (менее ? t _ср = 28,6⁰)

Минимальное сечение потока в межтрубном пространстве (табл. II.3) S_Мтр = 0,040 м², ;

Коэффициент теплоотдачи в воде составит:

₂=0,24*16 9600,9 ^0,6*5,43^0,36 = 3 785 Вт/(м²* К)

В соответствии с табл. II. 2 примем термические сопротивления загрязнений равными r₃₁= r₃₂ = 1/5800 м²*К/Вт. Теплопроводность материала труб _ст = 17,5 Вт/(м*К). Сумма термических сопротивлений стенки и загрязнений равна:

?= ^{+ +}=0,000458 м²*К/Вт

Коэффициент теплопередачи равен:

К=1/( ^{+ +}0,000458)=847 Вт/(м²* К)

Требуемая поверхность составляет:

F==94,6 м²

Из табл. II. 3 [9, с. 25] следует, что из выбранного ряда подходит теплообменник с трубами длиной L=6,0 м и номинальной поверхностью F_ik = 97 м². При этом запас:

?=*100=2,54%

Выбираем кожухотрубчатый холодильник со следующими параметрами:

D=600 мм;

L=6000 мм;

Z=4

Размещено на Allbest.ru