Выбор теплообменника для промышленного предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Тепловой расчёт

1.1 Определение тепловой нагрузки аппарата

1.2 Определение расхода пара и температуры его насыщения

1.3 Расчет температурного режима теплообменника

1.4 Выбор теплофизических характеристик теплоносителей

1.5 Ориентировочный расчет площади поверхности аппарата. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления

1.6 Приближенный расчет коэффициентов теплоотдачи и коэффициента теплопередачи

1.7 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата

1.8 Обозначение теплообменного аппарата

1.9 Расчет толщины слоя изоляции аппарата

1.9.1 Определение потерь теплоты в окружающую среду

2. Конструктивный расчет

2.1 Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата

2.2 Выбор трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху

2.3 Выбор конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними. Отбойники

2.4 Выбор крышек и днищ аппарата

2.5 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов

2.6 Проверка необходимости установки компенсирующего устройства

2.7 Опоры аппарата

3. Гидравлический расчет

3.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них

3.1.1 Разбивка трубопровода насосной установки на участки

3.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения теплоносителя в них

3.1.3 Расчет сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них

3.2 Определение требуемого напора насоса

3.3 Выбор типа и марки насоса по расчетному напору и заданной подаче

3.4 Построение характеристик насоса и трубопровода. Определение рабочей точки насоса

4. Экономический расчет

4.1 Суммарные расходы на приобретение, монтаж и эксплуатацию теплообменного аппарата

Введение

Движущей силой тепловых процессов является разность температур более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называют теплообменниками.

Обычно в теплообменных аппаратах один из теплоносителей движется по трубам, с помощью которых чаще всего в технике формируется поверхность теплопередачи. Поэтому для расчета и рациональной эксплуатации теплообменников очень важно умение знать и составлять основные закономерности переноса теплоты при движении теплоносителя в трубах. Для решения этой задачи применяют различные теплоносители, которые отдают получаемую от источников теплоты энергию в теплообменниках - аппаратах, предназначенных для передачи теплоты от одного теплоносителя, нагретого до более высокой температуры, к другому.

Выбор теплоносителя для каждого конкретного случая индивидуален и определяется, прежде всего, величиной температуры нагревания и необходимостью ее регулирования. Кроме того, теплоноситель, используемый в промышленности, должен обеспечивать достаточно высокую интенсивность теплопередачи. Поэтому он должен обладать высокими значениями плотности, теплоемкости и теплоты парообразования, низкой вязкостью. Помимо этого желательно также, чтобы теплоноситель был негорюч, нетоксичен, термостоек, не оказывал разрушающего влияния на материал теплообменника и вместе с тем был достаточно доступен и дешев.

1. Тепловой расчёт

1.1 Определение тепловой нагрузки аппарата

В рассматриваемой задаче нагревание подсырной сыворотки осуществляется в вертикальных кожухотрубчатом теплообменнике теплотой конденсирующегося водяного пара, поэтому тепловую нагрузку определим по формуле:

(1.2)

где Gхол - массовый расход подсырной сыворотки;

Схол -- средняя удельная теплоемкость подсырной сыворотки, Дж/(кг*К);

tк ,tн - конечная и начальная температуры подсырной сыворотки, К;

Х= 1,05 - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую

среду.

Средняя температура подсырной сыворотки

Этому значению температуры соответствует

.

1.2 Определение расхода пара и температуры его насыщения

Расход пара определим из уравнения

=

где D - расход пара, кг/с;

r - скрытая теплота конденсации пара, Дж/кг.

При

Дж/кг Тн=119,6

1.3 Расчет температурного режима теплообменника

1.4 Выбор теплофизических характеристик теплоносителей

Теплофизические свойства теплоносителей определяем при их средних температурах и заносим в таблицу 1.

Таблица 1 - Теплофизические свойства теплоносителей

1.5 Ориентировочный расчет площади поверхности аппарата. Выбор конструкции аппарата и материалов для его изготовления

Ориентировочным расчетом называется расчет площади теплопередающей поверхности по ориентировочному значению коэффициента теплопередачи К. Принимаем К 800 Вт/(м2*К), тогда ориентировочное значение площади аппарата:

Так как в аппарате горячим теплоносителем является пар, то для обеспечения высокой интенсивности теплообмена со стороны подсырной сыворотки необходимо обеспечить турбулентный режим движения и скорость течения этилового спирта в трубках аппарата 2 1,0м/с.

Для изготовления теплообменника выберем трубы стальные бесшовные диаметром 25 х 2 мм.

Необходимое число труб в аппарате n, обеспечивающее такую скорость,

определим из уравнения расхода

Такому числу труб n =442 шт. и площади поверхности аппарата F = по ГОСТ 15118-79 и ГОСТ 15122-79 наиболее полно отвечает шестиходовой теплообменник диаметром 800 мм, с числом труб 384, длиной теплообменных труб 9000 мм и площадью поверхности F =

Проверим скорость движения подсырной сыворотки в трубах аппарата

Значение скорости находится в рекомендуемых пределах, поэтому выбор конструкции аппарата закончен.

Так как теплоносители (пар и подсырная сыворотка не являются агрессивными, то для изготовления основных узлов и деталей (ГОСТ 15120-79) выбираем материалы по группе материального исполнения М1: кожух - В Ст3ст5 ГОСТ 14637-79; крышки - В Ст3ст5 ГОСТ 14637-79; трубы - сталь 10 ГОСТ 8733-8

Коэффициент теплопроводности стали:

1.6 Приближенный расчет коэффициентов теплоотдачи и коэффициента теплопередачи

Приближенным расчетом называется расчет коэффициентов а и К по формулам, не учитывающим влияние температуры стенки теплопередающей поверхности на интенсивность теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара на пучке горизонтальных труб рассчитывается по формуле [4, с. 166]

где е1 -- усредненный для всего пучка коэффициент, зависящий от расположения труб в пучке и от числа труб п, в каждом вертикальном ряду. Значение е1 берем по графику на рис. 4.7 [2]. Из [1, табл. 1.8] п = 17, тогда е~ = 0,58 (расположение труб в аппарате -- шахматное, т.е. по вершинам равносторонних треугольников);

L = 9,0 м -- длина труб теплообменника;

n = 442 шт. -- общее число труб в теплообменнике;

p -- теплопроводность, плотность и вязкость

конденсата при температуре конденсации;

G -- массовый расход конденсирующегося пара, G = D = 2,74 кг/с.

По формуле (4)

Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара.



Расчетная площадь поверхности теплообмена по формуле:

1.7 Уточненный расчет коэффициентов теплоотдачи. Окончательный выбор теплообменного аппарата

Уточненным называется расчет коэффициентов теплоотдачи с учетом температуры стенки.

Расчет температуры стенки ведем методом последовательных приближений.

Рассчитываем температуру стенки со стороны подсырной сыворотки



С учетом температуры стенки

Сравнивая q приходим к выводу, что >>, поэтому расчет температуры стенки продолжаем, задаваясь другим значением температуры стенки со стороны пара.

Второе приближение.

Задаемся температурой стенки со стороны пара



Во втором приближении разница между ? q 1 2 и ? q 2 2 менее 5 %

где

Разность температур между паром и стенкой

Удельная тепловая нагрузка со стороны пара

а температура стенки со стороны

При

Удельная тепловая нагрузка со стороны этилового спирта

т.е. не превышает 5 %, поэтому расчет можем считать законченным.

Удельные тепловые потоки по обе стороны стенки равны

По формуле коэффициент теплопередачи



Площадь поверхности аппарата определяем по формуле

1.8 Обозначение теплообменного аппарата

1.Диаметр кожуха D = 800 мм по ГОСТ 9617-76.

2.Тип аппарата ТНВ -- теплообменник с неподвижными трубными решетками вертикальный.

3.Условное давление в трубах и кожухе - 0,2 МПа. 4.Исполнение по материалу - М1

5. Исполнение по температурному пределу -0-обыкновенное. 6.Диаметр трубы - 25 мм.

7.Состояние поставки наружной трубы-Г-гладкая. 8.Длина труб - 9,0 м.

9.Схема размещения труб - Ш - по вершинам равно сторонних треугольников.

10. Число ходов - 1.

Группа исполнения - А.

Теплообменник 800 ТНВ - 0,2М - О гр. А ГОСТ 15122-79.

25Г - 9Ш - 1

1.9 Расчет толщины слоя изоляции аппарата

Температура поверхностей теплообменных аппарат в пищевой промышленности не должна превышать 40 °С [46].

Для расчета толщины слоя изоляции рассмотрим процесс передачи теплоты через многослойную (стальная стен- ка корпуса и слой изоляции) плоскую стенку (dвн >0,54d нар) .

1.9.1 Определение потерь теплоты в окружающую среду

Потери теплоты в окружающую среду определяют по формуле

(133)

Величину потерь теплоты по отношению к тепловой нагрузке аппарата рассчитывают по формуле Qпот/Q * 100 % и сравнивают с ранее принятыми (формула (1.6)).

2. Конструктивный расчет

2.1 Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата

Материал выбирают по рабочим условиям в аппарате: температуре, давлениям, химическим свойствам теплоносителей и др. При выборе материала пользуемся рекомендациями [1, табл. 2.2] и ГОСТ 15199-79, 15120-79, 15121-79, в которых указаны материалы основных деталей в зависимости от группы материального исполнения.

Группа материального исполнения - М₁. Материал: кожуха - В Стсп5 ГОСТ 14637-79; распределительной камеры и крышки - В Ст3сп5 ГОСТ 14637-79; трубы - сталь 10 ГОСТ 8733-87 [1, табл. 2.2].

2.2 Выбор трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху

Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина Sр_(min) (в мм) должна быть не менее [1, с. 45]

(11)

где с - прибавка для стальных трубных решеток, мм, с = 5 мм;

d_н - наружный диаметр теплообменных трубок, мм, d_н = 25 мм.

По формуле (11):

Толщину трубной решетки выбираем в зависимости от диаметра кожуха аппарата и уловного давления в аппарате [1, табл. 2.3]:

Sр = 21 мм.

Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82.

По [1, с. 46] определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при d_н = 25 мм, t = 32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 [1, табл. 2.6].

Размещение отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рис. 2.2

Рис. 2.2 - Размещение отверстий в трубных решетках

Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 х 2 мм в трубных решетках выбираем по [1, табл. 2.7], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы:

D₀ = 788 мм,

2R = 780 мм,

h = 193,9 мм.

Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках по рядам:

;;

Общее число труб в решетке - 442 шт.

Отверстия в трубных решетках выполняем гладкими. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр 25,5 мм.

Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рис. 2.2.1).

Рис.2.2.1 - Крепление труб в трубной решетке развальцовкой с последующей отбортовкой

Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.

По [1, табл. 2.8] в соответствии с ГОСТ 26291-94 принимаем минимальную толщину стенки корпуса S = 6 мм.

2.3 Выбор конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними. Отбойники

Применяем внутренние поперечные перегородки с диаметрально чередующимся в них сегментными средами для поддержания расстояния между трубами (рис. 2.3).

Рис.2.3 - Конструктивная схема поперечных перегородок

Диаметр отверстий для труб в перегородках 28 мм [1. с. 57]. Номинальный диаметр поперечных перегородок D_п=796 мм [1. с.58].

Неподвижные трубные решетки занимают место во впадинах фланцев корпуса и крышек (рис. 2.3.1).

Рис. 2.3.1 - Узел крепления неподвижной трубной решетки

1 - решетка трубная; 2 - фланец; 3 - прокладка;

4 - трубка теплообменная; 5 - кожух; 6 - крышка.



Для того чтобы теплообменники лучше работали, необходимо обеспечить минимальный зазор между корпусом и перегородкой. Номинальный диаметр D_п поперечных перегородок принимают в зависимости от внутреннего диаметра аппарата [1, с. 58]: D_п = 796 мм при D=800 мм.

Максимальное расстояние между перегородками принимаем по [1, с. 58] равным 800 мм, а минимальная толщина перегородок [1, с. 59] 10 мм.

Взаимное расположение поперечных перегородок фиксируют несколькими стяжками между ними. Стяжки придают пучку жесткость и дополнительную прочность, обеспечивают удобства его сборки.

Они представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные через отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегород-ками надеты распорные трубки. Число стяжек принимаем в зависимости от диаметра аппарата [1, с. 59]:

диаметр стяжек - 16 мм,

число стяжек - 6.

При входе среды (пара) в межтрубное пространство теплообменника часто устанавливают отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера (рис. 2.3.2).



Рис. 2.3.2 - Схема размещения отбойника

Отбойник выполняют в виде круглой пластины. Его размер должен быть не меньше внутреннего диаметра штуцера D₁, т.е. [1, с. 59].

Отбойник не должен создавать излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому расстояние от внутренней поверхности корпуса до отбойника должно быть [1, с. 59]:

Расстояние от отбойника до первой перегородки должно быть не меньше 100 мм для беспрепятственного распределения входящего потока среды.

2.4 Выбор крышек и днищ аппарата

Крышки и днища теплообменных аппаратов выбираем в зависимости от диаметра кожуха. Наиболее распространенной формой днищ и крышек является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр (рис. 2.4).

Рис. 2.4 - Днище эллиптическое с отбортовкой

По [3, табл. 16.1] выбираем размеры днища эллиптического отбортованного стального диаметром 800 мм:

Днище 800 х 6-25 ГОСТ 481-58 [3, табл. 16.1].

Выбранное днище используем для изготовления входной и выходной крышек аппарата.

Марка стали - 09 Г 2 С [3, табл. 16.1].

2.5 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов

Присоединение трубопроводов к теплообменным аппаратам бывает разъемным и неразъемным. Разъемное присоединение труб осуществляется при помощи фланцевых резьбовых штуцеров. При диаметре трубопроводов более 10 мм применяют фланцевые штуцеры.

Диаметр штуцера зависит от расхода и скорости теплоносителя [1, с. 64]

(12)

где V - объемный расход теплоносителя, м³/с;

- скорость движения теплоносителя в штуцере, м/с;

S - площадь поперечного сечения штуцера, м²,

Скорости движения теплоносителей в штуцерах выбирают по [1, табл. 1.4], принимая их несколько большими, чем в аппарате.

Диаметр штуцера:

(13)

Диаметр штуцеров для входа и выхода воды рассчитываем по уравнению (13), принимая скорость движения воды в штуцерах равной 3,0 м/с.

Принимаем

Диаметр штуцеров для насыщенного водяного пара и конденсата, расход которых D = 2,64 кг/с.

Тогда объемный расход пара:



а конденсата:

Тогда, принимая скорость пара в штуцере м/с, получаем

Принимаем

Скорость конденсата в штуцере м/с, тогда

Принимаем

Принимаем штуцера со стальными плоскими приварными фланцами с соединительным выступом (тип 1 - рис. 2.5).

Рис. 2.5 -Фланец для штуцеров

Выбираем по D_у и р_у = 1,6 МПа [3, табл. 21.9]. Основные размеры фланцев:

фланцы штуцеров для ввода и вывода воды - Фланец 1-100-16 ГОСТ 12820-80:

D_у = 200 мм, D_б = 280 мм, D_ср = 315 мм, h = 23 мм, z = 8 шт, d_б = 18 мм;

фланец штуцера для ввода водяного пара - Фланец 1-300-16 ГОСТ 12820-80:

D_у = 300 мм, D_б =410 мм, D_ср = 460 мм, z = 12 шт, h = 28 мм, d_б = 26 мм;

фланец штуцера для вывода конденсата - Фланец 1-50-16 ГОСТ 12820-80:

D_у = 30 мм, D_б = 125 мм, D_ср = 160 мм, h = 19 мм, z = 4 шт, d_б = 18 мм.

Для присоединения крышек к корпусу аппарата используем тип 2 диаметром 800 мм.

Рис. 2.5.1 - Фланец для аппарата

По [3, табл. 21.9] выбираем основные размеры фланцев для аппарата:

Фланец II-800-3 ГОСТ 12820-80: D_б=950 мм, D₁=882 мм, D_ф=1020 мм, h=49 мм, d_б=39 мм, z=24 шт.

2.6 Проверка необходимости установки компенсирующего устройства

Жесткое крепление трубных решёток к корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям.

В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.).

По данным [1, табл. 1.7] допускаемая разность температур кожуха и труб (не требующая установки компенсирующего устройства) при давлении Р_y 1,6 МПа составляет 40 ^оС.

Для рассматриваемого теплообменного аппарата температура стенки трубок

⁰С.

(см. подраздел 1.7), а минимальная температура кожуха может быть принята равной температуре пара, т.е. t_{ст (к)} = 123,27 ^оС.

Разность температур кожуха и трубок

⁰С,

следовательно, необходимость установки компенсирующего устройства отпадает.

2.7 Опоры аппарата

Химические аппараты устанавливают на фундаменты или специальные несущие конструкции при помощи опор. Тип опоры выбирают в зависимости от конструкции оборудования, нагрузки и способа установки. При установке вертикальных аппаратов широко применяются лапы на полу или на фундаментах. При наличии нижних опор аппарат устанавливают на три или четыре точки, при подвеске между перекрытиями - на три лапы и более.

Расчетную нагрузку, воспринимаемую опорой аппарата, определяют по максимальной силе тяжести его в условиях эксплуатации или гидравлического испытания (при заполнении аппарата водой) с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок от силы тяжести трубопроводов, арматуры и т. д. Вес аппарата (с жидкостью) делится на число «лап», и по допустимой нагрузке на опору выбирают ее основные размеры по [1, табл. 2.13].

Принимаем число лап равным 3, а допустимую нагрузку равную 63000 Н.

По [1, табл. 2.13] выбираем основные размеры опор вертикального аппарата при допустимой нагрузке 63000 Н: a=185 мм, a₁=230 мм, b=230 мм, c=60 мм, c₁=130 мм, h=360 мм, h₁=24 мм, S₁=12 мм, k=35 мм, k₁=70 мм, d₁=1430 мм.



Рис. 2.7 - Опора вертикального аппарата

3. Гидравлический расчет

3.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них

3.1.1 Разбивка трубопровода насосной установки на участки

Гидравлическому расчету подлежит схема, представленная на рисунке 3.1.1

Рисунок 3.1.1

Для выполнения гидравлического расчета разобьем трубопровод насосной установки на участки: всасывающая линия; участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника; теплообменник; участок напорного трубопровода от теплообменника до конечной точки (реактора).

3.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения теплоносителя в них

Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода (12), принимая по [1, табл. 1.4] скорость во всасывающем трубопроводе м/с, а в напорном - 2,0 м/с

м.

По [4, стр. 17] выбираем трубу для всасывающего трубопровода диаметром d_вс = 350 мм.

Скорость движения воды на всасывающем участке трубопровода

м/с,

а режим движения

- турбулентный, так как Re>10⁴.

где - кинематический коэффициент вязкости воды при t_н = 11⁰С,

м²/с.

м.

По [4, стр. 17] выбираем трубу для напорного трубопровода диаметром d_вн = 300 мм.

Скорость движения воды на напорном участке трубопровода

м/с.

Режим движения воды на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника

- турбулентный, так как Re>10⁴.

Режим движения воды на напорном участке трубопровода от теплообменника до конечной точки:

- турбулентный, так как Re>10⁴.

где - кинематический коэффициент вязкости воды при t=59 ⁰С, м²/с.

Скорость движения воды в трубках аппарата м/с, режим движения Re₂ = 24506,3 - турбулентный (см подраздел 1.6).

3.1.3 Расчет сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них

Всасывающий участок трубопровода.

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

Рассчитаем гидравлический коэффициент трения для гидравлически гладких труб по формуле Конакова

. (14)

.

Проверим трубу на шероховатость, рассчитав толщину вязкого подслоя и сравнив ее с величиной абсолютной шероховатости стальной бесшовной новой трубы:[1, табл. 3.2].

 м.

, значит, труба гидравлически гладкая и . На всех остальных участках трубопровода будем считать трубы гидравлически гладкими. По формуле Дарси-Вейсбаха

, (15)

где - гидравлический коэффициент трения;

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

d - диаметр трубопровода, м;

- скоростной напор, м.

м.

Согласно схеме насосной установки (рис. 11) на всасывающей линии имеется один вид местного сопротивления - вход в трубное пространство - [1, табл. 3.3]. Следовательно, , а по формуле Вейсбаха:

, (16)

где - коэффициент местных сопротивлений;

- скоростной напор за местным сопротивлением.

м.

Суммарные потери напора на всасывающем участке трубопровода:

м.

Участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника

м.

Согласно расчетной схеме (рис. 11) на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника не имеется местных сопротивлений.

Поэтому

м.

Суммарные потери напора на участке напорного трубопровода от насоса до теплообменника

м.

Теплообменник

м.

Определим напор, теряемый в местных сопротивлениях теплообменника (рис. 14).



Рис. 14 - Коэффициенты местных сопротивлений теплообменника

Предварительно вычислим площади потока в различных участках [5].

Площадь поперечного сечения штуцера

м².

Площадь поперечного сечения крышки (одного хода аппарата)

м².

Площадь поперечного сечения 384 труб теплообменника

м².

Скорости и скоростные напоры в соответствующих сечениях:

м/с.

м.

 м/с.

м.

м/с.

м.

Коэффициенты местных сопротивлений:

а) при входе потока через штуцер в крышку (внезапное расширение)

.

б) при входе потока из крышки в трубы первого хода (внезапное сужение)

в) при выходе потока из труб в крышку (внезапное расширение)

.

г) при входе потока из крышки в штуцер (внезапное сужение)

.

Согласно схеме (рис. 14) можно сделать вывод, что:

Вычисляем потери напора в местных сопротивлениях:

а) при входе потока через штуцер

м.

б) при входе потока из крышки в трубы первого хода аппарата

м.

в) при выходе потока из труб в крышку

м.

г) при выходе потока из крышки через штуцер

м.

Суммарные потери напора в местных сопротивлениях теплообменника

Общие потери напора (по длине и в местных сопротивлениях теплообменника)

м.

Участок напорного трубопровода от теплообменника до диафрагмового смесителя

.

м.

Участок напорного трубопровода от теплообменника до диафрагмового смесителя (рис. 11) включает следующие местные сопротивления: плавный поворот .

м.

м.

Суммарные потери напора в насосной установке (сети)

м.

3.2 Определение требуемого напора насоса

Требуемый напор насоса определяем по формуле

, (17)

где Н - высота подъёма жидкости в насосной установке (от насоса), м, Н = 14,0 м;

h_вс - высота всасывания насоса, h_вс= 1,6 м;

Р_н - давление на напорном участке трубопровода;

Р - давление молока, при t=119,6 ^оС, Р = 0,210³ Па;

- суммарные потери напора в сети, = 3,81 м.

По формуле (17)

м.

3.3 Выбор типа и марки насоса по расчетному напору и заданной подаче

По полю характеристик V - Н насосов для химических производств (типа АХ) [6, стр. 4] по заданной подаче V = 1010^-2 м³/с

(79,2 м³/ч) и рассчитанному требуемому напору Н_тр=13,22 м выбираем насос: АХ 125 - 100 - 315-А (К,Е,И,Н), n=1500 об/мин.

3.4 Построение характеристик насоса и трубопровода. Определение рабочей точки насоса

По каталогу насоса для химических производств [6, стр. 28] строим рабочие характеристики выбранного насоса - зависимости Н = f(V), N = f(V), h = f(V) (рис. 14).

Для построения характеристики трубопровода рассмотрим его уравнение (17).

Первые два слагаемых уравнения являются величиной постоянной и определяют собой статистический напор, тогда

,

где

м.

Так как трубопровод эксплуатируется в квадратичной зоне сопротивлений (Re >10⁵), то зависимость потерь напора в трубопроводе от изменения скоростей носит квадратичный характер, т.е.

, (18)

где в - коэффициент пропорциональности, определяемый по координатам т. D, лежащей на этой кривой.

Для этой точки имеются:

м³/с - (по заданию);

Н_Д = Н_тр = 24,85 м;

м.

Отсюда

м/с.

Уравнение кривой сопротивления трубопровода, выражающее собой потребные напоры насоса при подаче различных расходов по заданному трубопроводу строим характеристику трубопровода Н_тр = f(V), отложив на оси ординат величину Н_ст = 24,23 м.

Точка пересечения характеристик насоса и трубопровода определяет рабочую точку А. Координаты рабочей точки:

V_А = 170 м³/ч =4710^-3 м³/с; Н = 33,м; %.

Мощность, потребляемая насосом при его работе на трубопровод:

Вт.

Так как V_А = 170 м³/ч больше заданной подачи V_D = 65 м³/ч, то необходимо отрегулировать работу насоса на сеть одним из способов: прикрытием задвижки на напорной линии (дросселированием); уменьшением частоты вращения вала рабочего колеса насоса; обрезкой рабочего колеса.

теплообменный нагрузка насос трубопровод

4. Экономический расчет

Целью экономического расчета является определение суммарных расходов на приобретение, монтаж, амортизацию, ремонт и энергию, затрачиваемую на перемещение потока через насосную установку (систему трубопроводов с аппаратами).

4.1 Суммарные расходы на приобретение, монтаж и эксплуатацию теплообменного аппарата

По ГОСТ 15119-79 - ГОСТ 15122-79 [9, с. 56] масса выбранного однородового кожухотрубчатого теплообменника диаметром 800 мм, Ь = 4 м, ша = 2410 кг.

Масса труб в аппарате

(16)

где , - наружный и внутренний диаметры трубки теплообменника;

L = 9,0 м -- длина трубки в аппарате;

n = 442 цгг. -- число трубок в аппарате;

р = 7800 кг/м3 -- плотность материала трубок (стали).

По формуле (16)

кг.

Относительная масса труб в общей массе аппарата (в %)

Размещено на Allbest.ru