Подбор и расчет вентилятора

Задание

Газ с температурой t₀ выходит из реактора, работающего под разрежением? p по отношению к атмосферному давлению, проходит очистку от пыли в циклоне и затем поступает в адсорбер с неподвижным слоем моносферических частиц адсорбента.

Расход газа G, кг/с. Перед адсорбером газ охлаждается в кожухотрубчатом теплообменнике, имеющим следующие характеристики: диаметр кожуха D_к, длина труб l, диаметр штуцеров d_ш, диаметр труб d_тр = 25Ч2 мм. Диаметр адсорбера D, высота слоя адсорбента H, диаметр частиц адсорбента d.

Гидравлическая сеть имеет нормальную диафрагму с модулем m, n₁задвижек, n₂ плавных поворотов на 90? (R₀/ d_тр= 4). Общая длина трубопровода L. На выходе из сети давление атмосферное.

Подобрать оптимальный диаметр стального трубопровода и вентилятор, обеспечивающий заданный расход газа. Диаметр трубопровода выбирается для участка гидравлической сети наибольшей длины L₁ от реактора до теплообменника. Газ может подаваться в трубное пространство одноходового теплообменника или в межтрубное пространство без перегородок. Определить потерю давления на трение? p_тр.

Таблица 1. Исходные данные к заданию

Рис. 1. Схема установки к заданию: Р - реактор; Ц - циклон; Т - теплообменник; Ад - адсорбер; В-вентилятор; 3 - задвижки; Д — диафрагма.

Перемещение жидкостей осуществляется по трубопроводам; при этом движущая сила определяется разностью давлений в начальном и конечном пунктах трубопровода. С высшего уровня к низшему жидкость перемещается самостоятельно (самотеком): разность уровней жидкости должна быть достаточной для достижения заданной скорости и преодоления всех сопротивлений.

В тех случаях, когда жидкость необходимо перемещать с низшего уровня на высший или по горизонтали, применяют насосы — гидравлические машины, которые сообщают жидкости энергию и повышают давление.

1. Расчет трубопровода

1.1 Расчет трубопровода на первом участке

Определим значение плотности кислорода по формуле:

где (

Для расчета потерь на трубопроводах необходимо предварительно задать значение скорости движения газа. Согласно данным таблицы 1.1. (стр. 17 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов) принимаем значение скорости соответствующее течению газов при атмосферном или близком к нему давлении в трубопроводах. Тогда диаметр трубы на 1 участке от реактора до теплообменника:

где

В стандартах на стальные трубы имеется размер 426Ч11 мм (стр. 82 табл. 1.1 «Методы расчетов процессов и аппаратов химической технологии» П.Г. Романков).

Пересчитаем скорость на стандартный диаметр, исходя из уравнения массового расхода:

Вычисляем критерий Рейнольдса для горячего участка трубопровода:

где µ - динамическая вязкость (Па· с), которую определяем по номограмме (стр. 557 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов).

По таблице XII (стр. 519 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов) принимаем шероховатость стальной трубы e = 0,2 мм.

Отношение диаметра трубопровода к средней высоте шероховатости По значениям Re и из рис. 1.5 (стр. 22 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов) принимаем коэффициент трения л=0,019.

Определим местный коэффициент сопротивления трения о по таб. XIII (стр. 520 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов):

диафрагма: о = 8,25 (т.к. m =

где

· 2 задвижки: о = 0,15· 2 = 0,3, для условного прохода 300 мм и выше;

· 7 поворотов: о = 1· 0,11·7 = 0,77 (т.к. задан угол поворота 90° и отношение

где

;

· вход в трубу: о = 0,2.

Вычислим потерю давления на первом участке по формуле:

1.2 Расчет трубопровода на втором участке

Аналогичным образом определим значение плотности кислорода по формуле:

где (

Для расчета потерь на трубопроводах необходимо предварительно задать значение скорости движения газа. Согласно данным таблицы 1.1. (стр. 17 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов) принимаем значение скорости соответствующее течению газов при атмосферном или близком к нему давлении в трубопроводах. Тогда диаметр трубы на втором участке:

где

В стандартах на стальные трубы имеется размер 325Ч10 У (стр. 82 табл. 1.1 «Методы расчетов процессов и аппаратов химической технологии» П.Г. Романков).

Пересчитаем скорость на стандартный диаметр, исходя из уравнения массового расхода:

Вычисляем критерий Рейнольдса для холодного участка трубопровода:

трубопровод сеть газодувка теплообменник где µ - динамическая вязкость (Па· с), которую определяем по номограмме (стр. 557 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов).

По таблице XII (стр. 519 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов) принимаем шероховатость стальной трубы e = 0,2 мм.

Отношение диаметра трубопровода к средней высоте шероховатости

По значениям Re и из рис. 1.5 (стр. 22 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлова) принимаем коэффициент трения л=0,018.

Определим местный коэффициент сопротивления трения по таб. XIII (стр. 520 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов):

· 2 задвижки: о = 0,15· 2 = 0,3; для условного прохода 300 мм и выше;

· 7 поворотов: о = 1· 0,11·7 = 0,77 (т.к. задан угол поворота 90° и отношение

где

;

· выход из трубы: о = 1.

Вычислим потерю давления на втором участке по формуле:

2. Расчет теплообменника

Определим значение плотности этилена по формуле:

где Т — средняя температура, вычисленная следующим образом:

Вычислим скорость, исходя из уравнения массового расхода:

где — диаметр труб;

n — количество труб, определяемое на основании диаметра кожуха для одноходового теплообменника по табл. 4.12 (стр. 215 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов).

Определим критерий Рейнольдса:

где µ - динамическая вязкость (Па· с), которую определяем по номограмме (стр. 557 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлов).

Отношение диаметра трубопровода к средней высоте шероховатости

По значениям Re и из рис. 1.5 (стр. 22 «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» К.Ф. Павлова) принимаем коэффициент трения л=0,0395.

Определяем потерю давления на преодоление трения в трубах.

Скоростное давление в трубах:

Потеря давления на преодоление трения в трубах:

где n = 1 — число ходов по трубному пространству.

Определяем потери давления на преодоление местных сопротивлений теплообменника.

· Входная и выходная камера: У о =1,5· 2 = 3.

· Вход в трубы и выход из них: У о= 1· 2 = 2.

· Повороты: 0.

Скорость газа в штуцерах:

Скоростное давление в штуцерах:

Скорость в штуцере больше скорости в трубах, поэтому потери давления для входной и выходной камер находим по скорости в штуцерах, а потери при входе и выходе из труб — по скорости в трубах:

Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника:

3. Расчет адсорбера

Определим скорость газа в аппарате:

где V — объемный расход, D — диаметр адсорбера.

Тогда Находим критерий Рейнольдса по формуле:

Где Ф — фактор формы, Ф=0,6;

— порозность, =0,4;

— диаметр частиц адсорбента,

Рассчитываем по формуле:

Найдем гидравлическое сопротивление слоя по формуле:

Примем, что гидравлическое сопротивление газораспределительной решетки и других вспомогательных устройств в адсорбере составляет 10% от сопротивления слоя. Тогда гидравлическое сопротивление адсорбера:

4. Расчет сопротивления сети и подбор газодувки

Сопротивление циклона принимаем равным 700 Па.

Общее сопротивление сети будет складываться следующим образом:

Выбор газодувки осуществляем, опираясь на данные таблицы 10 (стр. 42 «Основные процессы и аппараты химической технологии» Ю.И. Дытнерский).

Объемный расход и общее сопротивление сети соответственно равны

Согласно этим значениям, подходящей будет газодувка марки ТВ-100−1,12; для которой при оптимальных условиях работы объемный расход газа равен, давление

Газодувка снабжена электродвигателем АО2−81−2, номинальной мощностью и КПД равным .

1. Романков, П. Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи): учебн. пособие для вузов. — 3-е изд., испр.-СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010. — 544 с.

2. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. Чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. — 10-е изд., перераб. и доп. — М.: Альянс, 2013. — 576 с.

3. СТО 4.2−07−2014 Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной деятельности. — Введ. 30.12.2013. — Красноярск: ИПК СФУ, 2014. — 60 с.

4. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — 7-е изд., 1961. — 832 с.