Подбор и расчет вентилятора

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 = 25×2 мм. Диаметр адсорбера D, высота слоя адсорбента H, диаметр частиц адсорбента d.

Гидравлическая сеть имеет нормальную диафрагму с модулем m, n₁ задвижек, 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.

Введение

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 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 426×11 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 λ=0,019.

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

диафрагма: ξ = 8,25 (т.к. m =

где

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

где

;

·        вход в трубу: ξ = 0,2.

Вычислим потерю давления на первом участке по формуле:

.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 325×10 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 λ=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: ξ = 0,15·2 = 0,3; для условного прохода 300 мм и выше;

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

где

;

·        выход из трубы: ξ = 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 λ=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: Σ ξ =1,5·2 = 3.

·        Вход в трубы и выход из них: Σ ξ= 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 .

Список литературы

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.

.        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.

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