Расчет вентиляторов В-09

 

 

Федеральное агентство по образованию  Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

 

"Сибирский государственный  технологический университет"

 

Кафедра процессов и аппаратов  химических технологий

 

 

 

 

 

Расчетная работа № 1.2

 

Расчет вентиляторов В-09

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель:

_______________Шайхутдинова М. Н.

(подпись)

___________________

(оценка, дата ) 

 

Разработал:

Студент группы 62-4

______________Клецов П.В.

           (подпись)

___________________

                   (дата) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск  2013

 

 

Задание 1.2. вариант 9

 

В абсорбере непрерывного действия производится очистка воздуха от примесей при атмосферном давлении.

Расход газа V₀=1,2 м³/с (при нормальных условиях), его начальная температура t₀=140ºС. В циклоне газ предварительно обеспыливается и затем охлаждается в теплообменнике до температуры t₁=30ºС; после абсорбера газ поступает в газохранилище, где поддерживается избыточное давление Δр=1300 Па.

Колонный насадочный абсорбер имеет диаметр D=1,8 м и высоту слоя насадки Н=5 м. Плотность орошения насадки Г=0,006 м³/(м²·с). Наибольший по протяженности участок  гидравлической сети от абсорбера до газохранилища имеет длину L₁=220 м. Длина участка от теплообменника до абсорбера L₂=30 м и от начала трубопровода до теплообменника L₃=60 м. На трубопроводе имеются: нормальная диафрагма с модулем m=0,6, n₁=5 задвижек и n₂=16 плавных поворотов на 90º с R₀/d_тр=4. Теплообменник кожухотрубчатый с трубами 25х2 мм и длиной l=6 м; диаметр кожуха  D_k=600 м и внутренний диаметр штуцеров d_шт=207 мм.

Рассчитать значение оптимального диаметра трубопровода (по участку  наибольшей длины) и подобрать вентилятор, обеспечивающий данный расход газа. Перепад  давления при прохождении газом  орошаемой насадки Δр_ор приближенно можно рассчитать через перепад давления Δр_сух на сухой насадке

,

где Г – плотность  орошения, м³/(м²·с);

b =180 с/м

 

Ц – циклон; Т –  теплообменник; Аб – абсорбер; ГХ –  газохранилище;       В – вентилятор; З – задвижки; Д – диафрагма

 

Рисунок 1. – Схема установки

 

 

Содержание

 

 

 

 

Реферат

 

В данной работе рассчитывается установка для перемещения воздуха. В результате проведенного расчета подобран трубопровод диаметром 377х10 мм и газодувка марки ТВ-80-1.2 производительностью V=1,67 м³/с и ΔР=20000 Па.

 

 

Введение

 

На предприятиях химической промышленности подвергаются переработке  значительные количества газов и  их смесей. Проведение многих химических процессов в газовой фазе при давлении, отличном от атмосферного, часто приводит к увеличению их скорости и уменьшению необходимого объема реакционной аппаратуры. Сжатие газов используют для перемещения их по трубопроводам и аппаратам, создания вакуума. Сжатые газы применяют для перемешивания, распыления жидкостей. Интервал давлений, применяемых в химических производствах, колеблется в широких пределах – от 10^-8 до 10³ ат.

Машины, предназначенные  для перемещения и сжатия газов, называют компрессорными машинами.

Отношение конечного  давления Р₂, создаваемого компрессорной машиной, к начальному давлению Р₁, при котором происходит всасывание газа, называется степенью сжатия.

В зависимости от степени  сжатия различают следующие типы компрессорных машин:

1. вентиляторы ( ) – для перемещения больших количеств газов;

2. газодувки ( ) – для перемещения газов при относительно высоком сопротивлении газопроводящей сети;

3. компрессоры ( ) – для создания высоких давлений;

4. вакуум-насосы – для отсасывания газов при давлении ниже атмосферного.

По принципу действия компрессорные машины делятся на:

1. поршневые – сжатие газа происходит в результате уменьшения объема, в котором заключен газ, при возвратно-поступательном движении поршня.
2. ротационные – сжатие газа обусловлено уменьшением объема, в котором заключен газ, при вращении эксцентрично расположенного ротора.
3. центробежные – энергия передается потоку газа силовым воздействием лопаток рабочего колеса, в результате чего происходит сжатие и повышение кинетической энергии газа. Эта энергия преобразуется в давление в неподвижных элементах машины.
4. осевые – газ сжимается при движении его вдоль оси рабочего колеса и направляющего аппарата.
5. струйные – отсасывание и сжатие газов осуществляется за счет кинетической энергии струи вспомогательной жидкости или пара.

 

Решение

 

Исходные данные

 

V₀=1,2 м³/с; t₀=140ºС; t₁=30ºС; Δр=1300 Па; D=1,8 м; Н=5 м; Г=0,006 м³/(м²·с);    L₁=220 м; L₂=30 м; L₃=60 м; m=0,6; n₁=5; n₂=16; R₀/d_тр=4; тип насадки – кольцо Рашига 50Х50Х5; l=6 м; D_k=600 мм; d_шт=207 мм; ρ₀=1,29 кг/м³; n=240 труб

 

1. Расчет трубопровода

 

1.1. Определение значения плотности и коэффициента динамической вязкости этилена

 

Определяем плотность газа по формуле

,

где Р₀ – атмосферное давление, Па;

 Т – температура,  К;  ;

 ρ₀ – плотность газа при н.у.

кг/м³;

кг/м³;

 кг/м³.

Коэффициент динамической вязкости газа рассчитывается по формуле

,

где μ₀ – вязкость газа при 0 ºС (таблица IV [1]);

 С – постоянная  Сатерленда (таблица IV [1]).

Па·с;

Па·с;

 Па·с.

 

1.2. Определение объемного расхода газа и диаметра трубопровода для гидравлической сети

 

Объемный расход газа для гидравлической сети определяем через массовый расход, постоянный для всех участков сети

кг/с,

где V₀ – объемный расход газа при н.у.;

 M – массовый расход газа.

Отсюда находим объемный расход

м³/с.

Диаметр трубопровода для гидравлической сети определяем исходя из уравнения объемного расхода

;

,

где V – объемный расход, м³/с;

 W – средняя скорость потока, принимаем W=15 м/с (таблица 1.1 [1]);

 d – диаметр трубопровода, м.

м.

 

1.3. Определение стандартного размера трубопровода

 

Принимаем стандартный  диаметр трубопровода (с. 243 [2]) равный 377х10 мм, внутренний диаметр которого равен мм, уточняем при этом скорость газа

 м/с.

 

2. Определение гидравлического сопротивления сети

 

Полное гидравлическое сопротивление сети определяется по формуле

,

где ΔР_тр – сопротивление трубопровода, Па;

 ΔР_ц – сопротивление циклона, Па;

 ΔР_тепл – сопротивление теплообменника, Па;

 ΔР_абс – сопротивление абсорбера, Па;

 ΔР_изб – избыточное давление, ΔР_изб=4903 Па;

 

2.1. Определение гидравлического сопротивления трубопровода

 

Гидравлическое сопротивление  трубопровода определяем по формуле

,

где Σξ – сумма коэффициентов местного сопротивления;

 λ – коэффициент  трения, λ=f(Re; d_тр/e) (рисунок 1.5 [1]);

 е – шероховатость,  мм; принимаем е=0,2 мм (таблица 12 [1]);

 d – диаметр трубопровода, м;

 W – скорость потока, м/с.

Для определения коэффициента трения, находим Re – коэффициент Рейнольдса и отношение d_тр/e

Па;

;

λ=0,017

 

Сумма местных сопротивлений  на данном участке равна

,

где ξ₁ – коэффициент местного сопротивления задвижки;

 n₁ – число задвижек;

 ξ₂ – коэффициент местного сопротивления на повороте;

 n₂ – число поворотов;

 ξ₃ – коэффициент местного сопротивления на входе в трубу, ξ₃=0,5;

 ξ₄ – коэффициент местного сопротивления на выходе из трубы ξ₄=1;

 ξ₅ – коэффициент местного сопротивления диафрагмы.

Тогда сумма коэффициентов  местных сопротивлений

(с. 520 [1]).

Гидравлическое сопротивление  на данном участке равно

Па.

 

2.2. Определение гидравлического  сопротивления межтрубного пространства

 

Гидравлическое сопротивление  межтрубного пространства теплообменника определяется по формуле

,

где n – число труб, n=240 (с. 215 [1]);

 m – число труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве, принимаем , принимаем m=9;

 х – число сегментных перегородок (с. 56 [3]), в данном расчете перегородки в межтрубном пространстве отсутствуют, х=0;

W_м.тр – скорость газа в межтрубном пространстве, м/с;

W_м.тр.шт – скорость газа в штуцере, м/с.

Скорости W_м.тр≈ W_м.тр.шт. Рассчитываем скорость газа в штуцере

 м/с. 

Рассчитываем скорость газа в трубах теплообменника

 м/с.

Рассчитываем критерий Рейнольдса газа

Па.

Гидравлическое сопротивление  межтрубного пространства равно

Па.

 

2.3. Определение гидравлического  сопротивления циклона

 

Гидравлическое сопротивление циклона определяется по формуле

Па;

Па.

 

2.4. Определение гидравлического  сопротивления абсорбера

 

Гидравлическое сопротивление абсорбера определяется по формуле

;

,

где Н – высота слоя насадки, м;

 d_э – эквивалентный диаметр, равен 0,035 м (таб.5.1[3]);

 W_г – скорость газа в абсорбере, м/с;

 λ – коэффициент  сопротивления насадки;

 Г – плотность  орошения, м³/(м²·с).

 

Скорость воздуха в  абсорбере

 м/с;

Рассчитываем критерий Рейнольдса

Па.

Так как Re>40, то коэффициент сопротивления рассчитывается по формуле

;

Па;

Па.

 

2.5. Определение общего  гидравлического сопротивления

 

Общее гидравлическое сопротивление

Па.

 

По рассчитанному значению ΔР=14917 Па и объемному расходу V=1,54 м³/с подбираем газодувку марки ТВ-80-1.2 производительностью V=1,67 м³/с и ΔР=20000 Па (с. 244 [2]).

 

3. Характеристики  трубогазодувки

 

 

1 – корпус; 2 – рабочее  колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – всасывающий патрубок; 5 –  нагнетательный патрубок.

 

Рисунок 2. – Схема трубогазодувки

 

В корпусе 1 трубогазодувки (рис. 2) вращается рабочее колесо 2 с лопатками, подобными лопаткам центробежного насоса. Колесо обычно помещают внутри направляющего аппарата 3, в котором происходит преобразование кинетической энергии газа в потенциальную энергию давления. Направляющий аппарат представляет собой два кольцевых диска, соединенных между собой лопатками с наклоном, противоположным наклону лопаток рабочего колеса. Газ поступает в трубогазодувку через патрубок 4 и выходит из нагнетательного патрубка 5.

 

Библиографический список

 

1. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для вузов [Текст] / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – Изд. 10-е. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
2. Ченцова, Л.И. Процессы и аппараты химической технологии: учебное пособие [Текст] / Л.И. Ченцова, М.Н. Шайхутдинова, В.М. Ушанова. – Красноярск: СибГТУ, 2006. – 262 с.
3. Дытнерский, Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию [Текст] / Ю.И. Дытнерский. – М. Химия, 1983. – 272 с.
4. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов [Текст] / А.Г. Касаткин. – 11-е изд., стереотипное, доработанное. Перепеч. с изд. 1973 г. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 753 с.