Гидравлический расчет и выбор вспомогательного оборудования

Глава 4. Гидравлический расчет и выбор вспомогательного оборудования

4.1. Расчет потерь напора в теплообменном аппарате

Целью гидравлического расчета является определение гидравлического сопротивления в трубном и межтрубном пространствах.

1 Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве:

1.1 Скорость смеси в трубах

1.2 Коэффициент трения:

Принимаем абсолютную шероховатость поверхности стальных труб

1.3 Коэффициенты местных сопротивлений:

входная и выходная камеры;

=2,5- поворот между ходами;

вход в трубы и выход из них.

1.4 Гидравлическое сопротивление трубного пространства:

2 Гидравлический расчет межтрубного пространства:

2.1 Скорость пара в штуцере:

2.2 Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве:

4.2. Расчет гидравлического сопротивления ректификационной колонны

Поскольку скорости пара, расходы жидкости и физико-химические свойстваобеих фаз различны для отгонки и укрепляющей колонны, то гидравлическое сопротивление тарелок для них рассчитывается отдельно. Общее сопротивление тарелок двух колонн

где  и  - потери давления на тарелке отгонной и укрепляющей колонны, Па;  и  - действительное число тарелок для этих колонн.

Полное гидравлическое сопротивление работающей тарелки (ΔР) складывается из сопротивления сухой тарелки (ΔР_с), сопротивления, обусловленного силами поверхностного натяжения (ΔР_δ) и гидравлического сопротивления газо-жидкостного слоя (пены) (ΔР_ст)

Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки.

где ξ – коэффициент сопротивления сухой тарелки, для колпачковых тарелок  ξ = 4 – 5. Принимаем значение ξ = 4,5; ω_п – среднее значение скорости пара в данной части колонны, отнесенное к полному сечению аппарата, м/с; ρ_п – среднее значение плотности паровой фазы, φ_c –доля свободного сечения отверстий тарелки; φ=0,08

Поскольку скорость и плотность пара в верхней и нижней частях колонны различны, расчет гидравлического сопротивления проводим раздельно для тарелок верха и низа колонны.

Сопротивление сухой тарелки для отгонной колонны

для верхней укрепляющей

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения.

,

где σ – поверхностное натяжение смеси, Н/м;  d_э – эквивалентный диаметр отверстия, d_э = 4 мм.

σ = 21,5 ·10^-3

Гидравлическое сопротивление газо-жидкостного слоя на тарелке

ΔР = g ∙ ρ_ж ∙h₀,

где ρ_х – плотность жидкости;   h₀ - высота светлого слоя жидкости на тарелке.

Рассчитаем высоту светлого слоя жидкости на тарелке [3, c. 239]

h₀ = 0,787q^0,2 

где q=L/(ρ_жb) – удельный расход жидкости на 1 м ширины сливной перегородки; м²/с; b – ширина сливной перегородки, м,  h_п высота сливного порога, м; σ_х и  σ_в – поверхностное натяжение соответственно жидкости и воды при средней температуре в верхней и нижней частях колонны; w_т – скорость пара на рабочее сечение тарелки. Для колпачковой тарелки принимаем h_п = 0,03 м; b = 1,775 м.

m = 0,005 + 4,6∙h_п = 0,005 – 4,6 ∙ 0,03 = - 0,088

Для тарелок нижней части колонны:

₌ 0,0215м

ΔР_жн = 9,8 ∙ 780,3∙0,0215 =164 Па

              Для тарелок верхней  части колонны:

_·=0,0205

ΔР_жн = 9,8 ∙ 795,25 ∙ 0,0205 = 159,8 Па

Полное гидравлическое сопротивление тарелки отгонной колонны:

ΔР₁ = 658 + 21,5 +164 = 843,5 Па

укрепляющей колонны

ΔР₂ = 708 + 21,5 +159,8 = 889,3 Па

Гидравлическое сопротивление колонны:

ΔР_к = 9∙843,5 + 12∙889,3 = 18263,1 а.

3 Выбор насоса для подачи рассола:

Выбираем центробежный насос типа Х45/21 с параметрами:

- расход

- максимальный напор ;

- частота вращения колеса  ;

- КПД насоса

Мощность электродвигателя N_н=10 кВт