- •Оглавление
- •Введение
- •1. Объем и содержание курсового проекта
- •1.1.Содержание расчетно-пояснительной записки
- •1.2. Оформление расчетно-пояснительной записки
- •1.3. Графическая часть проекта
- •1.4. Защита курсового проекта
- •2. Расчет кожухотрубчатого теплообменного аппарата
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Задание на курсовой проект
- •2.3. Методика теплового расчета и выбор стандартного
- •2.4. Гидравлический расчет теплообменника
- •2.5. Механический расчет теплообменника
- •2.6. Примеры расчета и выбора стандартных кожухотрубчатых теплообменников
- •2.6.1. Расчёт и выбор теплообменника – холодильника
- •Тепловой расчёт
- •Аэродинамический расчёт
- •Механический расчёт
- •2.6.2. Расчёт и выбор теплообменника – нагревателя
- •Тепловой расчёт
- •Механический расчет
- •2.6.3. Расчет и выбор теплообменника-испарителя
- •Тепловой расчет
- •2.6.4. Расчет и выбор теплообменника-конденсатора
- •Тепловой расчет
- •2.7. Расчет тепловой изоляции Основные понятия
- •Методика расчета тепловой изоляции
- •Порядок выполнения расчета
- •2.8. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
- •2.9. Специальный вопрос
- •3. Расчет ректификационной установки Основные условные обозначения
- •3.1. Общие положения
- •3.2. Задание на курсовой проект
- •3.3. Методика расчета ректификационной установки
- •3.3.1. Определение расходов дистиллята и кубового остатка
- •3.3.2. Построение диаграммы у-х и t-х,у
- •3.3.3. Определение оптимального флегмового числа
- •3.3.4. Определение числа теоретических
- •3.3.5. Расчет скорости пара
- •3.3.6. Расчет диаметра и общей высоты колонны
- •3.3.7. Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн
- •3.3.8. Выбор материала и расчет толщины слоя
- •3.3.9. Тепловой расчет установки
- •3.3.10. Расчет штуцеров и соединительных трубопроводов
- •3.3.11. Механический расчет колонны
- •3.4. Пример расчета ректификационной установки
- •Теплообменник; 2- кубовый подогреватель; 3- ректификационная колонна; 4- дефлегматор; 5- сепаратор; 6-конденсатор-холодильник
- •3.5. Пример расчета ректификационной установки
- •3.6. Сведения об источниках с примерами расчетов
- •3.7. Специальный вопрос
- •4. Оформление графической части курсового проекта
- •4.1. Технологические схемы
- •4.2. Чертежи общего вида
- •Пояснительная записка
- •Задание на курсовой проект по курсу «Процессы и аппараты химической технологии»
- •Литература
2.8. Расчет и выбор вспомогательного оборудования
В зависимости от фазового состояния теплоносителя, для которого рассматривалось потеря давления в теплообменнике, нужно выбрать насос (для жидкого теплоносителя) или вентилятор (для газов).
Насосы. В промышленности широко применяются лопастные (центробежные, осевые, вихревые) и обычные (поршневые, шестеренчатые, винтовые и др.) насосы. Выбор типоразмера насоса из числа стандартных осуществляется по значениям расхода G перемещающейся жидкости и преодолеваемого напора H. Напор определяется по формуле
м,
где Δpпа – падение давления теплоносителя в аппарате, Па; Нг – геометрическая высота подъема жидкости, м; hп – потери напора во всасывающей и линиях, м.
Затрачиваемая на перемещение жидкости мощность
, Вт.
Мощность на валу насоса должна быть выше. С учетом коэффициентов полезного действия насоса ηн и передачи ηпер при установившемся режиме работы данная мощность
Если к. п. д. насоса неизвестен, можно руководствоваться следующими примерными значениями его:
Насос |
Центробежный |
Осевой |
Поршневой |
К.п.д. |
0,4 – 0,7 (малая и средняя подача) 0,7 – 0,9 (большая подача) |
0,7 – 0,9 |
0,65 – 0,85 |
|
|
К. п. д. передачи зависит от способа передачи усилия. В центробежных и осевых насосах вал электродвигателя обычно непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях ηпер ≈ 1. В поршневых насосах чаще всего используют зубчатую передачу; при этом ηпер = 0,93 - 0,98.
При расчете затрат энергии на перекачивание необходимо учитывать, что мощность Nдв, потребляемая двигателем от сети, больше номинальной вследствие потерь энергии в самом двигателе:
где ηДВ - коэффициент полезного действия двигателя.
Если к. п. д. двигателя неизвестен, его можно выбирать в зависимости от номинальной мощности:
NН, кВт |
0,4-1 |
1-3 |
3-10 |
10-30 |
30-100 |
100-200 |
>200 |
ηДВ |
0,7-0,78 |
0,78-0,83 |
0,83-0,87 |
0,87-0,9 |
0,9-0,92 |
0,92-0,94 |
0,94 |
Двигатель к насосу устанавливается несколько большей мощности, чем потребляемая мощность, с запасом на возможность перегрузки:
.
Коэффициент запаса мощности β берётся в зависимости от величины NДВ: при NДВ< 1 кВт β = 2 – 1,5; при NДВ= 1 - 50 кВт β = 1,5 – 1,15; при NДВ> 50 кВт β = 1,1.
Устанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота всасывания НВС не должна превышать значения, вычисленного по формуле
,
где p1 - давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при рабочей температуре; ωВС - скорость жидкости во всасывающем патрубке насоса; hП ВС - потеря напора во всасывающей линии; h3 - запас напора, необходимый для исключения кавитации (в центробежных насосах) или предотвращения отрыва поршня от жидкости вследствие сил инерции (в поршневых насосах).
Для центробежных насосов
где n – частота вращения вала, с-1.
Для поршневых насосов при наличии воздушного колпака на всасывающей линии
где l - высота столба жидкости во всасывающем трубопроводе, отсчитываемая от свободной поверхности жидкости в колпаке; f1 и f2 - площади сечения соответственно поршня и трубопровода; и - окружная скорость вращения, м/с; r - радиус кривошипа, м.
При известных значениях G, H и Nуст по каталогам или по таблицам в литературе [3] (с. 38 - 42), [4] (с. 92, табл. 2.5), [6] (с. 28, табл. 3.1) выбирается типоразмер насоса. Подробные сведения о насосах приведены в [12] (с. 475 - 827), где даны необходимые их рабочие характеристики, габаритные и размеры, представлены разрезы стандартных насосов выпускаемых промышленностью.
Численные примеры расчета и выбора насоса приведены в [3] (с. 21 -23), в [4] (с. 90 - 91), в [6] (с. 33 - 34).
Вентиляторы. Вентиляторами называют машины, перемещающие газовые среды при степени повышения давления до 1,15. В промышленности наиболее распространены центробежные и осевые вентиляторы. В зависимости от давления, создаваемого вентиляторами, их подразделяют на три группы: низкого давления - до 981 Па, среднего - от 981 до 2943, высокого - от 2943 до 11 772 Па. Центробежные вентиляторы охватывают все три группы, осевые вентиляторы - преимущественно низкого давления, в очень редких случаях - среднего.
Поскольку повышение давления в вентиляторах невелико, изменением термодинамического состояния газа в них можно пренебречь, и к ним применима теория машин для несжимаемой среды, т. е. насосов.
Мощность, потребляемую вентиляторами, рассчитывают по тем же формулам, что и для насосов. Требуемый напор вентилятора (в м столба газа) определяют по формуле
где Δр - потеря давления теплоносителя в аппарате; hп - суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.
К. п. д. центробежных вентиляторов обычно составляет ηн = 0,6 - 0,9, осевых ηн = 0,7 – 0,9. При непосредственном соединении валов вентиляторов и двигателя ηпер = 1, при клиноременной передаче ηпер = 0,98.
По значениям расхода газа и требуемого напора выбирается по каталогам или по таблицам в литературе [3] (с. 42), [12] (с. 866 – 901, с. 950 - 961) марка вентилятора и тип электродвигателя к нему.
Численный пример расчета и выбора вентилятора приведен в [3] (с. 23 -24).
Конденсатоотводчики. Теплообменник, где греющим теплоносителем является пар, должны оснащаться конденсатоотводчиком. Конденсатоотводчик устанавливается на конденсатоприводе за выпускным патрубком теплообменника. Его назначение – автоматически пропускать конденсат и задерживать пар, не теплообменном аппарате. Значение конденсатоотводчиков очень велико. Потери пара только из-за неудачной конструкции конденсатоотводчиков и не правильной их эксплуатации могут достигать в среднем до 25% количества потребляемого пара.
По принципу действия конденсатоотводчики подразделяются на следующие основные типы:
конденсатоотводчики с гидравлическим затвором;
конденсатоотводчики с гидравлическим сопротивлением;
конденсатоотводчики с механическим затвором.
Конденсатоотводчики относят к трубопроводной арматуре, т. е. к устройствам, устанавливаемым на трубопроводах, аппаратах, ёмкостях для управления потоков рабочих сред. Некоторые сведения по трубопроводной арматуре и по её выбору приведены в [1] (с. 303 - 313), [13] (с. 177 – 199).