151758 (Расчет кожухотрубного теплообменника), страница 3

(см. подраздел 1.7), а минимальная температура кожуха может быть принята равной температуре пара, т.е. t_{ст (к)} = 133 ^оС.

Разность температур кожуха и трубок

⁰С,

следовательно, установка компенсирующего устройства не требуется.

2.7 Опоры аппарата

Химические аппараты устанавливают на фундаменты или специальные несущие конструкции при помощи опор. Тип опоры выбирают в зависимости от конструкции оборудования, нагрузки и способа установки. При установке вертикальных аппаратов широко применяются лапы на полу или на фундаментах. При наличии нижних опор аппарат устанавливают на три или четыре точки, при подвеске между перекрытиями – на три лапы и более.

Расчетную нагрузку, воспринимаемую опорой аппарата, определяют по максимальной силе тяжести его в условиях эксплуатации или гидравлического испытания (при заполнении аппарата водой) с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок от силы тяжести трубопроводов, арматуры и т. д. Вес аппарата (с жидкостью) делится на число "лап", и по допустимой нагрузке на опору выбирают ее основные размеры по [1, табл. 2.13].

Принимаем число лап равным 3, а допустимую нагрузку равную 4000 Н. По [1, табл. 2.13] выбираем основные размеры опор вертикального аппарата при допустимой нагрузке 4000 Н: a=75 мм, a₁=95 мм, b=95 мм, с=20 мм, c₁=50 мм, h=140 мм, h₁=10 мм, S₁=5 мм, k=15 мм, k₁=25 мм, d=12 мм.

Рис. 12 Опора вертикального аппарата

3. Гидравлический расчет

Цель гидравлического расчета – определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды.

Теплоносители должны подаваться в теплообменный аппарат под некоторым избыточным давлением для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата и системы технологических трубопроводов за аппаратом, переместить теплоноситель из одной точки пространства в другую (например, поднять его) и иметь возможность сообщить ему дополнительную скорость. При этом теплоноситель должен обладать достаточной энергией в заданной точке технологической схемы.

Потери энергии жидкостью и газами при их движении, обусловленные внутренним трением, определяют величину гидравлического сопротиления [1, с. 79].

3.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них

Теплообменные аппараты включаются в трубопроводы, входящие в состав насосных установок, образующих технологические схемы различных пищевых или химических отраслей промышленности. Расчету принадлежит схема насосной установки, предлагаемая в задании на проектировании.

Различают два вида гидравлических сопротивлений (потерь напора): сопротивление трения и местные сопротивления: и . Для расчета потерь напора по длине пользуются формулой Дарси-Вейсбаха [2]:

,

где - гидравлический коэффициент трения;

- длина трубопровода, по которому протекает теплоноситель, м;

d – диаметр трубопровода, м;

- скоростной напор,м.

Для расчета потерь напора в местных сопротивлениях применяют формулу Вейсбаха:

,

где - коэффициент местных сопротивлений;

- скоростной напор за местным сопротивлением.

3.1.1 Разбивка трубопровода насосной установки на участки:

Гидравлическому расчету подлежит схема, представленная на рис. 12.

Рис. 12 – Схема насосной установки

1 –емкость; 2 – насос; 3 – теплообменник; 5 – стерилизуемый аппарат.

Трубопровод состоит из всасывающей и напорной линий. Всасывающая линия – трубопровод от нижней части емкости до насоса. Напорная линия – участок трубопровода от насоса до теплообменника, теплообменник 3, участок от теплообменника 3 до стерилизуемого аппарата 4.

3.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения в них теплоносителя

Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода (12), принимая по [1, табл. 1.4] скорость во всасывающем трубопроводе м/с, а в напорном – м/с.

м.

По ГОСТ 8732-78 [4, таб. 2.34] выбираем трубу для всасывающего трубопровода диаметром 70 мм.

Скорость движения воды на всасывающем участке трубопровода:

м/с,

а режим движения

– турбулентный, так как Re>10⁴ [6, с.43].

где м²/с – кинематический коэффициент вязкости при t=14⁰С.

м

По ГОСТ 8732-78 [4,таб. 2.34] выбираем трубу для напорного трубопровода диаметром 50 мм.

Скорость движения воды на напорном участке трубопровода

м/с.

Режим движения воды на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника

– турбулентный, так как Re>10⁴ [6, с. 43].

Режим движения воды на напорном замкнутом участке трубопровода, включающего теплообменник и стерилизуемый аппарат.

- турбулентный, так как Re>10⁴,

где м²/с - кинематическая вязкость воды при t = 92°С

3.1.3 Расчет сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них

Всасывающий участок трубопровода

При турбулентном режиме движения гидравлический коэффициент трения может зависеть и от числа Рейнольдса, и от величины шероховатости трубы.

Рассчитаем гидравлический коэффициент трения для гидравлически гладких труб по формуле Блазиуса:

. (14)

.

Проверим трубу на шероховатость, рассчитав толщину вязкого подслоя и сравнив ее с величиной абсолютной шероховатости стальной бесшовной новой трубы: ,

м,

, значит, труба гидравлически гладкая и . На всех остальных участках трубопровода будем считать трубы гидравлически гладкими.

По формуле Дарси-Вейсбаха

, (15)

м.

Согласно схеме насосной установки (рис. 12) на всасывающей линии имеются следующие местные сопротивления: два плавных поворота на 90 – ,[1, табл. 3.3]. Следовательно, , а по формуле Вейсбаха:

, (16)

где – коэффициент местных сопротивлений;

– скоростной напор за местным сопротивлением.

м.

Суммарные потери напора на всасывающем участке трубопровода:

м.

Участок напорного трубопровода от насоса до теплообменника

м.

Согласно расчетной схеме (рис. 12) на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника имеется два местных сопротивления: два плавных поворота – [1, табл. 3.3].

Поэтому

м.

Суммарные потери напора на участке напорного трубопровода от насоса до теплообменника:

м.

Теплообменник

м.

Определим напор, теряемый в местных сопротивлениях теплообменника (рис. 13).

Рис. 13 – Коэффициенты местных сопротивлений теплообменника

Предварительно вычислим площади потока в различных участках.

1. Площадь поперечного сечения штуцера:

м²;

2. Площадь поперечного сечения крышки (свободного сечения аппарата)

м²;

3. Площадь поперечного сечения 56 труб теплообменника:

м².

Скорости и скоростные напоры в соответствующих сечениях:

м/с;

м;

м/с;

м;

м/с;

м.

Коэффициенты местных сопротивлений:

а) при входе потока через штуцер в крышку (внезапное расширение):

;

б) при входе потока из крышки в трубы (внезапное сужение):

;

в) при выходе потока из труб в крышку (внезапное расширение):

;

г) при входе потока из крышки в штуцер (внезапное сужение):

.

Вычисляем потери напора в местных сопротивлениях:

а) при входе потока через штуцер:

м;

б) при входе потока из крышки в трубы первого хода аппарата:

м;

в) при выходе потока из труб в крышку:

м;

г) при выходе потока из крышки через штуцер:

м;

д) при повороте из одного хода в другой на 180° ( =2,5):

м.

Суммарные потери напора в местных сопротивлениях теплообменника:

Общие потери напора (по длине и в местных сопротивлениях теплообменника):

м.

Диаметр напорного трубопровода d_н = 0,05 м совпадает с диаметрами штуцеров d_ш = 0,05 м, следовательно при входе и выходе из теплообменника потерь напора не будет .

Участок напорного трубопровода от теплообменника до стерилизуемого аппарата

.

м.

Участок напорного трубопровода от теплообменника до стерилизуемого аппарата включает следующие местные сопротивления: 6 плавных поворот на 90⁰ . Тогда сумма коэффициентов местного сопротивления .

м.

м.

Суммарные потери напора в насосной установке (сети)

м

3.2 Определение требуемого напора насоса

Требуемый напор насоса определяем по формуле:

, (17)

где Н=8м– высота подъёма жидкости в насосной установке (от насоса), м,

h_вс – высота всасывания насоса, h_вс= 0,5 м;

Р_к – давление в стерилизуемом аппарате , Р_к = 0,55 МПа;

Р_ат – атмосферное давление, Р_ат = 9,8110⁴ Па;