где Q – расход воды, м3/с; w – скорость движения жидкости, м/с.

Для жидкости при движении самотёком значение скорости выбирается в интервале от 0,5 до 1 м/с, для того чтобы обеспечить близкий к оптимальному диаметр трубопровода. При перекачке жидкости насосами скорость во всасывающих трубопроводах: w = 0,8 – 2,0 м/с; в нагнетательных трубопроводах: w = 1,5 – 3,0 м/с. Для паров при давлении большем чем 0,1 МПа скорость равна: w = 15 – 25 м/с.

Рассчитываем диаметр трубопровода для подачи раствора из ёмкости в теплообменник-подогреватель:

м3/с

где ρн = 1071 кг/м3 – плотность раствора Na2SO4 при 20 °С.

м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 (С. 175 [10]) подбираем штуцер с условным проходом Dу = 50 мм, условным давлением Ру = 0.6 МПа, толщиной стенки Sт = и длиной штуцера Hт: 155; 215.

Рассчитываем диаметр трубопровода для подачи раствора из теплообменника-подогревателя в первый корпус выпарной установки:

м3/с

w = 0,5 м/с – при движении жидкости самотёком.

м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем штуцер с условным проходом Dу = 100 мм, условным давлением Ру = 0,6 МПа, толщиной стенки Sт = 5 и длиной штуцера Hт: 155; 215.

Рассчитываем диаметр трубопровода для подачи греющего пара в теплообменник-подогреватель. Расход греющего пара D = 0,83 кг/с.

м3/с

где ρп = 2,1 кг/м3 – плотность греющего пара при 143,5 °С.

м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем штуцер с условным проходом Dу = 200 мм, условным давлением Ру = 0,6 МПа, толщиной стенки Sт = 6 и длиной штуцера Hт: 160; 220.

Рассчитываем диаметр трубопровода для выхода конденсата из теплообменника-подогревателя:

м3/с

где ρв = 923 кг/м3 – плотность воды при 143,5 °С.

м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем штуцер с условным проходом Dу = 50 мм, условным давлением Ру = 0,6 МПа, толщиной стенки Sт = 3 и длиной штуцера Hт: 155; 215.

Рассчитываем диаметр трубопровода для выхода конденсата из третьего корпуса выпарной установки:

м3/с

где ρк = 1323 кг/м3 – плотность раствора Na2SO4 в третьем корпусе выпарной установки.

м

По ОСТ 26 – 1404 – 76 подбираем штуцер с условным проходом Dу = 40 мм, условным давлением Ру = 0,6 МПа, толщиной стенки Sт = 3 и длиной штуцера Hт: 155; 215 [10].

6. Расчёт насоса для подачи исходной смеси

В данной установке необходимо подобрать насос для подачи исходного раствора из ёмкости в теплообменник-подогреватель. Необходимо определить необходимый напор и мощность при заданном расходе жидкости. Далее по этим характеристикам выбираем насос конкретной марки.

а) Выбор трубопровода.

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2 м/с. Тогда диаметр будет определяться по формуле (24):

где Q – расход Na2SO4, равный Q = G/ρ = 3,333/1071 = 0,31 ∙ 10-2 м3/с.

м

Выбираем стальную трубу наружным диаметром 48 мм, толщиной стенки 3 мм. Внутренний диаметр трубы d = 42 мм. Фактическая скорость раствора в трубе:

Примем, что трубопровод стальной, коррозия незначительна.

б) Определение потерь на трение и местные сопротивления.

Находим критерий Рейнольдса:

где ρ = 1071 – плотность раствора Na2SO4 при 20 °С; μ = 0,89 ∙ 10-3 Па – вязкость раствора Na2SO4 при 20 °С.

То есть режим турбулентный. Абсолютную шероховатость трубопровода принимаем Δ = 2 ∙ 10-4 м. Тогда относительная шероховатость трубы определяется по формуле:

(29)

В турбулентном потоке различают 3 зоны, для которых коэффициент теплопроводности λ рассчитывают по разным формулам. Получим:

; ;

2100 < Re < 117600 (Re = 113147)

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчёт λ следует проводить по формуле:

(30)

Подставив, получим:

Вт/(м×К)

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений отдельно для всасывающей и нагнетательной линий.

Для всасывающей линии:

1) Вход в трубу (принимаем с острыми краями): ξ1 = 0,5.

2) Прямоточные вентили: для d = 0,03 м ξ = 0,85, для d = 0,05 м ξ = 0,79.

Экстраполяцией находим для d = 0,042 м ξ = 0,814. Так как Re < 3 ∙ 105, следовательно ξ умножаем на коэффициент k = 0,927, получаем ξ2 = 0,75.

3) Отводы: плавный отвод круглого сечения определяют по формуле: ξ = А ∙ В. Коэффициент А зависит от угла φ, на который изменяется направление потока в отводе: φ = 90 °С, следовательно А = 1. Коэффициент В зависит от отношения радиуса поворота трубы Rо к внутреннему диаметру d: Примем , так как радиус поворота равен шести диаметрам трубы, следовательно В = 0,09. ξ3 = 1 ∙ 0,09 = 0,09.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:

Потерянный напор во всасывающей линии находим по формуле:

(31)

где l и dэ - длина и эквивалентный диаметр трубопровода. Принимаем длину трубопровода на линии всасывания, равной 6 м.

м

Для нагнетательной линии:

1) Отводы под углом 120°: А = 1,17, В = 0,09, ξ1 = А ∙ В = 1,17 ∙ 0,09 = 0,105.

2) Отводы под углом 90°: ξ2 = 0,09 (см. выше).

3) Нормальные вентили: для d = 0,04 м ξ = 4,9, для d = 0,08 м ξ = 4,0. принимаем для d = 0,042 м ξ3 = 4,86.

4) Выход из трубы: ξ3 = 1.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии: