Потерянный напор в нагнетательной линии:

м

Общие потери напора:

м

в) Выбор насоса.

Находим напор насоса по формуле:

(32)

где Р1 – давление в аппарате, из которого перекачивается жидкость; Р2 – давление в аппарате, в который подаётся жидкость; Нг – геометрическая высота подъёма жидкости; hп – суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линии. Примем Нг = 10 м.

м вод. столба

Подобный напор при заданной производительности обеспечивается центробежными насосами. Учитывая, что центробежные насосы широко распространены в промышленности ввиду достаточно высокого к. п. д., компактности и удобства комбинирования с электродвигателями, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезная мощность насоса определяется по формуле:

(33)

где Q – расход; Н – напор насоса (в метрах столба перекачиваемой жидкости).

кВт

Мощность, которую должен развивать электродвигатель насоса на выходном валу при установившемся режиме работы, находится по формуле:

(34)

где ηн и ηпер – коэффициенты полезного действия соответственно насоса и передачи от электродвигателя к насосу.

К. п. д. передачи зависит от способа передачи усилия. В центробежных насосах обычно вал электродвигателя непосредственно соединяется с валом насоса; в этих случаях ηпер ≈ 1. Если к. п. д. насоса неизвестен можно руководствоваться следующими примерными значениями: при малой и средней подаче ηн = 0,4 – 0,7; при большой подаче ηн = 0,7 – 0,9.

Принимая ηпер = 1 и ηн = 0,6 (для центробежного насоса средней производительности), найдем мощность на валу двигателя по формуле:

кВт

По Приложению 1 устанавливаем, что заданным подаче и напору больше всего соответствует центробежный насос марки Х 45/54, для которого в оптимальных условиях работы Q = 1,25 ∙ 10-2 м3/с; Н = 42 м; ηн = 0,6. Насос обеспечен электродвигателем АО2 – 62 – 2 номинальной мощностью Nн = 13 кВт, ηдв = 0,88. Частота вращения вала n = 48,3 с-1.

г) Определение предельной высоты всасывания.

Рассчитаем запас напора на кавитацию по формуле:

(35)

где n – частота вращения вала.

м

Устанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота всасывания Нвс не может быть больше следующей величины:

(36)

где Рt – давление насыщенного пара перекачиваемой жидкости при температуре 20 °С Рt = 0,0238 ∙ 9,81 ∙ 104 = 2,35 ∙ 103 Па. Примем, что атмосферное давление равно Р1 = 105 Па, а диаметр всасывающего патрубка равен диаметру трубопровода.

м

Таким образом, насос может быть установлен на высоте 4,5 м над уровнем жидкости в ёмкости. [1]

7. Расчёт теплообменника-подогревателя

Необходимо рассчитать и подобрать нормализованный вариант конструкции кожухотрубчатого испарителя с получением G2 = 0,83 кг/с паров водного раствора Na2SO4w, кипящего при небольшом избыточном давлении и температуре t2 = 125,26 °С. Na2SO4 имеет следующие физико-химические характеристики:

ρ2 = 1071 кг/м3;

ρп = 1,243 кг/м3;

μ2 = 0,26 ∙ 10-3 Па ∙ с;

λ2 = 0,342 Вт/(м ∙ К);

σ2 = 0,0766 Н/м;

с2 = 3855 Дж/(кг ∙ К);

r2 = 2198 ∙ 103 Дж/кг

В качестве теплоносителя будет использован насыщенный водяной пар давлением 0,4 МПа. Удельная теплота конденсации r1 = 2135 ∙ 103 Дж/кг, t1 = 143,5 °С. Физико-химические характеристики конденсата при температуре конденсации: ρ1 = 923 кг/м3; μ1 = 0,192 ∙ 10-3 Па ∙ с; λ1 = 0,685 Вт/(м ∙ К).

Для определения коэффициента теплоотдачи от пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб высотой Н, используем формулу:

(37)

где для вертикальных поверхностей а = 1,21 м, l = Н м.

Коэффициент теплоотдачи к кипящей в трубах жидкости определим по формуле:

Для определения поверхности теплопередачи и выбора конкретного варианта конструкции теплообменного аппарата необходимо определить коэффициент теплопередачи. Его можно рассчитать с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений на пути теплового потока:

Подставляя сюда выражения для α1 и α2 можно получить одно уравнение относительно неизвестного удельного теплового потока:

(38)

Решив это уравнение относительно q каким-либо численным или графическим методом, можно определить требуемую поверхность .

1) Определение тепловой нагрузки аппарата:

Q = G ∙ r (39)

Уравнение справедливо при конденсации насыщенных паров без охлаждения конденсата и при кипении.

Q = 0,83 2198 103 = 1824340 Вт

2) Определение расхода греющего пара из уравнения теплового баланса:

кг/с

3) Средняя разность температур:

Δtср = 143,5 – 125,26 = 18,24 °С

4) В соответствии с Приложением 2 примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи Кор = 800 Вт/(м2 ∙ К). Тогда ориентировочное значение требуемой поверхности составит:

м2

В соответствии с Приложением 3, поверхность, близкую к ориентировочной могут иметь теплообменники с высотой труб Н = 4,0 м и диаметром кожуха D = 800 мм (F = 127 м2) или с высотой труб Н = 6,0 м и диаметром кожуха D = 600 мм (F = 126 м2).

5) Уточнённый расчёт поверхности теплопередачи.

Примем в качестве первого варианта теплообменник с высотой труб Н = 4,0 м, диаметром кожуха D = 1000 мм и поверхностью теплопередачи F = 127 м2. Выполним его уточнённый расчёт, решив уравнение (34).

В качестве первого приближения примем ориентировочное значение удельной тепловой нагрузки:

Вт/м2

Для определения f(q1) необходимо рассчитать коэффициенты А и В: