книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1

Р е ш е н и е . В длинных магистральных газопроводах давле­ ние расходуется главным образом на преодоление трения, поэтому приравниваем заданную потерю давления Ар = Артр.

Так как скорость потока — величина неизвестная, то выразим ее через объемный расход V и искомый диаметр трубопровода, а затем подставим в уравнение (1.36):

w ~ 0,7854= '

Тогда

Ар — KL Угр

Решая это уравнение относительно диаметра, получаем!

Секундный объемный расход водорода:

Пример 1.33. Определить начальное давление газа, достаточ­ ное для передачи его по трубопроводу на расстояние 100 км, при следующих условиях: расход газа 5000 кг/ч, плотность газа 0,65 кг/м8 (при нормальных условиях), средняя температура газа 18 °С. Диаметр трубопровода 0,3 м, коэффициент трения К = = 0,0253. Давление газа при выходе из трубопровода должно быть Рабе = 1,5 кгс/см2 (~0,15 МПа).

Р е ш е н и е . Как и в предыдущем примере, считаем, что давление в трубопроводе расходуется лишь на преодоление трения. В случае дальних газопроводов формулу (1.36) для опре­ деления потери давления на трение следует применять, исходя из дифференциального выражения, так как плотность и скорость газа по длине трубопровода меняются *:

* Знак минус поставлен потому, что с возрастанием длины трубопровода давление в нем падает.

Суммарная годовая стоимость как функция диаметра выра­ зится уравнением:

Э + А + P = (275/d6) + 16 800d руб./год.

Для отыскания минимума берем производную и приравниваем ее нулю:

- ^ - ( Э + А + Р ) = —5 275<Г« + 16800 = 0.

Вторая производная положительна.

Из последнего уравнения находим! d = 0,66 м. Это и будет

т. е. меньше 0,1 кгс/см2, как и было принято выше.

Пример 1.35. При тепловом расчете теплообменника для на­ грева некоторого раствора был выбран по каталогу четыреххо­ довой кожухотрубчатый теплообменник (рис. 1.20), в когором раствор проходит по трубному пространству со скоростью 0,3 м/с. Определить гидравлическое сопротивление трубного пространства.

Характеристика теплообменника! общее число труб 90, трубы стальные диаметром 38x2 мм с незначительной коррозией, вы­ сота трубного пространства 2 м, штуцеры для раствора имеют

В этом примере требуется определить потерю давления для неизотермического турбулентного потока. Но поскольку здесь мы имеем нагревающийся поток капельной жидкости, то прибли­ женно рассчитываем гидравлическое сопротивление как для потока изотермического, делая при этом ошибку в сторону преувеличения потери давления, т. е. в сторону запаса. Для расчета

Скоростное давление в трубах»

АРек = Pt^/2 = J100-0,3*/2 = 49,5 Па.

Потеря давления на преодоление трения в грубах»

Дртр = К (nLjd) Дрвн = 0,035 (4-2/0,034) 49,5 = 407 Па,

гае п = 4 — число ходов по трубному пространству.

Определяем потери давления на преодоление местных сопро­ тивлений теплообменника (рис. 1.20) по следующей табличке»

Скорость раствора в штуцерах:

win = w (ncÇp/dJj) = 0,3 (90 : 4.0,034*/0,152) = 0,346 м/с.

Скоростное давление в штуцерах:

Др'к = pw U ‘2 = 1100-0,34672 = 66 Па.

Скорость в штуцере больше скорости в трубах, поэтому потери давления для входной и выходной камер находим по скорости в штуцерах, а потери при входе и выходе из труб и при поворотах из одной секции в другую — по скорости в трубах:

Дрм. с = 3-66 + (8 + 7,5) 49,5 = 966 Па.

Общее гидравлическое сопротивление трубного пространства теплообменника:

Др = 407 + 966 = 1373 Па = 140 мм вод. ст.

Пример 1.36. По межтрубному пространству кожухотрубчатого теплообменника (рис. 1.21) параллельно осям труб проходит анилин со скоростью 0,5 м/с. Теплообменник состоит из 19 сталь­ ных труб диаметром 26x2,5 мм, длиной 2,7 м. Внутренний диаметр кожуха 200 мм. Средняя шероховатость труб е — 0,2 мм. Анилин

втеплообменнике охлаждается водой от 100 до 40 °С. Определить потерю давления на трение для анилина: а) считая

поток изотермическим; б) для неизотермического потока при

ния на трение рассчитываем по формуле (1.36) при средней тем­ пературе анилина, равной (100 + 40)/2 = 70 РС.

Рис, I .21 (■ примеру 1.36),

X= (РГст/РГж)*^>

где Ргст — критерий Прандтля для протекающей жидкости при температуре стенки трубы; Ргж — критерий Прандтля для протекающей жидкости при ее средней температуре.

Значения критерия Прандтля для анилина находим по номо­ грамме (рис. XIII): для /ст = 25 °С Рг = 47, для /ж = 70 °С Рг = 16,5.

Потеря давления на трение для неизотермического (охлажда­ ющегося) турбулентного потока анилина:

Ар, р = 304 (47/16,5)1/3 = 430 Па,

что значительно выше, чем для потока изотермического. Пример 1.37. Для определения коэффициента продольного пе­

ремешивания Ет в насадочной колонне для газовой фазы были проведены опыты по получению выходной кривой отклика на импульсный (мгновенный) ввод индикатора в газовой поток на входе в колонну. Высота слоя насадки 6 м. Скорость газа в ко­

Рис, 1.23 (к контрольной задаче 1.S). Рис. 1*24 (к контрольной задаче Кб).

1.8. Динамический коэффициент вязкости жидкости при 50 °С равняется 30 мПа-с, Относительная -плотность жидкости 0,9. Определить кинематический коэффициент вязкости.

1.9. Найти динамический коэффициент вязкости при 20 °С и атмосферном давлении азотоводородной смеси, содержащей 75% водорода и 25% азота (по объему).

1.10. Известно, что динамический коэффициент вязкости льня­ ного масла при 30 °С равняется 0,331 П, а при 50 °С 0,176 П. Чему будет равен динамический коэффициент вязкости этого

1.11.Холодильник состоит из 19 труб диаметром 20x2 мм (рис. 1.21). В трубное пространство холодильника поступает вода по трубопроводу диаметром 57X3,5 мм. Скорость воды в трубо­ проводе 1,4 м/с. Вода идет снизу вверх. Определить скорость воды в трубах холодильника.

1.12.По трубам теплообменника, состоящего из 379 труб

диаметром 16x1,5 мм, проходит азот в количестве 6400 м8/ч (считая при 0 °С и 760 мм рт. ст.) под давлением ркгб — 3 кгс/см2

0°С. Плотность газа при 0°С и 760 мм рт. ст. равна 1,2 кг/м®. Найти скорости газа и жидкости в холодильнике.

1.14.Определить необходимый диаметр наружной трубы в ус­ ловиях предыдущей задачи, если газ пойдет под атмосферным, давлением, но при той же скорости и при том же массовом рас­ ходе.

1.15.Вычислить в общей форме гидравлический радиус при заполненном сечении для кольцевого сечения, квадрата, прямо­ угольника и равностороннего треугольника.

1.16.Определить эквивалентный диаметр межтрубного про­ странства кожухотрубчатого теплообменника (рис. 1.21), состоя­ щего из 61 трубы диаметром 38X2,5 мм. Внутренний диаметр кожуха 625 мм.

1.17.Определить режим течения воды в кольцевом простран­

стве теплообменника типа «труба в трубе» (рис. 1.12). Наружная труба — 96x3,5 мм, внутренняя — 57x3 мм, расход воды 3,6 м3/ч, средняя температура воды 20 °С.

1.18. Определить режим течения этилового спирта: а) в пря­ мой трубе диаметром 40x2,6 мм; б) в змеевике, свитом из той же трубы. Диаметр витка змеевика 570 мм. Скорость спирта 0,13 м/с, средняя температура 52 °С.

1.19.Определить местную скорость по оси трубопровода диаметром 57x3,5 мм при протекании по нему уксусной кислоты

вколичестве 200 дм*/ч при 38 9С.

1.20.В середине трубопровода с внутренним диаметром 320 мм установлена трубка Пито—Прандтля (рис. 1.4), дифференциаль­ ный манометр которой, заполненный водой, показывает разность уровней Н = 5,8 мм. По трубопроводу проходит под атмосфер­ ным давлением сухой воздух при 21 °С. Определить массовый

расход воздуха.

1.21. Из отверстия диаметром 10 мм в дне открытого бака, в котором поддерживается постоянный уровень жидкости высо­ той 900 мм, вытекает 750 дм3 жидкости в 1 ч. Определить коэф­ фициент расхода. Через сколько времени опорожнится бак, если прекратить подачу в него жидкости? Диаметр бака 800 мм.

1.22. В напорный бак с площадью поперечного сечения 3 м*

к диафрагме, показывает разность уровней 102 мм. Определить скорость масла в трубопроводе и его расход.