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

IJo уравнению (2.17) находим:

Я* = I — 0.05 ( 5,5" ^ ” — 1 ) = 0,854.

Примем коэффициент подачи:

Я = 0,85Я0 = 0,85.0,854 = 0,725.

Производительность компрессора:

<? = 0,725-0,182-3,14-0,2-240 = 0,0147 м’/с = 53 м3/ч.

4-60

Считая, что компрессор всасывает атмосферный воздух с тем­ пературой ~ 20 °С, имеющий плотность 1,2 кг/м8, получим массо­ вую производительность компрессора: 53-1,2 = 63,6 кг/ч.

Следовательно, компрессор не обеспечит заданной производи­ тельности (80 кг/ч). Однако требуемая массовая производитель­ ность при использовании данного компрессора все же может быть достигнута, если увеличить частоту вращения с 240 до (80/63,6) X X 240 = 302 об/мин или если дать компрессору, не меняя частоты вращения, наддув установленной перед ним воздуходувкой, кото­ рая будет сжимать воздух от атмосферного давления до дав­

Пример 2.16. В одноступенчатом поршневом компрессоре, предназначаемом для сжатия метана, вредное пространство со­ ставляет 8,5% от объема, описываемого поршнем. Считая процесс расширения сжатого газа из вредного пространства адиабатиче­ ским, определить, при каком предельном давлении нагнетания производительность компрессора станет равной нулю. Давление всасывания атмосферное.

Р е ш е н и е . Производительность компрессора станет равной нулю, когда равным нулю сделается его объемный к. п. д., т. е.

Согласно условию, расширение газа из вредного пространства* считаем адиабатическим, т. е. вместо показателя политропы т берем показатель адиабаты /г, равный для метана 1,31 (табл. V). Вредное пространство г0 = 0,085. Давление всасывания pL = = 1 кгс/см2. Тогда

Следовательно, производительность компрессора будет равна нулю при давлении нагнетания р&§с = 28 кгс/см^.

Пример 2.17. Сравнить температуру в конце сжатия, теорети­ ческую затрату работы и величину объемного к. п. д. при сжатии воздуха от давления (абсолютного) 1 до 9 кгс/см2: а) в односту­ пенчатом поршневом компрессоре, б) в двухступенчатом компрес­ соре с промежуточным охлаждением между ступенями. Начальная

Теоретическую затрату работы вычисляем по формуле (2.12). Для воздуха по табл. V находим:

R = 8310/29 = 287 Дж/(кг- К).

Следовательно,

L&n = - 287-293 (1,88 — 1) = 260 000 Дж/кг.

Объемный к. п. д. компрессора находим по уравнению (2.17), принимая, что расширение воздуха из вредного пространства происходит по адиабате:

Х0 = 1 — 0,08 ( 9 ~ — l ) = 0,7 .

б) Двухступенчатое сжатие.

Степень сжатия в каждой ступени находим по уравнению (2.21)з х2 = 9, откуда х = 3.

Температура в конце сжатия в каждой ступени!

0.4

Т2 = 293 3 1,4 = 293.1,37 = 402 К = 129° С.

Суммарную теоретическую затрату работы в обеих ступенях вычисляем по формуле (2.18)i

Laj «= 2-287-293-g ~ - (l.88i r — l ) = 218000 Дж/кг, k—\

где 1,88= (pK0H//?i) k

Объемный к. п. д.!

X0 = l — 0,08 ( 3“ — l ) = 0,905.

Сопоставим полученные результаты для одноступенчатого и двухступенчатого сжатия:

Приведенное сопоставление ясно показывает преимущества двухступенчатого сжатия. Чем больше отношение pK0Jpu тем сильнее проявляются преимущества многоступенчатого сжатия.

Пример 2.18. Компрессор должен подавать 210 м3/ч метана (считая при 0 °С и 760 мм рт. ст.), сжатого до давления /?абс = = 55 кгс/см2. Начальное давление атмосферное, начальная тем­ пература 18 °С. Определить: а) число ступеней сжатия и распре­ деление давлений по ступеням; б) расходуемую мощность, при­ нимая к. п. д. компрессора 0,7; в) расход воды в холодильниках компрессора при нагревании ее на 10 °С.

Р е ш е н и е , а) При допускаемой степени сжатия в одной ступени ~ 4 требуемое число ступеней, согласно уравнению (2.21), будет равно:

/г = lg 55/lg 4 = 2,9 ^ 3.

Пренебрегая потерей давления между ступенями, уточним

Рис, 2,14 (к примеру 2.18),

б) Теоретический расход рабо­ ты определяем по формуле (2.18). Для метана по табл. V находим:

k = 1,31; R — 8310/16 = 519 Дж/(кг-К);

р0 = 0,72 кг/м3 (при 0°С и

760 мм рт. ст.).

Принимая, что в промежуточных холодильниках метан охла ждается до 30 °С, получаем:

Расходуемую мощность вычисляем по формуле (2.15)i

Принимая приближенно удельную теплоемкость метана при абсолютных давлениях 3,8; 14,45 и 55 кгс/см2 одинаковой и рав­ ной 2,22 кДж/(кг-К), находим, что в трех холодильниках ком­ прессора (после I, II и III ступеней) охлаждающая вода всего должна отнимать теплоты:

Q = 3-210-0,72-2,22-103 (143 — 30J/3600 == 31 700 Вт.

Это же количество теплоты может быть подсчитано другим путем, как теплота, эквивалентная работе сжатия:

Q = ^ад^оРо = 746 000-210-0,72/3600 = 31 300 Вт.

При нагревании воды на 10 °С расход ее составит!

Здесь с = 4,19-103 Дж/(кг К) — удельная теплоемкость воды.

2.11. При испытании центробежного насоса получены следу­ ющие данные:

Сколько жидкости будет подавать этот насос по трубопроводу диаметром 76 х 4 мм, длиной 355 м (собственная длина плюс эквивалентная длина местных сопротивлений) при геометрической высоте подачи 4,8 м? Коэффициент трения Я = 0,03; Дрдоп = 0. (Построить характеристики насоса и трубопровода и найти рабо­ чую точку.)

Как изменится производительность насоса, если геометриче­ ская высота подачи будет 19 м?

2.12. Определить производительность шестеренчатого на­ соса (см. рис. 2.9) по следующим данным: частота вращения 650 об/мин, число зубьев на шестерне 12, ширина зуба 30 мм, площадь сечения зуба, ограниченная внешней окружностью сосед­ ней шестерни, 7,85 см2, коэффициент подачи 0,7.

2.13. Требуется выкачивать 215 дм'7мин раствора относительной

2.14.Какой мощности электродвигатель необходимо устано­ вить к вентилятору производительностью ПО м3/мин при полном напоре 834 Па (85 мм вод. ст.)? К- п. д. вентилятора 0,47.

2.15.Центробежный вентилятор, делающий 960 об/мин, подает 3200 мэ/ч воздуха, потребляя при этом 0,8 кВт: Давление (избы­ точное), создаваемое вентилятором, 44 мм вод. ст. Каковы будут

уэтого вентилятора подача, давление и затрачиваемая мощность при п = 1250 об/мин? Определить также к. п. д. вентилятора.

2.16.Какое количество воздуха будет подавать вентилятор примера 2.12 при работе на сеть, у которой при расходе 1000 м*/ч

сумма (Дрск + Лртр + Арм. с) составляет 265 Па, а разность давлений в пространстве нагнетания и в пространстве всасывания равняется 20 мм вод. ст.?

+Арм. с) составляет 167 Па, а Ардоп равно 128 Па?

2.18.Какую частоту вращения надо дать вентилятору при­ мера 2.12, если он должен подавать 1500 м3/ч воздуха в сеть, полное сопротивление которой при этом расходе 422 Па?

2.19.Определить аналитическим путем и по диаграмме Т — S температуру воздуха после адиабатического сжатия его от началь­

2.20. Определить мощность, потребляемую углекислотным поршневым компрессором производительностью 5,6 м8/ч (при условиях всасывания). Компрессор сжимает диоксид углерода от 20 до 70 кгс/см2 (давление абсолютное). Начальная температура

—15 °С. К. п. д. компрессора принять равным 0,65. Задачу решить*

m — 1,2.

2.22. Определить производительность и расходуемую мощ­ ность для одноступенчатого поршневого компрессора по следу­ ющим данным: диаметр поршня 250 мм, ход поршня 275 мм, объем вредного пространства 5,4% от объема, описываемого поршнем, частота вращения 300 об/мин. Компрессор сжимает атмосферный воздух до ра(5с = 4 кгс/см2. Показатель политропы расширения на 10% меньше показателя адиабаты. Начальная температура воздуха 25 °С. Общий к. п. д. компрессора 0,72.

2.23.Как изменяется производительность и потребляемая мощность компрессора предыдущей задачи, если дать ему воздухо­ дувкой наддув до риаб = 0,4 кгс/см2 (см. рис. 2.13). Конечное давление (абсолютное) 4 кгс/см2.

2.24.При каком давлении нагнетания объемный к. п. д, одноступенчатого поршневого компрессора, сжимающего этилен, упадет до 0,2? Давление всасывания 1 кгс/см2. Расширение газа из вредного пространства считать адиабатическим. Объем вредного пространства составляет 7% от объема, описываемого поршнем.

2.25.Исходя из условия, что компрессорное смазочное масло допускает без заметного ухудшения смазки температуру в ци­ линдре не выше 160 °С, определить предельное значение давления

нагнетания в одноступенчатом поршневом компрессоре: а) для воздуха, б) для этана. Давление всасывания 1 кгс/см2. Начальная температура 25 °С. Процесс сжатия считать адиабатическим.

2.26.По данным примера 2.17 определить для одноступенча­ того и двухступенчатого компрессоров теоретическую затрату работы по формулам (2.13) и (2.19).

2.27.Определить требуемое число ступеней поршневого ком­ прессора, который должен сжимать азот от 1 до 100 кгс/см2 (давле­ ние абсолютное), если допускаемая температура в конце сжатия не должна превышать 140 °С. Процесс сжатия считать адиабати­ ческим. Начальная температура азота 20 °С.

2.28.Определить теоретическую затрату работы на сжатие водорода от 1,5 до 17 кгс/см2 (давление абсолютное) при односту­ пенчатом и двухступенчатом сжатии. Начальная температура водорода 20 °С.

2.29.Компрессор при испытании нагнетал атмосферный воз­ дух в баллон объемом 42,4 дм8. За 10,5 мин давление в баллоне

æ

повысилось от 0 до 52 кгс/см2 (давление избыточное), а темпера­ тура воздуха в баллоне поднялась от 17 до 37 °С. Определить производительность компрессора в м3/ч (при нормальных усло­ виях).

2.30. Определить потребляемую мощность j* расход воды на холодильники поршневого компрессора, который сжимает 625 м3/ч (при нормальных условиях) этилена от давления (абсолютного) 9,8Ь 104 до 176,6-104 Па. К. п. д. компрессора 0,75. Охлаждающая вода нагревается в холодильниках на 13 °С Начальная темпера­ тура газа 20 °С.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Центробежный насос необходимо установить на высоте 5 м над уровнем открытого водоема для перекачки 45 м8/ч воды в реактор, работающий под избыточным давлением 0,1 МПа. Геометрическая высота подъема воды 20 м.

и 1 прямоточный. На линии всасывания (LBC = 15 м) установлено 2 прямоточ­ ных вентиля и 3 отвода под углом 90° (в обоих случаях отношение радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода равно 4). Следует выбрать насос

Выбираем стальной трубопровод с незначительной коррозией. 2. Расчет потерь на трение и местные сопротивления. Определим режим течения воды:

Re = wdp/tа= 1,5.0,103-998/(1,005. ИГ3) = 153 420.

= (о.0235 0 гс3- 1,8з) 998.1,52/2 = 5894 Па.

Потери напора на всасывающей линии:

Яп. вс = Дрвс/(Р£) — 5894/(998-9,81) = 0,60 м.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений для нагнетательной линии:

EÇH = Çi + 2Ça + 5C, + 2k + k = l + 2-0.11 -(- 5-0,12 + 2.4,1 + 0,5 - 10,52,