Химия. Примеры решения задач контрольной работы

Расчет шпоночных соединений http://alkor-audit.ru

Начертательная геометрия
Инженерная графика
Машиностроительное черчение
Химия
Современная теория строения атомов и молекул
Закон эквивалентов
Рассчитайте мольную массу
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ
Окислительно-восстановительные реакции
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРОЛИЗ
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Полимеры
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
Пример решения задачи № 2
Гидромеханические методы
Теплопередача
Расчет коэффициента теплопередачи
Классы неорганических соединений
Элементы химической термодинамики
Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация
Дисперсные системы
Растворы неэлектролитов
Степень окисления
Электрохимические процессы

Пример решения задачи № 2

Методические указания

Задача 2 посвящена теме «Перемещение жидкостей» с помощью центробежного насоса.

Перед решением этой задачи необходимо дать краткую характеристику насосов и их классификацию. Обратить особое внимание на работу центробежных насосов (ЦН). Дать схему центробежного насоса
и описать принцип его действия. Охарактеризовать основные параметры работы насоса.

Для подбора насоса необходимо:

Рассчитать напор, который должен обеспечивать насос, работающий на данную сеть (Н) и мощность двигателя насоса Nдв.

По каталогу (см. приложение) подобрать насос, обеспечивающий рассчитанный напор и снабженный соответствующим двигателем (найти марку насоса и его характеристику).

Расчетным путем найти характеристику сети (Н = f(V)).

Совместить на одном графике характеристики насоса и сети и найти рабочую точку насоса. Оценить правильность выбора насоса.

Условие задачи

Требуется рассчитать и подобрать центробежный насос для перекачивания жидкости при температуре 20 оС в технологической схеме, представленной на рис. 2.1 согласно данным табл. 2.1.

Рис. 2.1. Технологическая схема для перекачивания жидкости:

1 – исходная емкость (резервуар, сборник, технологический аппарат); 2 – приемная емкость; 3 – вентиль нормальный; 4 – отвод радиусом Ro и углом ; 5 – диафрагма с отверстием диаметром do; 6 – центробежный насос

Таблица 2.1

Исходные данные

№ вар.

Перекачиваемая
жидкость

G·10–3,

кг/ч

dУ,

мм

НГ,

м

Местные сопротивления

Давление

Отводы

диафрагма dо, мм

Р1,

ата

Р2,

ати

j, о

Rо, м

n

1

Н2О

12

50

20

90

1,0

2

35

1

1,2

Условные обозначения:

G – расход жидкости ( здесь G = 12000 кг/ч);

НГ – геометрическая высота подъема;

j – угол отвода;

Rо – радиус отвода;

n – число отводов;

do – диаметр отверстия диафрагмы;

dу – условный диаметр трубопровода;

Р1 и Р2 – давление в расходной и приемной емкостях соответственно.

Подбор насоса выполняется на основе объемного расхода жидкости V и требуемой мощности двигателя  и напора Н, который он обеспечивает.

Расчет напора Н

Напор Н, создаваемый насосом, при работе на данную сеть рассчитывают по формуле

, (2.1а)

где НГ – геометрическая высота подачи (подъема жидкости), м;

Р1 – давление в расходной емкости, Па;

Р2 – давление в приемной емкости, Па;

  – плотность жидкости при соответствующей температуре (справочная величина), кг/м3;

= ускорение свободного падения, м/с2;

  – суммарная потеря напора во всасывающем  и нагнетательном  трубопроводах, м:

.  (2.2)

Так как насос находится ниже уровня жидкости в расходном резервуаре (т. е. под заливом) и никаких отдельных параметров для всасывающего трубопровода не задано, то потери напора в нем не учитываются, т. е.

.  (2.3)

Как для всасывающего , так и для нагнетательного  трубопровода потеря напора равна

.  (2.4)

Здесь потеря напора  на преодоление сил трения рассчитывается по формуле

, (2.5)

где  – коэффициент трения;

 – длина трубопровода, м. Поскольку в задании ее численное значение не оговаривается, можно условно принять ее равной геометрической высоте подъема жидкости, т. е.   или взять произвольную величину в пределах 40–60 м.

  – средняя скорость движения жидкости по трубопроводу, м/с.

Потеря напора  на преодоление местных сопротивлений равна

,  (2.6)

где  – коэффициент местного сопротивления -го участка.

С учетом (2.5) и (2.6) справедливо преобразование выражения (2.1а) к виду

. (2.1б)

Среднюю скорость движения жидкости по трубопроводу, рассчитывают, используя уравнение расхода жидкости:

.  (2.7)

Здесь S – площадь поперечного, «живого», сечения трубопровода, м2:

, (2.8)

где – объемный расход жидкости, м3/с:

.  (2.9)

Коэффициент трения  находят с помощью эмпирических уравнений и номограмм, поскольку ,здесь   – относительная шероховатость трубопровода: , где е – абсолютная шероховатость стенки трубы, справочная величина [4].

Рассчитаем критерий Рейнольдса

,

принимая, что dЭ = dу.

Плотность и динамический коэффициент вязкости воды при 20 оС находим по справочнику [4] или табл. 8 приложения: = 998 кг/м3, =10–3 Па·с.

Рассчитаем среднюю скорость, учитывая массовый расход воды по формуле (1.8а):

=1,7102 м/с 1,71 м/с;

= 84830.

Поскольку >10000, режим течения воды в трубопроводе турбулентный.

При турбулентном течении жидкости относительную шероховатость можно не учитывать, а коэффициент трения  рассчитывают по формуле Блазиуса [4]:

;  (2.10)

 = 0,0185 = 1,85 ·10–2.

Рассчитаем сумму коэффициентов местных сопротивлений (используем табл. 2 приложения):

а) коэффициент сопротивления отвода : для отвода при RO = 1 м и  = 90о = А · В = 1· 0,055 = 0,055;

б) коэффициент сопротивления вентиля : для вентиля нормального при dу > 40 мм при полном открытии = 4,5;

в) коэффициент сопротивления на выходе из нагнетательного трубопровода в приемную емкость 2 : выход из трубы большого объема =1;

г) коэффициент сопротивления диафрагмы равен

,

где So – площадь «живого» сечения диафрагмы;

S – площадь «живого» сечения трубы.

Для обоих сечений справедливо (2.8), поэтому = 0,49, следовательно, 4,0.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

=+++2·0,055 + 4,5 + 1 + 4 = 9,61.

Напор Н, который должен создавать насос, рассчитаем по формуле (2.1б). Поскольку в (2.1б) Р1 и Р2 должны быть согласно СИ в [Па], расчет проводится по следующим значениям:

=

= 32 + 2,51 = 34,51 м.

Расчет мощности двигателя

Мощность  двигателя равна

,  (2.11)

где – коэффициент полезного действия насосной установки. В соответствии с условиями работы центробежного насоса примем в среднем = 0,55.

Следовательно,

=2,047(кВт) 2,05 кВт.

Таким образом, для перекачивания жидкости нужен насос, который снабжен электродвигателем мощностью не менее 2,1 кВт, обеспечивающий расход 3,33 кг/с и создающий напор не менее 34,5 м. Ориентируясь на перечисленные характеристики, подбираем по справочнику (каталогу) [6] (или по Приложению) подходящий насос. Обеспечить подъем 12,03 м3/ч жидкости на высоту 34,5 м может как насос 2ХО-6 с диаметром рабочего колеса D2 = 165 мм, так и насос 2ХО-4 с диаметром рабочего колеса D2 = 170 мм. Примем насос марки 2ХО-4 и для дальнейшей работы воспользуемся его характеристикой (см. рис. 2.2).

Построение характеристики сети НС = f(V)

Для построения характеристики сети принимаем произвольно несколько (не менее пяти) расходов жидкости и рассчитаем необходимый напор по формуле (2.1б).

Таблица 2.2

Численные значения параметров для формулы (2.1б)
при различных значениях массового расхода G, т/ч

G, т/ч

30

20

15

12

10

9

5

V, м3/ч

30,06

20,04

15,03

12,03

10,02

9,02

5,01

V, м3/с

0,00835

0,0056

0,0042

0,0033

0,0028

0,0025

0,0014

w, м/с

4,255

2,854

2,140

1,701

1,416

1,274

0,714

Re

212325

142415

106786

84830

70683

63573

35579

0,0147

0,0163

0,0175

0,0185

0,0194

0,0199

0,023

НС, м

46,31

38,70

35,88

34,51

33,78

33,45

32,48

Поиск рабочей точки насоса

На стандартный график «Характеристика насоса» (см. рис. 2.2) наносим характеристику сети, пользуясь данными табл. 2.2 и рис. 7 приложения, и определяем рабочую точку А. Отметим, что для обозначения производительности насоса наряду с символом V используется Q. В данном случае с помощью Q обозначают производительность, которая выражена в л/ч или м3/ч, или м3/с.

Рис. 2.2. Характеристика насоса марки 2ХО-4

В результате совмещения кривых НС=f(V) и НН=f(V) установлено, что точка пересечения соответствует большей производительности (ориентировочно 17,5 м3/ч). Следовательно, насос 2ХО-4 с диаметром рабочего колеса D2 = 170 мм может использоваться, а определенная заданием производительность может быть установлена с помощью задвижки (прикрывая задвижку, снизим расход до нужного значения).

Таким образом, для перекачивания 12 т/ч воды на высоту 20 м насос должен создавать напор не менее 34,51 м. Мощность его двигателя составит не менее 2 кВт. Этим требованиям удовлетворяет насос марки 2ХО-4 с диаметром рабочего колеса D2 = 170 мм.

Химия. Примеры решения задач контрольной работы