Проектирование трубопровода

Трубопровод соединяет хранилище 1 с трубчатым паровым подогревателем 7. Так как насос установлен у хранилища, то трубопровод напорный. В трубопровод включено 5 участков общей длины 31 м, три запорных вентиля (2, 3, 4), центробежный насос 5, измерительная диафрагма 6. Трубопровод имеет три поворота на 90⁰. Высота подъёма смеси 14 м.

Определение характеристик смеси

Поскольку в условии задачи не оговаривается изменение температуры, принимаем поток изотермическим, т.е. с сохранением температуры 30°С на всем протяжении. Состав смеси бензола и толуола позволяет определить плотность и вязкость смеси.

Плотность при 30 ⁰С: бензола ρ_б = 868,5 кг/м³ и плотность толуола ρ_т = 856,5 кг/м³, тогда плотность смеси: ρ_см = 0,7* ρ_б + 0,3* ρ_т = 0,7*868,5 + 0,3*856,5 = 864,9 кг/м³ [2, с.5…].

Вязкость при 30 ⁰С: бензола μ_б = 5,6*10^-4 Па*с и вязкость толуола μ_т = 5,22*10^-4 Па*с, тогда вязкость смеси: lg μ_см = 0,7*lg μ_б + 0,3*lg μ_т = 0,7*lg (5,6*10^-4) + 0,3*lg (5,22*10^-4) = - 3,261, а μ_см = 5,48*10^-4 Па*с [2, с.5 ].

3.3. Перевод массового расхода жидкости к объёмному

В расчетах используется объемный расход жидкости V_c, м³/с.

Перевод осуществляется по формуле:

V_c = G/(3600* ρ_см) (19)

V_c = 5000/(3600*864,9) = 1,61*10^-3 м³/с.

Определение ориентировочного диаметра трубопровода

По таблице [2, с.17] выбираем скорость движения в напорном трубопроводе w = 2 м/с.

Средний диаметр трубопровода можно определить по формуле:

d_ср = (4* V_c/π*w)^0,5 (20)

d_ср = (4*1,61*10^-3/3,14*2)^0,5 = 0,032 м.

Выбор стандартного диаметра трубопровода

Промышленность выпускает гостированный сортамент труб, среди которых необходимо выбрать трубы с диаметром наиболее близким к расчетному (пункт 3.4.). Обозначаются трубы d_н х δ, где d_н – наружный диаметр трубы, мм; δ – толщина стенки трубы, мм. При этом внутренний диаметр трубы d_вн = d_н – 2* δ.

Гостированные размеры труб по ГОСТ 8732-78 составляют следующий ряд, мм: 14х2; 18х2; 25х2; 32х2,5; 38х2,5; 45х3; 57х3; 76х3,5; 89х4,5; 108х4,5; 133х4; 159х4,5; 219х6; 272х7; 325х8; 377х10; 426х11; 465х13.

Согласно пункта 3.4. внутренний размер трубы 32 мм, тогда наружный размер d_н = 32 + 2*2,5 = 37 мм. Наиболее близкая по размерам труба 38х2,5 мм. Гостированный внутренний диаметр 33 мм, поэтому эквивалентный диаметр примем d_э = 0,033 м.

Уточнение скорости движения жидкости

Выразим из уравнения (20) скорость движения жидкости:

w = 4* V_c/(π* d_э²) = 4*1,61*10^-3/(3,14*(0,033)²) = 1,883 м/с.

Определение режима движения жидкости

Режим движения жидкости определим по уравнению Рейнольдса (формула (3)):

Re = W* d_э * ρ_см /μ_см = 1,883*0,033*864,9/5,48*10^-4 = 98073.

Режим движения развитый турбулентный.

Определение коэффициента гидравлического сопротивления

Примем среднее значение шероховатости l = 0,2 мм, тогда относительная шероховатость составит ε = l/ d_э = 0,2/33 = 6,06*10^-3.

Проверим условие Re ≥ 220*ε ^-1,125.

220*(6,06*10^-3)^-1,125 = 68729, т.е. меньше Re = 98073. Область движения автомодельная и коэффициент гидравлического сопротивления находится по формуле (14):

1/ λ^0,5 = 2*lg(3,7/ε) = 2*lg(3,7/6,06*10^-3) = -6,429. Откуда λ = 0,0242.