Технологический расчет центробежного насоса

АИНГ. Специальность 050721-«Химическая технология органических вещест». Группа ХТНГ-10к/о   

Ф.И.О. студента  Рустемова Молдир Жанарбековна

Введение

 

В химической технологии рассматриваются процессы, в которых  исходные материалы претерпевают превращения, вызывающие изменения не только физических свойств вещества, но и приводящие к образованию веществ другого состава, с новыми химическими свойствами, что может сопровождаться изменением его агрегатного состояния.

Современная химическая технология включает в себя различные  процессы производства минеральных кислот и удобрений, щелочей и солей, различных органических соединений, процессы переработки нефти , газа и каменного угля. Несмотря на разнообразие методов химической технологии, получение различных химических продуктов связано с проведением однотипных физических процессов (нагревание, охлаждение, перемешивание и т.д.). Аппаратурное оформление современных химико-технологических процессов также весьма разнообразно, но для одних и тех же целей в различных отраслях химической технологии в большинстве случаев применяются сходные по конструкциям аппараты.

В зависимости от закономерностей, характеризующих протекание процессов, все химические процессы подразделяются: механические, гидромеханические, тепловые и массообменные. Эти процессы широко применяются в химической технологии, поэтому называются основными. Овладение наукой о процессах и аппаратах химической технологии позволяет осуществлять в производственных условиях наилучшие технологические режимы, повышать производительность аппаратуры и улучшать качество продукции; дает возможность разрабатывать более рациональные технологические схемы и типы аппаратов при проектировании новых производств, правильно оценивать результаты лабораторных исследований и быстро реализовать их в производственных условиях; производить технически грамотный и научно-обоснованный расчет выбранных аппаратов с использованием современных вычислительных средств, а также разрабатывать принципиально новые методы расчета процессов и аппаратов химической технологии.

Основные или типовые  процессы химической технологии рассмотрены главным образом с точки зрения их применения для разделения исходных смесей за счет обмена веществом и энергией.

В основу классификации  основных процессов могут быть положены разные принципы, однако ввиду большого разнообразия этих процессов представляется наиболее целесообразным классифицировать их по способу создания движущей силы процесса.

В этой связи основные процессы химической технологии можно  разделить на следующие классы.

Массообменные или диффузионные процессы связаны с переходом  вещества из одной фазы в другую за счет диффузии. В процессах массообмена всегда участвуют две фазы, например, жидкая и паровая, жидкая и газообразная, две жидкие фазы, твердая и жидкая и т. д. К этому классу процессов относятся перегонка, ректификация, абсорбция, адсорбция, экстракция, сушка, кристаллизация и др.

Движущей силой массообменных процессов является разность концентраций или градиент концентраций между фактической концентрацией компонента в данной фазе и равновесной с другой фазой, а скорость процесса определяется законами массопередачи.

Гидромеханические процессы связаны с обработкой неоднородных систем — жидкостей и газов (паров), содержащих взвешенные в них твердые частицы или капли жидкости. К этим процессам относятся различные виды отстаивания (в поле силы тяжести, в центробежном поле, в электрическом и магнитном полях), фильтрование, перемешивание, течение газа или жидкости через слой сыпучих материалов и др.

Движущей силой гидромеханических  процессов является разность давлений или градиент давлений, обусловленные  разностью плотностей обрабатываемых материалов или иными причинами. Скорость процесса определяется законами гидродинамики неоднородных систем.

Механические процессы связаны с обработкой твердых материалов. Сюда относятся процессы измельчения, рассева, транспортирования, дозирования, смешивания.

Движущей силой процесса является разность сил, давлений или градиент напряжения (сжатия, сдвига, растяжения). Скорость процесса определяется законами механики твердых тел.

Тепловые процессы связаны с передачей тепла от одного тела к другому. К ним относятся следующие основные процессы: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, плавление, затвердевание (кристаллизация).

Движущей силой тепловых процессов является разность температур или градиент температур, а скорость процесса определяется законами теплопередачи.

Химические процессы связаны с превращением обрабатываемых материалов, целью которого является получение новых соединений. К этому классу процессов относится группа термокаталитических процессов: каталитический крекинг, пиролиз, риформинг, гидроочистка и др.

Движущей силой процесса являются разности концентраций реагирующих веществ. Скорость процесса определяется законами химической кинетики. В отличие от массообменных процессов, в которых составляющие части исходной системы, не изменяясь, переходят из одной фазы в другую, при химических процессах исходные компоненты (вещества) претерпевают коренные изменения, приводящие к появлению в системе новых веществ, свойства которых отличаются от свойств исходных веществ.

По тем же признакам  можно классифицировать аппараты и машины для проведения типовых процессов.

Во многих случаях  в одном аппарате могут одновременно протекать несколько типовых  процессов. Так, например, химический процесс сопровождается переносом массы и тепла, диффузионный процесс ректификации — теплообменом и т. п. Такое совместное протекание нескольких типовых процессов осложняет их изучение и разработку всесторонне обоснованной научной классификации. Поэтому в основу приведенной выше классификации аппаратов и машин положен основной процесс, определяющий назначение аппарата (машины).

 

1. Теоретические  основы процесса, основные свойства  рабочих сред

1.1.Общие сведения по насосному оборудованию

 

Насосы - гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает ее перемещение.

Насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое  расстояние в горизонтальной плоскости  или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

 

            Насосы являются одной из самых  распространенных разновидностей  машин. Их применяют для различных  целей, начиная от водоснабжения населения и предприятий и кончая подачей топлива в двигателях ракет. Насосы применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости. Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу.

По принципу действия различают насосы следующих типов:

НАСОСЫ
Динамические				Объёмные
Лопастные		Насосы трения		Поршневые	Шестерённые
Центробежные	Осевые	Вихревые	Струйные	Плунжерные	Пластинчатые
				Диафрагмовые	Винтовые

 

• В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объём жидкости, который непрерывно сообщается с входом в насос и выходом из него.
• В лопастных насосах энергия передаётся жидкости при обтекании лопастей вращающегося рабочего колеса насоса.

- в  центробежных насосах давление создается центробежной силой, действующей на жидкость при вращении лопастных колес. Жидкость движется от центра колеса к периферии.

 

- в осевых насосах жидкость движется в направлении оси колеса при вращении в ней устройства типа гребного винта.

 

• В насосах трения жидкость перемещается под воздействием сил трения.

 

- в вихревых насосах в энергию давления трансформируется энергия вихрей, образующихся в жидкости при вращении рабочего колеса.

 

- в струйных насосах перемещение жидкости производится движущейся струей воздуха, пара или воды.

 

• В объемных насосах разность давлений возникает при вытеснении жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращающимися. К машинам этого типа относятся поршневые и ротационные (шестеренчатые, пластинчатые и винтовые) насосы.

- в поршневых, плунжерных, диафрагмовых насосах жидкость вытесняется телом, движущимся возвратно-поступательно.

 

- в шестерённых, пластинчатых, винтовых насосах жидкость вытесняется телом, совершающим вращательные движения.

 

1.2. Основные параметры насосов

 

Основными параметрами  насоса любого типа являются производительность, напор и мощность.

Производительность или подача, Q, (мі/сек) определяется объемом жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор Н (м) характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости. Этот параметр показывает, на какую величину возрастает удельная энергия жидкости при прохождении ее через насос, и определяется с помощью уравнения Бернулли. Напор можно представить как высоту, на которую может быть поднят 1 кг перекачиваемой жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насосом.

Мощностью насоса (мощностью, потребляемой насосом) называется энергия, подводимая к нему от двигателя за единицу времени. Мощность можно определить из следующих соображений. Каждая единица веса жидкости, прошедшая через насос, приобретает энергию в количестве Н, за единицу времени через насос протекает жидкость весом pgQ. Следовательно, энергия, приобретенная за единицу времени жидкостью, прошедшей через насос, или полезная мощность насоса:

 

N_п = ρgQН

 

Мощность насоса на валу N  больше полезной мощности N_п на величину потерь в насосе, которые учитываются коэффициентом полезного действия насоса:

 

N = N_п / η_н = ρgQН/η_н

Величина механических потерь (потери на трение в подшипниках, в уплотнениях, трение поверхности рабочих колес о жидкость) оценивается механическим КПД η_мех, который равен отношению оставшейся после преодоления механических сопротивлений гидравлической мощности к мощности, потребляемой насосом.

Объемные потери (потери энергии жидкости из-за разницы давлений на входе и выходе рабочего колеса, потери производительности при утечке жидкости через зазора насоса) оценивают объемным КПД η_v, равным отношению действительной производительности насоса Q к теоретической Qт.

 

Гидравлические потери (потери на преодоление гидравлического  сопротивления подвода, рабочего колеса и отвода, потери напора) оцениваются гидравлическим КПД η_Г, который равен отношению действительного напора насоса к теоретическому.

 

Тогда КПД насоса равен:

 

η_{н =} η_мех η_v η_Г

Коэффициент полезного  действия насоса характеризует совершенство конструкции и экономичность  эксплуатации насоса и отражает относительные  потери мощности в самом насосе.

Для центробежных насосов КПД насоса η_н – 0,6-0,7, для поршневых насосов – 0,8-0,9, для наиболее совершенных центробежных насосов большой производительности - 0,93 – 0,95.

 

Номинальная мощность двигателя больше мощности на валу вследствие механических потерь в передаче от электродвигателя к насосу и в самом электродвигателе:

N_дв = N / η_пер η_дв = N_п / η_н η_пер η_дв,

где

η_пер - к.п.д. передачи,

η_дв - к.п.д. двигателя.

η_н η_пер η_дв - полный к.п.д. насосной установки η, т.е.

η = η_н η_пер η_дв = N_п / N_дв

Полный КПД характеризует  полные потери мощности насосной установкой.

Установочная  мощность двигателя N_уст рассчитывается по величине N_дв с учётом возможных перегрузок в момент пуска насоса:

N_уст = βN_дв

где β – коэффициент запаса мощности

Nдв, кВт	Менее 1	1-5	5-50	Более 50
β	2 – 1,5	1,5 –1,2	1,2 – 1,15	1,1