Beispiele

Durch eine Rohrleitung mit einer Nennweite von 0,425 m und einer Länge von 6 km sollen 0,2 m³/s Wasser von 10^o C gefördert werden.

Die Leitung verläuft horizontal und enthält Einbauten mit einem Gesamtwiderstandsbeiwert von 18.

Wie hoch ist der Gesamtdruckverlust Dp?

Rohrrauigkeit  k           =              0,05 mm

Þ    Dp  =  2,259 bar

Eine Fernheizleitung (Nw=0,42 m, k=0,5 mm) wird von 4,85 kg/s Dampf durchströmt (Eintrittstemperatur  t1 = 170^o C,  Eintrittsdruck  P1 = 2,4 · 10⁵ Pa).

Der Wärmeverlust der Rohrleitung beträgt 17,5 W/m.

Welchen Druck hat der Dampf nach 2 km Rohrlänge?

Stoffdaten:

Molekulargewicht  MW             =            18 kg/ kmol

Dyn. Viskosität  h                      =            0,0149   mPa · s

Realgasfaktor  Z                        =            1,017

Dichte  r_E                                    =            1,194 kg/m³

Spez. Wärmekapazität  cp      =           2067 J/(kg · K)

             Þ   Enddruck P₂  =  177771 Pa

Aus: Walter Bierwerth, Tabellenbuch Chemietechnik, 11. Auflage, Verlag EUROPA-LEHRMITTEL, Europa Nr. 70717, S439 ff

Aufgabenstellung:

In einem Gemisch aus Benzol und Toluol soll durch kontinuierliche Rektifikation der Massenanteil an Benzol angereichert werden.

Die Anlage ist im Fließbild (Fließschema) dargestellt.

Das Gemisch (reines Zweistoffgemisch, ϑ_V = 20 °C) fällt mit folgender Zusammensetzung zur Trennung an:

Betriebsvorgaben:

Gewünschte Anreicherung: w₁ = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w₁ = 0,05 Benzol enthalten.

Zulauf zur Kolonne: siedend flüssig

Ablauf aus dem Kopfkondensator: siedend flüssig

Abkühlung des Destillats im Destillatkühler auf ϑ = 40 °C

Kühlwasser steht mit einer relative konstante Zulauftemperatur von ϑ = 20 °C zur Verfügung und soll beim Austritt aus der Anlage nicht wärmer als ϑ = 30 °C sein.

Die Kolonne wird bei Normaldruck betrieben.

Auszulegende Bauteile:

Kreiselpumpe (Feedpumpe): Erforderliche Pumpenleistung über Druckverlust in der Zuleitung

Gemischvorwärmer (elektrische Rohrbeheizung, induktiv): erforderliche Heizleistung?

Trennkolonne (Füllkörperkolonne): erforderliche Anzahl der theoretischen Stufen nach McCabe-Thiele

Kopfkondensator (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche

Destillatkühler (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche

Destillatvorlage (liegender zylindrischer Pufferbehälter mit Klöpperböden): Füllstandsdiagramm q_V = f(h)

Erforderliche Armaturen und sonstige Rohrleitungsteile in der Feedleitung:

2 Bögen (Krümmer) 90°, R/d = 4

1 Durchgangsventil (DIN-Ventil)

1 Absperrhahn (Kugelhahn), 50 % geöffnet

1 Rückschlagventil

1 Wirbelzähler

Berechnung des Druckverlusts in der geplanten Feedleitung S. 209      

Tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit:

Berechnung der Reynoldszahl:

Rohrwiderstandszahl (es kann glattes Rohr angenommen werden):

λ = (1,8 · lg Re – 1,5)^–2 = (1,8 · lg 62401 – 1,5)^–2 = 0,020

Druckverlustzahlen:

Σζ = ζ₁ + ζ₂ + ζ₃ + ζ₄ + ζ₅ = 0,18 + 6,5 + 30 + 15 + 3 = 74,68

Druckverlust in der Rohrleitung: