Modul NPSH / Beispiel

Berechnung der vorhandenen Haltedruckhöhe in Saugleitungen

Aufgabenstellung

Aus einem Behälter strömt unterkühlte Flüssigkeit durch eine Rohrleitung aus. Der Flüssigkeitsspiegel im Behälter wird durch Zulauf auf konstanter Höhe gehalten.

Es ist NPSH zu berechnen

Betriebsdaten

Volumenstrom	V = 20 m³/h
Durchmesser (Rohrleitung)	d = 50 mm
Gesamtlänge (Rohrleitung)	L = 15 m
Dichte	ρ_F = 720 kg/m³
Dyn. Viskosität	η = 0,1 mPas
Dampfdruck	P_Satt = 0,8 bar
Temperatur	T = 80 °C

Lösungsweg

Ergebnisse

Als Bedingung für kavitationsfreien Betrieb gilt: NPSH vorhanden ≥ NPSH erforderlich

Nach Eingabe der QH-Kennlinie, können Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie grafisch dargestellt werden.

Ein Schaubild verdeutlicht das System:

Beispiel – Planung einer Rektifikationsanlage

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:

Benzol: Massenanteil	w₁ = 25 %
Toluol:	w₂ = 75 %

Betriebsvorgaben:

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

Volumenstrom Zulauf (Feed):	q_V = 80 L/min
Länge der Zuleitung (gerade Rohrleitungsstücke):	L = 15 m
Höhendifferenz Feedpumpe/Kolonneneinspeisung (geodätische Höhe):	z = 4 m

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

Teilberechnung mit NPSH

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:

2 Bögen	ζ₁ =2 · 0,09 = 0,18	S. 211
1 Durchgangsventil	ζ₂ = 6,5	S. 207
1 Kugelhahn (50 % offen)	ζ₃ = 30	S. 207
1 Rückschlagventil	ζ₄ = 15	S. 213
1 Wirbelzähler	ζ₅ = 3	S. 213