Вертикальный аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВКЭ-2110

Содержание Введение Техническое задание

I раздел. Определение размеров аппарата с приводом

1.1 Определение размеров аппарата без привода

1.1.1 Определение высоты цилиндрической части аппарата

1.1.2 Определение высоты обечайки.

1.1.3 Определение высоты крышки и днища.

1.1.4 Определение диаметра рубашки.

1.1.5 Определение высоты цилиндрической части рубашки.

1.2 Определение габаритов привода и мотор — редуктора.

1.2.1 Определение крутящего момента на валу.

1.2.2 Определение типа и габаритов стойки мотор — редуктора.

1.2.3 Определение расстояния между подшипниковыми опорами. Определение расстояния от верхней опоры до центра масс мешалки.

1.3 Выбор масштаба чертежа общего вида.

II раздел. Расчет аппарата на прочность

2.1 Расчет элементов корпуса.

2.1.1 Расчетное давление.

2.1.2 Расчетная температура.

2.1.3 Коэффициент прочности.

2.1.4 Прибавка для компенсации коррозии.

2.2 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внутренним давлением.

2.2.1 Расчет цилиндрической обечайки.

2.2.2 Расчет эллиптической крышки.

2.3 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внешним давлением.

2.3.1 Расчет цилиндрической обечайки нагруженной внешним давлением.

2.3.2 Расчет конического днища.

2.4 Расчет толщины стенки рубашки.

2.4.1 Цилиндрическая часть рубашки.

2.4.2 Коническое днище рубашки.

2.5 Расчет фланцевых соединений.

2.5.1 Расчетная температура фланцев и болтов.

2.5.2 Проверка металлической прокладки на прочность.

III раздел. Расчет элементов механического перемешивающего устройства.

3.1 Выбор расчетной схемы и приближенное вычисление диаметра вала мешалки от действия крутящего момента.

3.2 Расчет вала на виброустойчивость.

3.3 Проверка вала мешалки из условия совместного действия изгиба с кручением по энергетической теории прочности.

3.4 Выбор муфты и расчет шпоночного соединения муфты.

3.4.1 Проверка муфты на нагрузочную способность.

3.4.2 Расчет шпоночного соединения муфты.

3.5 Расчет шпоночного соединения ступицы мешалки.

3.5.1 Расчет шпоночного соединения ступицы.

3.5.2 Проверка прочности лопастей мешалки на изгиб и кручение.

IV раздел. Выбор опор и проверка на прочность.

4.1 Проверка на грузоподъемность.

4.2 Проверка площади опоры подкладного листа.

4.3 Прочность угловых сварных швов, соединяющих ребра опор с корпусом аппарата.

V раздел. Выбор штуцеров и люков.

VI раздел. Спецификации.

VII раздел.

Литература

.

Введение

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВКЭ — 2110 предназначен для проведения различных физико — химических и механических процессов в жидких средах (растворах, суспензиях, эмульсиях) для протекания которых требуется поддержание повышенной температуры и давления. Интенсификацию процессов теплообмена и массообмена обеспечивает механическое перемешивающее устройство с приводом типа 2 по ОСТ 26−01−109−79.

Химические аппараты данной конструкции применяются в промышленности для проведения органических и неорганических синтезов, протекающих при повышенных температурах и давлениях в агрессивных средах, а так же требующих постоянного перемешивания реакционной массы. Кроме этого аппараты применяются для получения различных жидкостных растворов и механических смесей.

При разработке химического аппарата обеспечено соответствие правилам Госгортехнадзора. Основные параметры аппарату соответствуют ГОСТ 20 680–75. Выбор материалов, методов испытания аппарата пробным давлением, а также требования к контрольной и предохранительной арматуре — в соответствии с ОСТ 26 292 — 71.

Правила изготовления, испытания, приемки аппарата — в соответствии с ОСТ 26 011 244 — 75.

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством состоит из следующих основных частей: корпуса аппарата, крышки аппарата, рубашки аппарата, механического перемешивающего устройства.

Корпус аппарата состоит из сваренных между собой эллиптического днища и цилиндрической обечайки. Корпус аппарата предназначен для проведения в нем физико — химических процессов, а также для крепления к нему остальных частей аппарата, таких как: рубашка (приваренная сверху — к обечайке корпуса, снизу — к днищу), крышка аппарата (съемная, соединенная с корпусам с помощью фланцевого соединения), а также штуцер для выгрузки продукта, приваренный к нижней части днища корпуса.

К крышке аппарата крепится стойка, с закрепленным на ней торцевым уплотнением, подшипниковой опорой с двумя подшипниками, и муфтой, соединяющей вал мотор — редуктора, закрепленный в верхней части стойки, с валом рамного перемешивающего устройства.

Также к крышке приварены смотровой люк, штуцер ввода и два штуцера для крепления манометра и термопары.

Корпус и крышка скреплены между собой посредством фланцевого соединения типа выступ — впадина с фторопластовой прокладкой, обеспечивающей надежное уплотнение. Материалы болтов и гаек: сталь 35×5.

Тип перемешивающего устройства — рамный. Перекладина рамы приварена к ступице тавровым швом и усилена ребром жесткости. Ступица — разъемного типа, и крепится на нижнем конце вала четырьмя болтами.

Рубашка аппарата служит для подачи в нее через штуцер пара, обогревающего обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней её части. Также, к рубашке приварены четыре опоры. Для более равномерного распределения местной нагрузки от опоры на корпусе рубашки под опорой приваривается накладной лист.

Материал корпуса, крышки, рубашки, мешалки и ее вала — сталь X18H10T. Эта сталь выбрана потому, что она технологична в обработке, хорошо деформируется в холодной и горячих средах, т. е. обладает хорошей штампуемостью. Она хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Но самое важное, что эта сталь отлично противостоит рабочей среде — воде, обладающей большой коррозийной активностью. Удорожание аппарата вследствие применения нержавеющей стали компенсируется долговечностью конструкции и повысившейся безопасностью её эксплуатации.

Техническое задание

1. Тип аппарата ВКЭ

2. Номинальный объем, V 2,5 м³

3. Внутренний диаметр аппарата, Da 1400 мм.

4. Площадь поверхностного обогрева аппарата, F

5. Избыточное давление в аппарате, Pизб. 0,6 МПа

6. Остаточное давление в аппарате, Рост. 0,01 МПа

7. Избыточное давление в рубашке, Рруб. 0,7 МПа

8. Мощность привода на валу мешалки, N 2,5 кВт

9. Частота вращения мешалки, n 250об./мин.

10. Тип днища аппарата Коническое

11. Тип крышки аппарата Эллиптическая

12. Тип мешалки Трехлопастная

13. Среда Вода

14. Плотность среды, 1000 кг./м3

15. Температура среды, t 100С

Iраздел. Определение размеров аппарата с приводом

1.1 Определение размеров аппарата без привода

1.1.1 Определение высоты цилиндрической части аппарата

= = 1.367м.

= 0.76м3;

= 0.7676м3

1.1.2 Определение высоты обечайки

1.1.3 Определение высоты крышки и днища

Hкр. = = = 450 мм.

Нднища = = = 900 мм.

1.1.4 Определение диаметра рубашки

Dруб. = Da + 100 = 1400 + 100 = 1500 мм.

1.1.5 Определение высоты цилиндрической части рубашки

1.2 Определение габаритов привода и мотор — редуктора

1.2.1 Определение крутящего момента на валу Мкр. = .

Мкр. =

1.2.2 Определение типа и габаритов стойки мотор — редуктора Стойка выбирается по ОСТ 26 01 10 979 в соответствии с частотой вращения мешалки, потребляемой мощностью и рабочим давлением в корпусе аппарата, которое через вал мешалки нагружают подшипники привода сжимающей силой.

По таблице выбираем мотор — редуктор МПО1 — 10, тип 1, исполнение 2.

Одновременно установим тип уплотнения для вала мешалки.

Уплотнение — сальниковое.

В соответствии с таблицей определяем габариты стойки мотор — редуктора:

Н = 1235 ммвысота стойки.

l = 690ммрасстояние между подшипниковыми опорами.

D1 =540 ммнаибольший диаметр стойки.

d = 50мм — диаметр вала внутри стойки.

В соответствии с таблицей определяем габариты мотор — редуктора:

D =330мм — диаметр мотор — редуктора.

Lmax =840мм — высота мотор — редуктора.

Lmin = 630ммвысота мотор — редуктора (на стойке).

d = 50ммдиаметр вала внутри мотор — редуктора.

1.2.3 Определение расстояния между подшипниковыми опорами. Определение расстояния от верхней опоры до центра масс мешалки В соответствии с таблицей расстояние между подшипниковыми опорами равно l = 690 мм.

L = Hцил + Нкр. + l + h — hm — H1 = 1400 + 900 + 690 + 720 — (0.010/06)dm — 600 = 3500 мм.

1.3 Выбор масштаба чертежа общего вида.

Масштаб определяем, зная общую высоту аппарата и диаметр рубашки.

Напп. = Нцил. + Нкр. + Ндн. + Нст. + Нм.р.

Напп. = 1400 + 450 + 900 +1235 +630 =4615 .

Напп. + Dруб. = 1900 +4615 = 6515 мм Размер формата чертежа А1 по ГОСТ 2.301 — 68 равен 594×841.

Масштаб 1: 5 — не удовлетворяет формату.

Масштаб 1: 10 — удовлетворяет формату.

II раздел. Расчет аппарата на прочность

2.1 Расчет элементов корпуса

2.1.1 Расчетное давление а) Расчетное внутреннее давление.

Рр.в. = Ризб. = 0.6Мпа.

Расчет на прочность стенок рубашки.

Рр.в.1 = Рруб. = 0.7Мпа.

б) Расчетное наружное давление.

1) Для элементов корпуса без рубашки.

привод перемешивающий устройство прочность Рр.н. = Ра — Ро = 105 — 0.2105 = 0.09Мпа.

2) Для элементов корпуса, находящегося под рубашкой.

Рр.н. = Ра — Ро + Рруб. = 105 — 0.2105 + 1.0106 = 0.79МПа.

2.1.2 Расчетная температура

tp = tж. = 100С.

2.1.3 Коэффициент прочности Выбирается в зависимости от вида сварки и типа сварного соединения.

Выбираем = 0.7 — автоматическая сварка, сплошной провар, односторонний шов.

2.1.4 Прибавка для компенсации коррозии

Ck = ПТа = 1 мм.

2.2 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внутренним давлением

2.2.1 Расчет цилиндрической обечайки

+ Po + Pk 6 мм.

[Р]в = = 0.58Мпа.

Рр.в. < [Р]в (0.58<0.7)

Условие прочности выполняется.

2.2.2 Расчет эллиптической крышки

+ Ск + Со = 6 мм. (с учетом округления).

[Р]в = = 0.58Мпа.

Рр.в. < [Р]в (0.58<0.7)

Условие прочности выполняется.

2.3 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внешним давлением Тонкостенные оболочки под действием наружного давления могут потерять первоначальную форму и деформироваться раньше, чем напряжения сжатия достигнут разрушающей величины. Давление, при котором оболочка начнет деформироваться — называется критическим. Расчет толщины стенки в этом случае проводят с обеспечением достаточной жесткости оболочки. При расчетах рекомендуется принять коэффициент запаса прочности равным 2.4.

2.3.1 Расчет цилиндрической обечайки нагруженной внешним давлением

Sц1 = К2Da10−2 + Со + Ск 10 мм (с учетом округления).

Sц2 = 6 мм.

К1 = 3.95

К3 = 1.1

Sц = 10 — наибольшее.

[PH] = = 1.13 > 1.09

[P]p =

[P]E = = 1.3МПа Условие прочности выполняется.

2.3.2 Расчет Конического днища

Sкон. днища1 = К2Da10−2 + Со + Ск. 10 мм.

Sкон. днища2 = + Со + Ск. 6 мм К3 =

К1 = 3.9

К2 = 0.7

Sкон. днища принимаем 10 мм.

[PH] = = 0.95 < 1.08

[P]p =

[P]E = = 1.3МПа Принимаем Sкон. днища за 10 мм.

2.4 Расчет толщины стенки рубашки

2.4.1 Цилиндрическая часть рубашки

Sруб. = 8 мм. (с учетом округления).

[P]руб.ц. = = 0.9Мпа.> 0.7МПа

2.4.2 Коническое днище рубашки

Sдн.руб. = 6.

[P]руб.ц. = = 1.123Мпа.> 0.7МПа Условие выполняется.

Резина.

RП = 0.041мН

Qq = 0.9971мН.

Qt = 0.0710мН.

РБ1 = 0.2741мН.

РБ2 = 1.1128мН.

РБ3 = 0.9971+ 0.0410 + 0.071 = 1.1091мН.

экв. =

2.5 Расчет фланцевых соединений

2.5.1 Расчетная температура фланцев и болтов

Tф = tp = 100C

Tб = 0.95tp = 0.95100C = 95C.

2.5.2 Проверка металлической прокладки на прочность

qp =

qp = = 16.24

qдоп. = 20 (резина).

qp < qдоп.

III раздел. Расчет элементов механического перемешивающего устройства

3.1 Выбор расчетной схемы и приближенное вычисление диаметра вала мешалки от действия крутящего момента

= = 0.197 > 0.1

dв =

3.2 Расчет вала на виброустойчивость

0.701.

01 = = 5.61 рад/с.

I =

з1 = 0.803

mв =

m =

щ01 =

Условие не выполняется.

I =

з1 = 0.803

mв =

m =

щ01 = 0.71 = 13.65 13.61(м) Условие прочности выполняется.

3.3 Проверка вала мешалки из условия совместного действия изгиба с кручением по энергетической теории прочности экв. =

= = 2.44Мпа

= = 3.9510−3.

Рц. = mпр.2r

mпр. = m + qmвL

q = 0.21

mпр. = 75 + 0.2139.463.5 = 104 кг.

r =

Рц = 10 413.6120.0325 = 626.085 Н Мu = 626.085Нl1 = 1.76кН.

= Мпа экв. = = 44.76МПа 139 МПа

3.4 Выбор муфты и расчет шпоночного соединения муфты

3.4.1 Проверка муфты на нагрузочную способность Мр.м. =

Мр.м. = .

3.4.2 Расчет шпоночного соединения муфты см. =

lшп. = 94 мм.

b = 22

h = 14

t = 9

см. =

= (1416)107 > 3.8 107 Па.

Условие прочности шпонки на срез :

3.5 Расчет шпоночного соединения ступицы мешалки

3.5.1 Расчет шпоночного соединения ступицы

=1.88 107Па 150МПа.

ср. =

3.5.2 Проверка прочности лопастей мешалки на изгиб и кручение Проверочные расчеты выполняются для наиболее нагруженных элементов — сварных швов.

IV раздел. Выбор опор и проверка на прочность

4.1 Проверка на грузоподъемность Мрасч = 1.1М М = Мстойки + Ммотор-редуктора + Мвала + Моболочки + Мсреды + Ммешалки + + Мрубашки = 7734 кг.

4.2 Проверка площади опоры подкладного листа Ап =

4.3 Прочность угловых сварных швов, соединяющих ребра опор с корпусом аппарата

[] = 0.6 = 58.4МПа

lшва = (2230 + 155)=615мм.

V раздел. Выбор штуцеров и люков Выбор штуцеров и люков производим по ОСТ 26 — 1404 — 76.

Штуцер ввода исходного сырья. Dy = 100 мм Штуцер ввода пара. Dy = 50 мм Штуцер слива конденсата. Dy = 50 мм Штуцер вывода продукта. Dy = 150 мм Штуцер для манометра. Dy = 50 мм Штуцер для термопары. Dy = 50 мм Штуцер для отбора проб. Dy = 50 мм Смотровой люк выбираем по ОСТ 26 — 2004 — 77

VI раздел. Спецификации

1. А. А. Поляков. Механика химических производств. Сл.б.: Химия, 1995.

2. А. С. Тимонин. Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования Справочник. Т.1. — Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2001.

3. Федоренко В. А., Шошин А. И. Справочник по машиностроительному черчению. Машиностроение, 1981.

4. Аксенов Л. И. Методические указания для самостоятельной подготовки студентов к занятиям по курсу «Прикладная механика». — МХТИ им Д. И. Менделеева, 1982.

5. В. М. Аристов. Чертежи общего вида емкостных аппаратов. РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2000

6. Аксенов Л. Н. Методические указания по оформлению курсового проекта по прикладной механике. — МХТИ им Д. И. Менделеева, 1983.

7. Аксенов Л. И. Методические указания по выполнению курсового проекта по теме «Химический аппарат с мешалкой». — МХТИ им Д. И. Менделеева, 1982.