Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством

• Введение
• 1. Выбор конструкционных материалов и их механических характеристик
• 2. Расчет основных элементов аппарата
• 2.1 Определение расчетных параметров аппарата
• 2.1.1 Высота корпуса аппарата
• 2.1.2 Высота жидкости в аппарате
• 2.1.3 Расчетное внутреннее давление в аппарате
• 2.2 Расчет обечайки корпуса
• 2.2.1 Толщина стенки обечайки при нагружении внутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением
• 2.2.2 Определение толщины стенки обечайки при нагружении осевой растягивающей силой
• 2.2.3 Толщину стенки обечайки, нагруженной наружным давлением, находят из условия устойчивости обечайки от наружного давления
• 2.3 Расчет эллиптического днища
• 2.3.1 Толщина стенки днища, нагруженного внутренним расчетным избыточным давлением, определяется выражением
• 2.3.2 Толщина стенки днища, нагруженного наружным давлением, рассчитывается по формуле
• 2.3.3 Конструктивная прибавка к расчетной толщине днища
• 2.3.4 Толщина днища с учетом прибавок
• 2.3.5 Для эллиптических днищ, если длина цилиндрической отбортованной части h, больше параметра
• 2.4 Расчет рубашки аппарата
• 2.4.1 По таблице Е1 приложения Е принимаем диаметр рубашки D_р=900 мм, параметр, а = 30 мм
• 2.4.2 Высота рубашки с учетом днища (без толщины днища)
• 2.4.3 Расчет обечайки рубашки
• 2.4.4 Расчет днища рубашки
• 2.5 Параметры штуцеров аппарата
• 2.6 Подбор фланцевого соединения
• 2.7 Расчет перемешивающего устройства
• 2.7.1 Определение основных геометрических размеров мешалки
• 2.7.2 Мощность, необходимая на перемешивание
• 2.7.3 Выбор привода
• 2.8 Выбор опор аппарата
• Выводы
• Список литературы
• Приложения

Химические аппараты предназначены для ведения в них одного или нескольких химических, физических или физико-химических процессов. Перерабатываемые в аппарате вещества могут быть в любом агрегатном состоянии и различной химической активности. Различными могут быть температурные режимы и давления.

Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающей перемещение аппарата).

Аппараты с перемешивающими устройствами являются наиболее распространенным видом оборудования, используемого в химической технологии для проведения различных физических и химических процессов. Выбор аппаратов с перемешивающими устройствами и конструктивные особенности аппаратов определяются характеристикой процесса, свойствами перемешиваемой среды, производительностью технологической линии, температурными параметрами процесса и давлением, при котором процесс осуществляется. Такое многообразие факторов, влияющих на выбор конструкции, затрудняют задачу оптимального проектирования аппаратов. Решение этой задачи требует знания гидродинамических, физических и химических механизмов процесса, зависит от наличия конструкционных материалов, степени разработки стандартных конструкционных решений и от возможностей расчета нетривиальных конструкций в тех случаях, когда стандартные методы конструирования становятся неприемлемыми.

Столь сложные проблемы могут быть решены лишь на основе детального изучения отдельных характеристик оборудования с тем, чтобы на этой основе выбрать те основные параметры аппарата, которые ответственны за скорость протекания процесса в целом и оказывают влияние на конструктивное его оформление.

Расчет заключается в определении конструктивных размеров аппарата и в выборе на их основе стандартной конструкции аппарата.

Исходные данные

Объем аппарата V= 0,40 м³.

Внутренний диаметр аппарата D=800 мм.

Высота корпуса аппарата Н=950 мм.

Внутреннее давление в аппарате Р= 1,0 МПа, Давление в рубашке Р_руб =0,5 МПа.

Среда в аппарате: анилин.

Концентрация вещества: С* = 3%.

Температура среды в аппарате t= 20 °C.

Срок службы аппарата ф = 5 лет.

Тип мешалки: лопастная.

Число оборотов мешалки в минуту n = 85 об/мин.

Плотность: с = 1020 кг/м³.

Коэффициент динамической вязкости: М= 4,4 Па•с Марка стали: 08Х18Н10Т, любая толщина.

Скорость коррозии: П = 0,1 мм/год.

Рисунок 1 — Корпус аппарата Вода пресная: 20К.

Расчет выполняем по методике, изложенной в ч.

1. Выбор конструкционных материалов и их механических характеристик

Согласно задания проекта применяем высоколегированную сталь 08Х18Н10Т. Это сталь аустенитного класса, обладает стойкостью почти ко всем средам, хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии, легко сваривается. Скорость коррозии этой стали принята П=0,1 мм/год.

Допускаемые напряжения и модуль упругости.

Для стали 08Х18Н10Т (табл. Б1, приложение Б) находим:

Допускаемое напряжение при температуре 20 °C [у] ²⁰ =168 МПа, модуль упругости Е²⁰=2· 10⁵ МПа, при температуре 100 °C значения этих характеристик следующие: [у] ¹⁰⁰=156 МПа =156 Н/мм², Е¹⁰⁰=2· 10⁵ МПа.

Для материала рубашки (сталь 20К) допускаемое напряжение и модуль упругости также находим линейным интерполированием аналогично рассмотренному:

при 20 °C [у] ²⁰=147 МПа, Е²⁰=1,99· 10⁵ МПа,

при 100 °C [у] ¹⁰⁰=142 МПа, Е¹⁰⁰=1,91· 10⁵ МПа.

Значит принимаем, при t= 20°С:

[у] ²⁰ =168 МПа (1)

Е²⁰=2,00· 10⁵ МПа (2)

2. Расчет основных элементов аппарата

2.1 Определение расчетных параметров аппарата

2.1.1 Высота корпуса аппарата

Высоту корпуса аппарата находим, используя рис.1:

h₁=H- (H_э+100), (3)

где Н_э=0,25· D — высота эллиптической части крышки,

100 мм — размер, который примерно учитывает высоту цилиндрической отбортовки крышки и толщину фланца крышки.

Получаем:

h₁=950- (200+100) = 950 — 300 = 650 мм.

2.1.2 Высота жидкости в аппарате

Обычно принимают высоту жидкости в аппарате меньше высоты корпуса аппарата на 50−100 мм, получаем:

h_ж=h₁- (50…100) = 650- (50…100) =600…500 м. (4)

Для расчетов принимаем h_ж=600мм=0,6 м.

2.1.3 Расчетное внутреннее давление в аппарате

Расчетное внутреннее давление в аппарате складывается из заданного внутреннего давления и гидростатического давления среды:

Р_Р=Р+Р_Г, (5)

где Р_Г — гидростатическое давление среды.

Очевидно:

Р_Г = с· g·h_ж=1020·9,81·0,6=6003,72 Па?0,006 МПа, (6)

здесь g=9,81 м/с² — ускорение свободного падения,

с=1020 кг/м³ — плотность среды (см. таблицу Б1 приложения Б).

Оцениваем величину гидростатического давления по сравнению с давлением в аппарате

ДР%= (Р_Г/р) · 100= (0,006/1,0) · 100=0,6% (7)

Если ДР%? 5%, то гидростатическое давление не учитывают (если ДР% > 5%, то расчетное давление равно Р_Р = Р)

В нашем случае расчетное давление равно

Р_Р = Р = 1,0 МПа.

2.2 Расчет обечайки корпуса

В процессе работы аппарата обечайка испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления,

растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы,

объемное сжатие от наружного давления (давление в рубашке).

2.2.1 Толщина стенки обечайки при нагружении внутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением

(8)

где ц — коэффициент прочности продольного сварного шва, который принимается в зависимости от типа сварного шва, вида сварки и длины контролируемых швов. Ориентировочно его значение принимают в пределах 0,65−0,9. Принимаем ц=0,9,Р_р =1,0 Н/мм² — расчетное давление,

D=800 мм — диаметр аппарата,

[у] =168 Н/мм² — допускаемое напряжение для стали 08Х18Н10Т.

Получаем:

S_R =

2.2.2 Определение толщины стенки обечайки при нагружении осевой растягивающей силой

Осевая растягивающая сила:

(9)

Толщина стенки:

S_R = (10)

2.2.3 Толщину стенки обечайки, нагруженной наружным давлением, находят из условия устойчивости обечайки от наружного давления

Рисунок 2 — К расчету высоты обечайки корпуса

Для корпуса аппарата наружным давлением является давление в рубашке

Рн =Р_руб = 0,5 МПа.

2.2.3.1 Расчетная длина (высота) обечайки

?=h₁-?^'-?^?, (11)

где ?'=150 мм — принимается конструктивно для удобного выполнения сварки рубашки и корпуса.

?^?= (2/3) · Нэ= (2/3) · 0,25·D= (2/3) · 200=133,3 мм, ([3], стр.12). (12)

Здесь ?^? — размер, учитывающий часть высоты эллиптического днища, влияющий на потерю устойчивости обечайки корпуса аппарата.

Получаем ?= 650−150−133,3 = 366,7 мм.

Принимаем ?= 370 мм (округляем в сторону увеличения).

2.2.3.2 Толщина стенки обечайки

Толщина стенки обечайки определяется по формуле

(13)

Здесь коэффициент К₂, зависящий от коэффициентов К₁ и К_3, определяется по номограмме (приложение В) в зависимости от значения коэффициентов К₁ и К₃.

Коэффициент К₁:

(14)

Здесь n_y =2,4 — коэффициент запаса устойчивости при рабочих условиях [4],

Е=2· 10⁵ Н/мм² — модуль продольной упругости (см. п. 1.2)

Коэффициент К₃:

К₃= ?/D = 370/800 = 0,4625. (15)

Коэффициент К₂ определяем по номограмме (рис. В1 приложения В).

Получаем: К₂ = 0,46. Тогда толщина стенки

S_R^?=K₂· D·10^-2=0,46·800·10^-2=3,68 мм. (16)

(17)

Из двух расчетных толщин S_R^?; S_R^? принимаем большую величину, т. е.

S_R = max (S_R^?; S_R^?) = max (3,68; 1,31) = 3,68 мм. (18)

По трем рассчитанным формулам (8), (10) и (16) получены три значения толщины стенки обечайки корпуса 2,7 мм; 1,3 мм; 3,68 мм. Принимаем большее из них, т. е. S_R = 3,68 мм.

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

С = С₁+ С₂+ С_{3. (}19)

Здесь С₁ — прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

С₁= С_Э +С_{К, (}20)

где С_Э — прибавка для компенсации эрозии. С_Э=0, т. к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивные частицы,

С_К — прибавка для компенсации коррозии:

С_К= П· ф = 0,1· 5 = 0,5 мм. (21)

Здесь ф = 5 лет — срок службы аппарата,

П=0,1 мм/год — скорость коррозии для стали 08Х18Н10Т.

Тогда

С₁= С_К+ С_Э = 0,5+ 0 = 0,5 мм.

Примечания: — Скорость коррозии принимается П = 0,1 мм/год, если она не оговорена в таблице Б1 приложения Б.

Обечайка корпуса с наружной стороны омывается водой (паром), но при температуре 20 … 100 °C вода (пар) не вызывает коррозии легированных сталей, поэтому принимаем П_нар= 0 мм/год.

Для обечайки корпуса, изготовленной из сталей ВМСтЗсп, 20, 20К и других углеродистых сталей следует учитывать коррозию с обеих сторон, т. е. с внутренней и наружной

С₁= П· ф + П_нар· ф + С_Э, (22)

где П_нар — скорость коррозии с наружной стороны от воды (пара). Значение ее принимается по таблице А1 приложения А.

С₂ — прибавка для компенсации минусового допуска листа стали при изготовлении. Минусовый допуск выбираем по таблице Г1 приложения Г). Для толщины S_R = (8…24) мм С₂=0,4 мм. В нашем расчете S_R = 3,68 мм, поэтому мы приняли диапазон размеров больше 3 мм.

С₃ — прибавка технологическая (учитывает утончение листа при вальцовке), для толщины от 3 до 30 мм принимают С₃=0,3 мм.

В итоге получаем:

С = С₁+С₂ + С₃ = 0,75+0,4+0,3 =1,45 мм.

Толщина стенки обечайки с учетом прибавок

S^'= S_R+С = 3,68+1,45 = 5,13 мм. (23)

Исполнительная толщина стенки обечайки корпуса, принятая по стандарту (табл. Г1 приложения Г) S=6 мм.

2.3 Расчет эллиптического днища

Согласно заданию в аппарате предусмотрены эллиптические днище и крышка.

Для днища и крышки принята сталь 08Х18Н10Т (см. п. 1.2) с допускаемым напряжением [у] =168 МПа и модулем упругости Е=2· 10⁵ МПа.

В процессе работы аппарата днище корпуса испытывает следующие деформации:

растяжение от внутреннего давления,

сжатие (потеря устойчивости формы днища) от наружного давления — давления в рубашке.

2.3.1 Толщина стенки днища, нагруженного внутренним расчетным избыточным давлением, определяется выражением

Рисунок 3 — Внутреннее давление Р_р, действующее на днище корпуса.

=

2,39 мм (24)

Здесь R — радиус кривизны в вершине днища. Для стандартного эллиптического днища R = D = 800 мм.,

ц — коэффициент прочности сварного шва. Принимаем днище не сварное, а цельное штампованное, поэтому ц = 1.

Рисунок 4 — Внешнее давление Р_Н, действующие на днище корпуса.

2.3.2 Толщина стенки днища, нагруженного наружным давлением, рассчитывается по формуле

(25)

где К_Э — коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.

Предварительно принимаем К_Э =0,9.

2.3.3 Конструктивная прибавка к расчетной толщине днища

С' = С₁ + С₂ + С₃.

Здесь также С₁= П•ф+С_Э = 0,1•5+0 = 0,5 мм — прибавка на коррозию,

С₂ = 0,4 мм (для толщины 6 мм по табл. Д1, приложение Д) — прибавка на минусовой допуск изготовления листа,

С₃ =0,3 мм (см. п. 2.2.5) — прибавка на утончение при изготовлении днища.

В результате получаем:

С' = 0,5 + 0,4 + 0,3 = 1,2 мм.

2.3.4 Толщина днища с учетом прибавок

S₁'= S_1R + C'= 2,17+ 1,2 = 3,37 мм? 4,0 мм.

Исполнительная толщина стенки днища, принятая по стандарту (табл. Д1, приложение Д) S₁= 4 мм.

2.3.5 Для эллиптических днищ, если длина цилиндрической отбортованной части h, больше параметра

т. е. < h, то толщина стенки днища S₁ должна быть не менее толщины стенки обечайки, т. е. S₁ ? S.

Длину (высоту) отбортованной части при D=800 мм и S₁=4 мм принимаем по таблице Д1 приложения Д: h = 25 мм.

Определяем параметр

(26)

Замечаем, что = 47,33> h=25, поэтому можно принять S₁ <S. Принимаем S₁=4 мм.

Толщину крышки аппарата принимают такой же как и толщину днища S₁=4 мм.

2.4 Расчет рубашки аппарата

Согласно заданию рубашка гладкая приварная (не отъемная).

Для рубашки выбрана (см. п. 1.1, 1.2) качественная углеродистая конструкционная сталь 20К, у которой допускаемое напряжение [у] _руб. =147 МПа и модуль упругости Е_руб. =1,99· 10⁵ МПа.

2.4.1 По таблице Е1 приложения Е принимаем диаметр рубашки D_р=900 мм, параметр, а = 30 мм

Рисунок 5 — К расчету высоты рубашки

2.4.2 Высота рубашки с учетом днища (без толщины днища)

(27)

h₁=650 мм (см. п.2.1 1), =150 (см. п.2.2.3.1)

Получаем: h_p=650+30−150=830 мм

2.4.3 Расчет обечайки рубашки

В процессе работы аппарата обечайка рубашки испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления в рубашке, растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы.

2.4.3.1 Внутреннее избыточное давление в рубашке

.

2.4.3.2 Расчетное давление в рубашке

, (28)

где Р^?_р — заданное давление в рубашке (0,4 МПа),

Р_Г — гидростатическое давление в нижней части рубашки.

Учитывая, что нагрев аппарата может производиться горячей водой, имеем:

(29)

где с_В=1000 кг/м³ — плотность воды.

Оцениваем величину гидростатического давления

. (30)

Если ?Р%? 5%, то гидростатическое давление не учитывают. В нашем примере ?Р%=2,035%, поэтому расчетное давление в рубашке

= 0,5 МПа. (31)

2.4.3.3 Толщина стенки обечайки рубашки от внутреннего расчетного давления

(32)

Здесь [у] _руб. =147 Н/мм² — допускаемое напряжение материала рубашки (см. п. 1.2), ц=0,9 — коэффициент прочности сварного шва.

2.4.3.4 Осевая растягивающая сила для рубашки

(33)

2.4.3.5 Толщина стенки обечайки рубашки от осевой растягивающей силы

(34)

Из двух полученных значений расчетной толщины стенки принимаем большее S_R=1,70 мм.

2.4.3.6 Прибавки к толщине стенки рубашки (см. п. 2.2.5)

(35)

= 0,1•5+0 = 0,5 мм (36)

П_руб=0,1 мм/год (принимаем по табл. Б1 приложения Б при 100°С).

С₂=0,4 мм, С₃=0,3 мм

Получаем:

С_руб = 0,5+0,4+0,3 = 1,2 мм

2.4.3.7 Толщина стенки обечайки рубашки с учетом прибавок

(37)

2.4.3.8 Исполнительная толщина стенки обечайки рубашки, принятая по стандарту (табл. Г1 приложения Г) S_руб= 4 мм.

2.4.4 Расчет днища рубашки

Поскольку корпус аппарата имеет эллиптическое днище, то и для рубашки тоже принимаем эллиптическое днище с диаметром D_руб=900 мм.

Толщина стенки днища рубашки при нагружении внутренним давлением определяется по формуле:

(38)

Здесь R — радиус кривизны в вершине днища. Для стандартных эллиптических днищ R=D_р=900 мм,

ц — коэффициент прочности сварного шва. Поскольку днище

предполагаем изготовить из цельной заготовки, то ц =1.

Рисунок 6 — Внутреннее давление Р_руб, действующее на днище рубашки

Толщина стенки с учетом прибавок

.

Исполнительную толщину днища рубашки принимаем, согласуя с таблицей Д1 приложения Д: при диаметре 900 мм минимальная толщина стенки днища составляет 4 мм, поэтому принимаем S_1руб = 4 мм. Длина отбортованной части h=25 мм.

2.5 Параметры штуцеров аппарата

Аппараты имеют технологические штуцера, а также штуцера для контрольно-измерительных приборов и предохранительных устройств.

Штуцера обозначаются прописными буквами русского алфавита, их расположение на крышке аппарата показано на рисунке Ж1 приложения Ж. По табл. Ж1 приложения Ж определяем условные диаметры штуцеров аппарата — d_у. Диаметр окружности, на которой расположены штуцера,

D₂ = 550 мм.

На крышке аппарата расположены следующие штуцера:

Г — патрубок штуцера смотрового люка d_У = 125 мм,

Д — патрубок технологического штуцера d_У= 80 мм,

Е — патрубки технологических штуцеров d_У=50 мм,

Ж — патрубок штуцера гильзы термометра d_У=50 мм,

И — патрубок штуцера манометра d_У=50 мм,

К — патрубок штуцера предохранительного клапана d_У=50 мм.

На рубашке аппарата предусмотрены штуцера ввода и вывода теплоносителя М и Н, их диаметры условного прохода d_У=32 мм,

В нижней части днища предусмотрен сливной штуцер из стали 08Х18Н10Т (сталь из которой изготовлен аппарат) — штуцер Л, его d_У =100 мм.

В таблице Ж2 приложения Ж даны размеры фланцев штуцеров в зависимости от условного прохода и условного давления в аппарате и рубашке. Таблица нужна при выполнения чертежей аппарата.

2.6 Подбор фланцевого соединения

Фланцевое соединение выбираем по табл. Ж3 приложения Ж. Принимаем фланцевое соединение, у которого уплотнительная поверхность выполнена в форме «шип-паз», фланцы плоские приварные без втулок.

Принимаем материал фланцев — сталь 08Х18Н10Т, материал прокладки — паронит, материал болтов — сталь 35Х.

Конструктивные размеры фланцев, зависящие от диаметра аппарата и давления внутри аппарата, принимаем по таблице Ж3 приложения Ж (они необходимы при выполнении чертежа общего вида аппарата).

2.7 Расчет перемешивающего устройства

Тип перемешивающего устройства задан в исходных данных на курсовой проект — мешалка турбинная.

Расчет перемешивающего устройства заключается в определении мощности, необходимой для перемешивания и выборе стандартного перемешивающего устройства.

2.7.1 Определение основных геометрических размеров мешалки

Основные расчетные размеры мешалки определяем по формулам, приведенным в приложении И, и округляем их до стандартных (они необходимы при выполнении чертежа общего вида аппарата).

Расчетный диаметр мешалки лопастной

Рисунок 7 — схема мешалки лопастной

(39)

По приложению К1 принимаем стандартную мешалку с размерами: d_м = 500 мм и

d = 25 мм. Диаметр вала мешалки принимаем больше диаметра ступицы по приложению Л: d_вал=28 мм.

Высота расположения мешалки над днищем аппарата

(40)

Остальные размеры мешалки (они необходимы при выполнении чертежей) представлены в приложении К1.

2.7.2 Мощность, необходимая на перемешивание

(41)

где d_М — диаметр мешалки, м;

n — частота вращения мешалки, об/c;

с_С — плотность перемешиваемой среды, кг/м³;

К_N — критерий мощности.

Критерий мощности зависит от типа мешалки и центробежного критерия Рейнольдса и определяется по графикам, приведенным в приложении М.

Центробежный критерий Рейнольдса определяем по формуле

. (42)

Здесь с_с=1020 кг/м³ — плотность среды в аппарате,

µ_С = 4,4 Па•с — динамический коэффициент вязкости среды. Они определяются по таблице Б1 приложения Б.

Расчетная частота вращения мешалки в об/сек в 60 раз меньше числа оборотов ее в минуту, т. е.

(43)

Находим критерий Рейнольдса

По приложению М находим критерий мощности К_N = 0,95.

Мощность, необходимая на перемешивание

При наличии различных устройств внутри аппарата мощность на перемешивание увеличивается:

(44)

где — коэффициент, учитывающий соотношение высоты жидкости и диаметра аппарата:

при h_Ж > D, (45)

при h_Ж? D Принимают К_н=1;

К₁ = 1,1 — коэффициент, учитывающий наличие гильзы термометра;

К₂ = 1,2 — коэффициент, учитывающий наличие давильной трубы (если она предусмотрена), устройства для замера уровня среды в аппарате.

Получаем:

Определяем необходимую мощность электродвигателя (Вт)

. (46)

Здесь з=0,9 — коэффициент полезного действия привода;

k_п=1,3 — коэффициент, учитывающий перегрузку двигателя в момент пуска;

Р_тр — затраты на трение в сальниковом уплотнении. Ориентировочно можно принять:

Р_тр= (3,5ч4,5) •d_вал (Вт). (47)

Здесь d_{вал -} диаметр вала мешалки в мм.

Тогда:

Р_тр= (3,5ч4,5) •d_вал = (3,5ч4,5) •28=98ч126 Вт.

Принимаем Р_тр =120Вт.

2.7.3 Выбор привода

Привод мешалки состоит из мотор-редуктора, установленного на стойке, в которой крепится опора вала мешалки, вал мешалки соединяется с валом привода с помощью муфты продольно-разъемной.

По заданному числу оборотов мешалки (n=85 об/мин) и необходимой мощности элекродвигателя Р`_э =834,57 Вт по таблице Н1 приложения Н принимаем мотор-редуктор типоразмера МРВ 0.4 с передаточным числом 16 и комплектующим электродвигателем типоразмера АИJ80А4 мощностью 1,1 кВт, габаритный размер электродвигателя (высота) L_дв= 300 мм. Условное обозначение мотор-редуктора МРВ04−16 1,1/85. Диаметр выходного вала мотор-редуктора 22 мм. Масса мотор-редуктора 41,3 кг.

Привод со стойкой выбираем по приложению П.

Масса стойки: 68 кг,

Масса привода складывается из массы мотор-редуктора и массы стойки:

m_пр = 41,3+68 = 109,3 кг

2.8 Выбор опор аппарата

Для выбора опор необходимо определить массу всего аппарата, которую можно рассчитать по формуле:

(48)

где 1,1 — коэффициент, учитывающий вес неучтенных в этой формуле частей аппарата;

3 — коэффициент, учитывающий вес днища, крышки и днища рубашки;

2 — коэффициент, учитывающий вес обечайки аппарата и рубашки;

Сначала определим массы составных частей аппарата, а потом массу всего аппарата.

Массу днища определяем по таблице Д1 приложения Д.

m_дн = 24,0 кг.

Масса обечайки

m_об= с ? V, (49)

где с — плотность металла обечайки (с = 7,8•10³ кг/м³),

V — объем металла, необходимого для изготовления обечайки.

V= р•D•H_об•S = 3,14•0,8•0,55•0,010 = 0,13 816 м³. (50)

Здесь D = 0,8 м — внутренний диаметр аппарата,

Н_об = Н - 2Н_дн = 950 — 2•200 =550 мм =0,55 м

Здесь Н_дн= 0,25•D = 0,25•800 = 200 мм =0,20 м — высота днища аппарата,

S = 0,010 м — толщина обечайки.

Тогда

m_об=7,8•10³•0,13 816= 107,7648 кг (51)

Масса m_пр = 109,3 кг — вес привода

Масса жидкостной среды в аппарате

m_ж= 0,8•V_ап ?с =0,8•0,40 •1020= 326,4 кг. (52)

Здесь 0,8 — коэффициент заполнения аппарата,

V_ап= 0,40 м³ — объем аппарата,

с=1020 кг/м³ — плотность жидкостной среды в аппарате.

Масса всего аппарата

m_ап= 1,1• (3•m_дн+2•m_об+m_пр +m_ж) = =1,1• (3•24,0+2•107,7648+109,3+326,4) =795,55 256 кг.

Вес аппарата

G_ап = 9,81• m_ап = 9,81•795,55 256? 7804,4 Н

Обычно вертикальные аппараты устанавливаются с помощью опор на межэтажном перекрытии или на металлической раме.

В качестве опор рекомендованы опорные лапы подвесных сосудов и аппаратов (ГОСТ 26 296−84 исполнения 2). Используем опорную лапу с подкладным листом для увеличения жесткости рубашки аппарата, к которой приваривается опора. Толщина подкладного листа равна толщине стенки обечайки рубашки.

Вес, который приходится на одну опору

(53)

Здесь К_Н = 1,5…2 — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между опорами, принимаем К_Н=2.

Z — количество опор.

Принимаем Z =4.

Тогда

Опору подбираем по таблице Р1 приложения Р. Принимаем лапу опорную подвесных сосудов и аппаратов с максимальной нагрузкой на одну опору 6300 Н, ее обозначение «Опорная лапа 2−6300 ГОСТ 26 296–84» .

Геометрические размеры опоры приведены в таблице Р1 приложения Р.

Выводы

В курсовом проекте выбран конструкционный материал для корпуса аппарата и рубашки, рассчитаны основные элементы аппарата:

определены расчетные параметры аппарата,

рассчитаны и выбраны стандартные толщины стенок обечайки корпуса, эллиптического днища и рубашки аппарата,

выбрано стандартное фланцевое соединение аппарата,

рассчитано перемешивающее устройство,

определены геометрические размеры мешалки,

рассчитана мощность на перемешивание и выбран привод аппарата,

подобраны стандартные опоры аппарата,

в результате проектирования выбран стандартный вертикальный аппарат, соответствующий ГОСТ 20 680– — 75.

1. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. -Л.: / Машиностроение, 1970. -750с.

2. Прикладная механика. Курсовой проект. Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством / Сост.: Герасимов В. К., Лихачев А. И. — Рубежное: ИХТ ВНУ, 2008. -60 с.

3. ГОСТ 14 249–89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 79 с.

4. Михалев М. Ф., Третьяков Н. П. и др. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи. — Л.: Машиностроение, 1984. — 300 с.

5. ГОСТ 20 680– — 75 Аппараты с механическими перемешивающими устройствами вертикальные.

6. Васильцов Э. А., Ушаков В. Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. — Л., Машиностроение, 1979 — 272 с.

7. Бакланов Н. А. Перемешивание жидкостей — Л., Химия, 1979 — 64с.

8. Канторович З. Б. Основы расчета химических машин и аппаратов — М., Машгиз, 1946 — 600 с.

9. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками — Л., Химия, 1975 — 384с.

Приложения

Приложение А

Таблица А1 — Допускаемые напряжения и модуль продольной упругости Е сталей для химических аппаратов

Приложение Б

Таблица Б1 — Рекомендуемые стали для химических аппаратов, работающих в различных агрессивных средах.

Примечание. Если для стали не указано значение скорости коррозии П, то следует принимать П = 0,1 мм/год. Параметры агрессивных веществ: С* - концентрация вещества, с — плотность, м — коэффициент динамической вязкости, П — скорость коррозии (проницаемость).

Приложение В

Рисунок В1 — Номограмма для коэффициента К₂ в зависимости от К₁ и К₃

Приложение Г

Таблица Г1 — Стандартная толщина стального листа S и минусовый допуск на толщину ДS

Приложение Д

Рисунок Д1 — Схема днища аппарата Таблица Д1 — Длина (высота) отбортованной части днища h₁, мм, в скобках указана масса днища в килограммах m_дн, кг

Приложение Е

Рисунок Е1 — Схема аппарата с рубашкой Таблица Е1 — Диаметр аппарата D, диаметр рубашки D_P, зазор между днищем корпуса и днищем рубашки а

Приложение Ж

Рисунок Ж1 — Схема расположения штуцеров на крышке аппарата

Приложение Ж (Продолжение)

Таблица Ж1 — Условные проходы штуцеров аппаратов

Рисунок Ж2 — Схема штуцера

Приложение Ж (Продолжение)

Таблица Ж2 — Фланцы штуцеров, трубопроводов, арматуры. Стальные, цельные, приварные по ГОСТ 12 820–80Р_У — условное давление, d_У — условный диаметр трубы, d_Н — наружный диаметр трубы, d_б — диаметр болтов, Z — число болтов.

Приложение Ж (Окончание)

Таблица Ж3- Фланцы стальных сварных аппаратов цельные для обечаек и днищ с внутренними базовыми размерами. Конструкция без приварной втулки (ГОСТ 28 759.2−90)

Примечание: Толщина прокладки для всех приведенных диаметров фланцев S_пр=2мм.

Таблица Ж4 — Стандартные длины болтов М20 по ГОСТ 7798–70

Приложение И

Схемы мешалок в корпусе аппарата и расчетные размеры Расчетный диаметр лопастной мешалки:

Рисунок И1 — Схема мешалки лопастной Высота расположения мешалки над днищем аппарата

Приложение К

Размеры лопастных мешалок Рисунок К1 — Схема лопастной мешалки Таблица К.1 — Параметры и размеры лопастных мешалок

Приложение Л

Стандартные диаметры валов аппаратов:

… 18, 20,22,25,28,32,36,40,45,50,56,68,71,80,90,100…

Приложение М

Графики для определения критерия К_N для мешалок

1 — для лопастных мешалок,

2 — для якорных и рамных мешалок,

3 — для турбинных мешалок

Приложение Н

Таблица Н1 — Основные параметры и габаритные размеры мотор-редукторов

Приложение П

Приводы вертикальные с редукторами типоразмеров МРВ 02, МРВ 04, МП01−05, МП01−10

Рисунок П1 — Приводы вертикальные: 1 — электродвигатель, 2 — редуктор (рис. а — типоразмер МРВ 02, рис. б — типоразмер МРВ 04, рис. в — типоразмер МП01−05, рис. г — типоразмер МП01−10), 3 — стойка вертикальная (рис. а — масса стойки 56 кг, рис. б — масса стойки 68 кг, рис. в — масса стойки 75 кг, рис. г — масса стойки 86кг) в комплекте со стойкой поставляются: 4 — муфта продольно — разъемная по диаметру выходного вала привода, 5 — подшипниковый узел, 6 — уплотнение сальниковое.

Приложение Р

Лапы опорные подвесных аппаратов Таблица Р1 — Лапы опорные подвесных аппаратов по ГОСТ 26 296–84 (Основные размеры)