Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством

Содержание 2.1 Определение расчетных параметров аппарата 5 2.1.1 Высота корпуса аппарата 5 2.1.2 Высота жидкости в аппарате 5 2.1.3 Расчетное внутреннее давление в аппарате 5

Содержание

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 Dр =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

Введение

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=950мм.

Внутреннее давление в аппарате Р= 1,0 МПа,

Давление в рубашке Рруб =0,5 МПа.

Среда в аппарате: анилин.

Концентрация вещества: С* = 3%.

Температура среды в аппарате t= 20°С.

Срок службы аппарата τ = 5 лет.

Тип мешалки: лопастная.

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

Плотность: ρ = 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 [1] ÷ [6].

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°С [σ] 20 =168 МПа, модуль упругости Е20 =2·105 МПа, при температуре 100°С значения этих характеристик следующие: [σ] 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°С [σ] 20 =147 МПа, Е20 =1,99·105 МПа,

при 100°С [σ] 100 =142 МПа, Е100 =1,91·105 МПа.

Значит принимаем, при t= 20°С:

[σ] 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- ( Hэ +100), (3)

где Нэ =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:

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

Для расчетов принимаем hж =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:

РР =Р+РГ , ( 5)

где РГ - гидростатическое давление среды.

Очевидно:

РГ = ρ·g· hж =1020·9,81·0,6=6003,72 Па≈0,006 МПа, (6)

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

ρ =1020 кг/м3 - плотность среды (см. таблицу Б1 приложения Б).

Оцениваем величину гидростатического давления по сравнению с давлением в аппарате

ΔР%= (РГ /р) ·100= (0,006/1,0) ·100=0,6% (7)

Если ΔР% ≤ 5%, то гидростатическое давление не учитывают (если ΔР% > 5%, то расчетное давление равно РР = Р )

В нашем случае расчетное давление равно

РР = 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 φ - 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 φ=0,9,Рр =1,0 Н/мм2 - расчетное давление,

D =800 мм - диаметр аппарата,

[σ] =168 Н/мм2 - допускаемое напряжение для стали 08Х18Н10Т.

Получаем:

SR =

2.2.2 Определение толщины стенки обечайки при нагружении осевой растягивающей силой

Осевая растягивающая сила:

(9)

Толщина стенки:

SR = (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 =Рруб = 0,5 МПа.

2.2.3.1 Расчетная длина (высота) обечайки

ℓ= h1 -ℓ' -ℓ , (11)

где ℓ'=150 мм - принимается конструктивно для удобного выполнения сварки рубашки и корпуса.

= (2/3) ·Нэ= (2/3) ·0,25· D = (2/3) ·200=133,3мм, ([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 К3 , определяется по номограмме (приложение В) в зависимости от значения коэффициентов К1 и К3 .

Коэффициент К1 :

(14)

Здесь ny =2,4 - коэффициент запаса устойчивости при рабочих условиях [4],

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

Коэффициент К3 :

К3 = ℓ/ D = 370/800 = 0,4625. (15)

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

Получаем: К2 = 0,46. Тогда толщина стенки

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

(17)

Из двух расчетных толщин SR ; SR принимаем большую величину, т.е.

SR = max (SR ; SR ) = 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. SR = 3,68 мм.

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

С = С1 + С2 + С3 . ( 19)

Здесь С1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

С1 = СЭК , ( 20)

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

СК - прибавка для компенсации коррозии:

СК = П·τ = 0,1·5 = 0,5 мм. (21)

Здесь τ = 5 лет - срок службы аппарата,

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

Тогда

С1 = СК + СЭ = 0,5+ 0 = 0,5мм.

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°С вода (пар) не вызывает коррозии легированных сталей, поэтому принимаем Пнар = 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·τ + Пнар ·τ + СЭ , (22)

где Пнар - 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 SR = (8…24) мм С2 =0,4 мм. В нашем расчете SR = 3,68 мм, поэтому мы приняли диапазон размеров больше 3мм.

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

В итоге получаем:

С = С12 + С3 = 0,75+0,4+0,3 =1,45 мм.

Толщина стенки обечайки с учетом прибавок

S' = SR = 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 [σ] =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 Рр , действующее на днище корпуса.

=

2,39 мм (24)

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

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

Рисунок 4 - Внешнее давление РН , действующие на днище корпуса.

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

(25)

где КЭ - коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.

Предварительно принимаем КЭ =0,9.

2.3.3 Конструктивная прибавка к расчетной толщине днища

С' = С1 + С2 + С3 .

Здесь также С1 = П∙τ+СЭ = 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 = S1R + 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 [σ] руб. =147 МПа и модуль упругости Еруб . =1,99·105 МПа.

2.4.1 По таблице Е1 приложения Е принимаем диаметр рубашки Dр =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 =650мм (см. п.2.1 1), =150 (см. п.2.2.3.1)

Получаем: hp =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),

РГ - гидростатическое давление в нижней части рубашки.

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

(29)

где ρВ =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 [σ] руб. =147 Н/мм2 - допускаемое напряжение материала рубашки (см. п.1.2), φ=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 SR =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)

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

С2 =0,4 мм, С3 =0,3 мм

Получаем:

Сруб = 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) Sруб = 4 мм.

2.4.4 Расчет днища рубашки

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

φ - коэффициент прочности сварного шва. Поскольку днище

предполагаем изготовить из цельной заготовки, то φ =1.

Рисунок 6 - Внутреннее давление Рруб , 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 4мм, поэтому принимаем S1руб = 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 - dу . Диаметр окружности, на которой расположены штуцера,

D2 = 550 мм.

На крышке аппарата расположены следующие штуцера:

Г - патрубок штуцера смотрового люка dУ = 125 мм,

Д - патрубок технологического штуцера dУ = 80 мм,

Е - патрубки технологических штуцеров dУ =50 мм,

Ж - патрубок штуцера гильзы термометра dУ =50 мм,

И - патрубок штуцера манометра dУ =50 мм,

К - патрубок штуцера предохранительного клапана dУ =50 мм.

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

В нижней части днища предусмотрен сливной штуцер из стали 08Х18Н10Т (сталь из которой изготовлен аппарат) - штуцер Л, его dУ =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: dм = 500 мм и

d = 25 мм. Диаметр вала мешалки принимаем больше диаметра ступицы по приложению Л: dвал =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 dМ - диаметр мешалки, м;

n - частота вращения мешалки, об/c;

ρС - 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 ρс =1020 кг/м3 - плотность среды в аппарате,

µС = 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 hЖ > D , (45)

при hЖ ≤ D Принимают Кн =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 η =0,9 - коэффициент полезного действия привода;

kп =1,3 - коэффициент, учитывающий перегрузку двигателя в момент пуска;

Ртр - затраты на трение в сальниковом уплотнении. Ориентировочно можно принять:

Ртр = (3,5÷4,5) ∙d вал (Вт). (47)

Здесь d вал - диаметр вала мешалки в мм.

Тогда:

Ртр = (3,5÷4,5) ∙d вал = (3,5÷4,5) ∙28=98÷126 Вт.

Принимаем Ртр =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) Lдв = 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: 68кг,

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

mпр = 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.

mдн = 24,0 кг.

Масса обечайки

mоб = ρ ∙ V , (49)

где ρ - плотность металла обечайки (ρ = 7,8∙103 кг/м3 ),

V - объем металла, необходимого для изготовления обечайки.

V= π∙ D∙ Hоб S = 3,14∙0,8∙0,55∙0,010 = 0,013816 м3 . (50)

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

Ноб = Н - 2Ндн = 950 - 2∙200 =550 мм =0,55 м

Здесь Ндн = 0,25∙D = 0,25∙800 = 200 мм =0,20 м - высота днища аппарата,

S = 0,010 м - толщина обечайки.

Тогда

mоб =7,8∙103 ∙0,013816= 107,7648 кг (51)

Масса mпр = 109,3 кг - вес привода

Масса жидкостной среды в аппарате

mж = 0,8∙Vап ∙ρ =0,8∙0,40 ∙1020= 326,4 кг. (52)

Здесь 0,8 - коэффициент заполнения аппарата,

Vап = 0,40 м3 - объем аппарата,

ρ =1020 кг/м3 - плотность жидкостной среды в аппарате.

Масса всего аппарата

mап = 1,1∙ (3∙mдн +2∙mоб +mпр +mж ) = =1,1∙ (3∙24,0+2∙107,7648+109,3+326,4) =795,55256 кг.

Вес аппарата

Gап = 9,81∙ mап = 9,81∙795,55256 ≈ 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 26296-84 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 КН = 1,5…2 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между опорами, принимаем КН =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 26296-84".

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 20680 - 75.

Список литературы

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 14249-89. 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 20680 - 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

Марка стали Толщина, мм , МПа при температуре °С Е·10-5 , МПа при температуре °С
20 100 150 20 100 150
ВМСтЗсп до 20 154 149 145 1,99 1,91 1,86
свыше 20 140 134 131 1,99 1,91 1,86
20, 20К до 60 147 142 139 1,99 1,91 1,86
08Х18Н10Т любая 168 156 148 2,00 2,00 1,99
10Х17Н13М2Т любая 184 174 168 2,00 2,00 1,99
08Х21Н6М2Т любая 233 200 193 2,00 2,00 1,99

Приложение Б

Таблица Б1 - Рекомендуемые стали для химических аппаратов,

работающих в различных агрессивных средах.

Наименование вещества

С*,

%

t,

ºС

ρ,

кг/м3

μ,

Па∙с

Марка стали
Азотная кислота НNO3 50 20 1310 1,88

08Х18Н10Т

08Х21Н6М2Т

60 1260 0,9
100 20 1510 0,8
100 1370 0,35
Анилин 3 20 1020 4,4

08Х18Н10Т

08Х21Н6М2Т

Дихлорэтан

СН2 Сℓ·СН2 Сℓ

100 40 1220 0,65

08Х18Н10Т

10Х18Н9ТА

80 1160 0,42

Едкий натр

NaOH

10 60 1090 0,91

ВМСтЗсп, 20К

08Х18Н10Т

08Х21Н6М2Т

30 100 1275 1,82

Едкий кали

КОН

10 20 1100 1,86 ВМСтЗсп, 20К

Серная кислота

Н2 SO4

98 20 1837 25,8 ВМСтЗсп, 20К
олеум 20%SO3 60 1844 9,0

08Х18Н10Т

08Х21Н6М2Т

10Х17Н13М2Т

Вода пресная 20 ВМСтЗсп, 20К, 20, П=0,05 мм/год
100 ВМСтЗсп, 20К, 20, П=0,1 мм/год
20…100 Легированные стали П=0,000 мм/год

Примечание. Если для стали не указано значение скорости коррозии П, то следует принимать П = 0,1 мм/год. Параметры агрессивных веществ: С* - концентрация вещества, ρ - плотность, μ- 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 ΔS

S

мм

4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22

ΔS

мм

-0,4 -0,5 -0,6 -0,8

Приложение Д

Рисунок Д1 - Схема днища аппарата

Таблица Д1 - Длина (высота) отбортованной части днища h1 , мм,

в скобках указана масса днища в килограммах mдн , кг

D мм S1 , мм
4 5 6 8 10 12 14
700 25 (18,6) 25 (23,4) 25 (28,1) 25 (37,7) 25 (47,4) 25 (57,1) 25 (67,5)
800 25 (24,0) 25 (30,1) 25 (36,2) 25 (48,5) 25 (60,9) 25 (73,5) 40 (90,3)
900 25 (30) 25 (37,3) 25 (45,3) 25 (60,7) 25 (76,2) 40 (95,9) 40 (112)
1000 - 25 (46,2) 25 (55,5) 25 (74,3) 25 (93,2) 40 (117) 40 (137)
1100 - - 25 (66,7) 25 (89,2) 40 (115) 40 (140) 40 (164)
1200 - - 25 (78,9) 25 (105) 40 (137) 40 (165) 40 (193)
1300 - - 25 (95,4) 25 (127) 40 (159) 40 (192) 40 (224)
1400 - - 25 (106) 40 (146) 40 (183) 40 (221) 40 (258)
1500 - - 25 (121) 40 (167) 40 (209) 40 (252) 40 (295)

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

D,

мм

DP ,

мм

а,

мм

700 800 30
800 900
900 1000
1000 1100
1200 1300
1400 1500

Приложение Ж

Рисунок Ж1 - Схема расположения штуцеров на крышке аппарата

Приложение Ж (Продолжение)

Таблица Ж1 - Условные проходы штуцеров аппаратов

Диаметр

корпуса

D, мм

Диаметр условного прохода штуцера dу , мм D2, мм Вылет штуцера, мм
Г Д Е Ж И К Л М, Н
700 100 80 50 50 25 32 100 32 510 80
800, 900 125 80 50 50 32 50 100 32 550 80
1000, 1100 150 100 80 50 50 80 100 50 700 100
1200, 1300 250 150 100 50 50 100 100 50 800 150
1400, 1500 250 150 100 50 50 100 100 50 940 150

Рисунок Ж2 - Схема штуцера

Приложение Ж (Продолжение)

Таблица Ж2 - Фланцы штуцеров, трубопроводов, арматуры. Стальные, цельные, приварные по ГОСТ 12820-80РУ - условное давление, dУ - условный диаметр трубы, dН - наружный диаметр трубы, dб - диаметр болтов, Z - число болтов.

РУ ,

МПа

dУ dН Dф Dб D1 dб Z

h,

мм

h1

мм

Масса,

кг

мм
0,3 25 32 100 75 75 М10 4 10 2 0,55
0,6 25 32 100 75 60 М10 4 12 2 0,64
1,0 25 32 115 85 68 М12 4 12 2 0,89
0,3 32 38 120 90 95 М12 4 10 2 0,79
0,6 32 38 120 90 70 М12 4 13 2 1,01
1,0 32 38 136 100 78 М16 4 14 2 1,40
0,3 50 59 140 110 110 М12 4 10 3 1,04
0,6 50 59 140 110 90 М12 4 13 3 1,33
1,0 50 59 160 125 102 М16 4 15 3 2,06
0,3 100 110 205 170 155 М16 4 11 3 2,14
0,6 100 110 205 170 148 М16 4 15 3 2,85
1,0 100 110 215 180 158 М16 8 19 3 3,96
0,3 150 154 260 225 202 М16 8 13 3 3,61
0,6 150 154 260 225 202 М16 8 17 3 4,39
1,0 150 154 280 240 212 М20 8 21 3 6,62
0,3 250 273 370 335 312 М16 12 18 3 6,95
0,6 250 273 370 335 312 М18 12 18 3 7,67
1,0 250 273 390 350 320 М22 12 22 3 10,65

Приложение Ж (Окончание)

Таблица Ж3- Фланцы стальных сварных аппаратов цельные для обечаек и днищ с внутренними базовыми размерами. Конструкция без приварной втулки (ГОСТ 28759.2-90)

D, мм Ру , Мпа Испол. Dф , мм Dб , мм Dшип , мм Dпаз , мм Dпр , мм а, мм b, мм h, мм dотв , мм dб , мм n,шт Масса, кг
700 0,3 3 820 780 743 12 25 15 23 М20 24 21,8
2 744 752 14 20,8
0,6 3 743 12 35 28 31,8
2 744 752 14 30,8
1,0 3 840 800 763 12 32 38
2 764 772 14 36,9
800 0,3 3 920 880 841 12 25 28 24,6
2 842 852 14 23,5
0,6 3 841 12 35 32 35,9
2 842 852 14 34,8
1,0 3 945 905 865 12 40 40 51,5
2 866 876 14 50,4
1000 0,3 3 1130 1090 1050 13 30 36 41,5
2 1052 1062 15,5 39,9
0,6 3 1050 13 40 44 65,7
2 1052 1062 15,5 55,1
1,0 3 1145 1105 1064 13 50 80,9
2 1066 1067 15,5 79,3
1200 0,3 3 1330 1290 13 35 58,4
2 1248 1260 15,5 56,6
0,6 3 13 45 76,4
2 1248 1260 15,5 74,6
1,0 3 1350 1310 13 60 121,1
2 1268 1280 15,5 119,3
1400 0,3 3 1530 1490 13

35

48 68
2 1448 1460 15,5 65,9
0,6 3 13 50 52 99,2
2 1448 1460 15,5 97,1
1,0 3 1550 1510 13 60 68 138,5
2 1470 1484 15,5 136,5

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

Таблица Ж4 - Стандартные длины болтов М20 по ГОСТ 7798-70

Болт Стандартная длина
М20 …50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 220, 240…

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

dм dступ b Dступ hст s Масса, кг
400 22 40 50 50 6 1,34
450 45 1,83
500 25 50 63 70 8 2,89
560 56 3,40
630 32 64 80 4,00
710 72 90 10 6,30
800 45 80 90 7,50

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

Число оборотов n, об/мин Типоразмер Передаточное число Диаметр выходного вала dвал , мм Комплектующий электродвигатель Масса мотор-редуктора, кг
Типоразмер

Мощность,

кВт

Габаритный размер Lдв , мм

180

МРВ 02

7,7

18

АИУ63А4 0,25 245 22,1
АИУ63В4 0,37 245 22,6
АИУ71А4 0,55 265 26,1
АИУ71В4 0,75 265 27,1
МРВ 04 22 АИУ80А4 1,1 300 32,6
АИУ80В4 1,5 300 35,6
МП01-05 5,74 30 АИМ100L6 2,2 394 66,5
АИМ112МА6 3 444 80
МП01-10 40 АИМ112МВ6 4 444 84
АИМ132S6 5,5 435 90

37,5

МРВ 02 39,6

18

АИУ63А4 0,25 245 27,3
АИУ63В4 0,37 245 28,3
АИУ71А4 0,55 265 31,8
АИУ71В4 0,75 265 32,8

МРВ 04

22 АИУ80А4 1,1 300 28,3
АИУ80В4 1,5 300 41,3
МП01-05 26,7 30 АИМ100L6 2,2 394 66,5
АИМ112МА6 3 444 80
МП01-10 40 АИМ112МВ6 4 444 84
АИМ132S6 5,5 435 90
56 МРВ 02 25,2 18 АИУ63А4 0,25 245 27,3
АИУ63В4 0,37 245 28,3
АИУ71А4 0,55 265 31,8
АИУ71В4 0,75 265 32,8

МРВ 04

22 АИУ80А4 1,1 300 28,3
АИУ80В4 1,5 300 41,3
МП01-05 17,9 30 АИМ100L6 2,2 394 66,5
АИМ112МА6 3 444 80
МП01-10 40 АИМ112МВ6 4 444 84
АИМ132S6 5,5 435 90
85 МРВ 02 16 18 АИУ63А4 0,25 245 27,3
АИУ63В4 0,37 245 28,3
АИУ71А4 0,55 265 31,8
АИУ71В4 0,75 265 32,8

МРВ 04

22 АИУ80А4 1,1 300 28,3
АИУ80В4 1,5 300 41,3
МП01-05 11,8 30 АИМ100L6 2,2 394 66,5
АИМ112МА6 3 444 80
МП01-10 40 АИМ112МВ6 4 444 84
АИМ132S6 5,5 435 90

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 56кг, рис. б - масса стойки 68кг, рис. в - масса стойки 75кг, 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 26296-84 (Основные размеры)

Нагрузка

на лапу, Н

L S f H a b с dболт

Масса

лапы, кг

Нлист Sлист
мм мм
6300 60 60 50 95 25 4 10 16 0,4 135 80
10000 80 80 65 125 30 4 15 24 0,7 175 105
16000 100 105 85 170 35 5 20 24 1,5 235 140
25000 145 155 130 245 45 6 25 24 3,8 355 210
40000 195 210 180 360 55 8 25 35 9,2 505 300
63000 240 240 215 430 65 8 25 35 13,5 600 360
100000 250 270 240 460 70 10 30 42 18 650 390