Содержание
Введение
1. Выбор конструкционных материалов и их механическиххарактеристик
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 внутреннимрасчетным избыточным давлением определяетсявыражением
2.2.2 Определение толщины стенки обечайки при нагруженииосевой растягивающей силой
2.2.3 Толщину стенки обечайки, нагруженной наружнымдавлением, находят из условия устойчивости обечайки от наружного давления
2.3 Расчет эллиптического днища
2.3.1 Толщина стенки днища, нагруженного внутреннимрасчетным избыточным давлением, определяетсявыражением
2.3.2 Толщина стенки днища, нагруженного наружнымдавлением, 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 одногоили нескольких химических, физических или физико-химических процессов. Перерабатываемыев аппарате вещества могут быть в любом агрегатном состоянии и различнойхимической активности. Различными могут быть температурные режимы и давления.
Характер работы аппаратов бывает непрерывный ипериодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или наоткрытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающейперемещение аппарата).
Аппараты с перемешивающими устройствами являются наиболеераспространенным видом оборудования, используемого в химической технологии дляпроведения различных физических и химических процессов. Выбор аппаратов сперемешивающими устройствами и конструктивные особенности аппаратовопределяются характеристикой процесса, свойствами перемешиваемой среды,производительностью технологической линии, температурными параметрами процессаи давлением, при котором процесс осуществляется. Такое многообразие факторов,влияющих на выбор конструкции, затрудняют задачу оптимального проектированияаппаратов. Решение этой задачи требует знания гидродинамических, физических ихимических механизмов процесса, зависит от наличия конструкционных материалов,степени разработки стандартных конструкционных решений и от возможностейрасчета нетривиальных конструкций в тех случаях, когда стандартные методыконструирования становятся неприемлемыми.
Столь сложные проблемы могут быть решены лишь на основедетального изучения отдельных характеристик оборудования с тем, чтобы на этойоснове выбрать те основные параметры аппарата, которые ответственны за скоростьпротекания процесса в целом и оказывают влияние на конструктивное егооформление.
Расчет заключается в определении конструктивных размероваппарата 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 механическиххарактеристик
Согласно задания проекта применяем высоколегированную сталь08Х18Н10Т. Это сталь аустенитного класса, обладает стойкостью почти ко всемсредам, 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 температуре100°С значения этих характеристик следующие: [σ] 100=156 МПа=156 Н/мм2, Е100=2·105 МПа.
Для материала рубашки (сталь 20К) допускаемое напряжение имодуль упругости также находим линейным интерполированием аналогичнорассмотренному:
при 20°С [σ] 20=147 МПа, Е20=1,99·105МПа,
при 100°С [σ] 100=142 МПа, Е100=1,91·105МПа.
Значит принимаем, при t= 20°С:
[σ] 20 =168 МПа (1)
Е20=2,00·105 МПа (2)
2. Расчет основных элементов аппарата2.1 Определение расчетных параметров аппарата2.1.1 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 высотуцилиндрической 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 высотыкорпуса аппарата на 50-100 мм, получаем:
hж=h1- (50…100) = 650- (50…100) =600…500 м. (4)
Для расчетов принимаем hж=600мм=0,6м.2.1.3 Расчетное внутреннее давление в аппарате
Расчетное внутреннее давление в аппарате складывается иззаданного 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=6003,72Па≈0,006 МПа, (6)
здесь g=9,81 м/с2 — ускорение свободногопадения,
ρ=1020 кг/м3- плотностьсреды (см. таблицу Б1 приложения Б).
Оцениваем величину гидростатического давления по сравнению сдавлением в аппарате
ΔР%= (РГ/р) ·100= (0,006/1,0) ·100=0,6%(7)
Если ΔР% ≤ 5%, то гидростатическоедавление не учитывают (если ΔР% > 5%, то расчетное давлениеравно РР = Р)
В нашем случае расчетное давление равно
РР = Р = 1,0 МПа.2.2 Расчет обечайки корпуса
В процессе работы аппарата обечайка испытывает следующиедеформации:
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 нагружениивнутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением
/>, (8)
где φ — коэффициент прочности продольного сварного шва,который принимается в зависимости от типа сварного шва, вида сварки и длиныконтролируемых швов. Ориентировочно его значение принимают в пределах 0,65-0,9.Принимаем φ=0,9,Рр =1,0 Н/мм2 — расчетноедавление,
D=800 мм — диаметр аппарата,
[σ] =168 Н/мм2 — допускаемое напряжение длястали 08Х18Н10Т.
Получаем:
SR= />2.2.2 Определение толщины стенки обечайки принагружении осевой растягивающей силой
Осевая растягивающая сила:
/> (9)
Толщина стенки:
SR=/> (10)
2.2.3 Толщину стенки обечайки, нагруженной наружнымдавлением, находят из условия устойчивости обечайки от наружного давления
/>
Рисунок 2 — К расчету высоты обечайки корпуса
Для корпуса аппарата наружным давлением является давление врубашке
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 удобноговыполнения сварки рубашки и корпуса.
ℓ″= (2/3) ·Нэ= (2/3) ·0,25·D= (2/3) ·200=133,3мм, ([3], стр.12). (12)
Здесь ℓ″ — размер, учитывающийчасть высоты эллиптического днища, влияющий на потерю устойчивости обечайкикорпуса аппарата.
Получаем ℓ= 650-150-133,3 = 366,7 мм.
Принимаем ℓ= 370 мм (округляем в сторонуувеличения).
2.2.3.2 Толщина стенки обечайки
Толщина стенки обечайки определяется по формуле
/> (13)
Здесь коэффициент К2, зависящий откоэффициентов К1 и К3,определяется по номограмме (приложение В) в зависимости от значениякоэффициентов К1 и К3.
Коэффициент К1:
/> (14)
Здесь ny=2,4 — коэффициент запаса устойчивости при рабочихусловиях [4],
Е=2·105 Н/мм2 — модульпродольной 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. Тогдатолщина стенки
SR′=K2·D·10-2=0,46·800·10-2=3,68 мм. (16)
/> (17)
Из двух расчетных толщин SR′;SR″ принимаембольшую 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 тризначения толщины стенки обечайки корпуса 2,7 мм; 1,3 мм; 3,68 мм. Принимаембольшее из них, т.е. SR= 3,68 мм.
Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:
С = С1+ С2+ С3.(19)
Здесь С1 — прибавка для компенсациикоррозии и эрозии:
С1= СЭ +СК, (20)
где СЭ — прибавка для компенсации эрозии. СЭ=0,т.к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивныечастицы,
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 = 0,1мм/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 легированныхсталей, 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 наружнойстороны от воды (пара). Значение ее принимается по таблице А1 приложения А.
С2 — прибавка для компенсации минусовогодопуска листа стали при изготовлении. Минусовый допуск выбираем по таблице Г1приложения Г). Для толщины SR= (8…24) мм С2=0,4 мм. В нашемрасчете SR=3,68 мм, поэтому мы приняли диапазон размеров больше 3мм.
С3 — прибавка технологическая (учитывает утончениелиста 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'= SR+С = 3,68+1,45 = 5,13 мм. (23)
Исполнительная толщина стенки обечайки корпуса, принятая постандарту (табл. Г1 приложения Г) S=6 мм.2.3 Расчет эллиптического днища
Согласно заданию в аппарате предусмотрены эллиптическиеднище и крышка.
Для днища и крышки принята сталь 08Х18Н10Т (см. п.1.2) сдопускаемым напряжением [σ] =168 МПа и модулем упругости Е=2·105МПа.
В процессе работы аппарата днище корпуса испытываетследующие деформации:
растяжение от внутреннего давления,
сжатие (потеря устойчивости формы днища) от наружногодавления — давления в рубашке.2.3.1 Толщина стенки днища, нагруженного внутреннимрасчетным избыточным давлением, определяется выражением
/>
Рисунок 3 — Внутреннее давление Рр, действующеена 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. Принимаемднище не сварное, а цельное штампованное, поэтому φ = 1.
/>
Рисунок 4 — Внешнее давление РН, действующиена днище корпуса.2.3.2 Толщина стенки днища, нагруженного наружнымдавлением, рассчитывается по формуле
/>(25)
где КЭ — коэффициент приведения радиусакривизны эллиптического днища.
Предварительно принимаем КЭ=0,9.2.3.3 Конструктивная прибавка к расчетной толщинеднища
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 ммпо 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 длинацилиндрической отбортованной части h, большепараметра
/>, т.е. /> S1 ≥S.
Длину (высоту) отбортованной части при D=800мм и S1=4 мм принимаем по таблице Д1приложения Д: h = 25 мм.
Определяем параметр
/> (26)
Замечаем, что />= 47,33>h=25, поэтому можно принять S1S. Принимаем S1=4мм.
Толщину крышки аппарата принимают такой же как и толщинуднища S1=4 мм.2.4 Расчет рубашки аппарата
Согласно заданию рубашка гладкая приварная (не отъемная).
Для рубашки выбрана (см. п.1.1, 1.2) качественнаяуглеродистая конструкционная сталь 20К, у которой допускаемое напряжение [σ]руб. =147 МПа и модуль упругости Еруб. =1,99·105МПа.
2.4.1 По таблице Е1 приложения Е принимаем диаметррубашки Dр=900 мм, параметр а = 30 мм
/>
Рисунок 5 — К расчету высоты рубашки2.4.2 Высота рубашки с учетом днища (без толщиныднища)
/> (27)
h1=650мм (см. п.2.11), />=150 (см. п.2.2.3.1)
Получаем: hp=650+30-150=830мм
2.4.3 Расчет обечайки рубашки
В процессе работы аппарата обечайка рубашки испытываетследующие деформации:
растяжение в окружном направлении от внутреннего давления врубашке, 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- заданноедавление в рубашке (0,4 МПа),
РГ — гидростатическое давление в нижнейчасти рубашки.
Учитывая, что нагрев аппарата может производиться горячейводой, имеем:
/> (29)
где ρВ=1000 кг/м3 — плотность воды.
Оцениваем величину гидростатического давления
/>. (30)
Если ∆Р% ≤ 5%, то гидростатическоедавление не учитывают. В нашем примере ∆Р%=2,035%, поэтому расчетноедавление в рубашке
/>= 0,5 МПа. (31)
2.4.3.3 Толщина стенки обечайки рубашки от внутреннегорасчетного давления
/>(32)
Здесь [σ] руб. =147 Н/мм2 — допускаемое напряжение материала рубашки (см. п.1.2), φ=0,9 — коэффициентпрочности сварного шва.
2.4.3.4 Осевая растягивающая сила для рубашки
/>(33)
2.4.3.5 Толщина стенки обечайки рубашки от осевойрастягивающей силы
/>(34)
Из двух полученных значений расчетной толщины стенкипринимаем 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. Б1приложения 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 идля рубашки тоже принимаем эллиптическое днище с диаметром Dруб=900мм.
Толщина стенки днища рубашки при нагружении внутреннимдавлением определяется по формуле:
/>/> (38)
Здесь R — радиус кривизны в вершине днища. Для стандартных эллиптических днищ R=Dр=900 мм,
φ — коэффициент прочности сварного шва. Посколькуднище
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 стаблицей Д1 приложения Д: при диаметре 900 мм минимальная толщина стенки днищасоставляет 4мм, поэтому принимаем S1руб= 4 мм. Длина отбортованной части h=25 мм.
2.5 Параметры штуцеров аппарата
Аппараты имеют технологические штуцера, а также штуцера дляконтрольно-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 расположеныштуцера,
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=50мм,
Ж — патрубок штуцера гильзы термометра dУ=50мм,
И — патрубок штуцера манометра dУ=50мм,
К — патрубок штуцера предохранительного клапана dУ=50 мм.
На рубашке аппарата предусмотрены штуцера ввода и выводатеплоносителя М и Н, их диаметры условного прохода dУ=32мм,
В нижней части днища предусмотрен сливной штуцер из стали08Х18Н10Т (сталь из которой изготовлен аппарат) — штуцер Л, его dУ=100 мм.
В таблице Ж2 приложения Ж даны размеры фланцев штуцеров взависимости от условного прохода и условного давления в аппарате и рубашке. Таблицанужна при выполнения чертежей аппарата.2.6 Подбор фланцевого соединения
Фланцевое соединение выбираем по табл. Ж3 приложения Ж. Принимаемфланцевое соединение, у которого уплотнительная поверхность выполнена в форме«шип-паз», фланцы плоские приварные без втулок.
Принимаем материал фланцев — сталь 08Х18Н10Т, материалпрокладки — паронит, материал болтов — сталь 35Х.
Конструктивные размеры фланцев, зависящие от диаметрааппарата и давления внутри аппарата, принимаем по таблице Ж3 приложения Ж (онинеобходимы при выполнении чертежа общего вида аппарата).2.7 Расчет перемешивающего устройства
Тип перемешивающего устройства задан в исходных данных накурсовой проект — мешалка турбинная.
Расчет перемешивающего устройства заключается в определениимощности, необходимой для перемешивания и выборе стандартного перемешивающегоустройства.2.7.1 Определение основных геометрических размеровмешалки
Основные расчетные размеры мешалки определяем по формулам,приведенным в приложении И, и округляем их до стандартных (они необходимы привыполнении 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 мешалкипринимаем больше диаметра ступицы по приложению Л: dвал=28мм.
Высота расположения мешалки над днищем аппарата
/> (40)
Остальные размеры мешалки (они необходимы при выполнениичертежей) представлены в приложении К1.2.7.2 Мощность, необходимая на перемешивание
/>, (41)
где dМ — диаметрмешалки, м;
n — частота вращения мешалки, об/c;
ρС — плотность перемешиваемой среды,кг/м3;
КN — критерий мощности.
Критерий мощности зависит от типа мешалки и центробежногокритерия 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 коэффициентвязкости среды. Они определяются по таблице Б1 приложения Б.
Расчетная частота вращения мешалки в об/сек в 60 раз меньшечисла оборотов ее в минуту, т.е.
/> (43)
Находим критерий Рейнольдса
/>
По приложению М находим критерий мощности КN= 0,95.
Мощность, необходимая на перемешивание
/>/>
При наличии различных устройств внутри аппарата мощность наперемешивание увеличивается:
/>, (44)
где /> - коэффициент,учитывающий соотношение высоты жидкости и диаметра аппарата:
при hЖ > D />, (45)
при hЖ ≤ D ПринимаютКн=1;
К1 = 1,1 — коэффициент, учитывающийналичие гильзы термометра;
К2 = 1,2 — коэффициент, учитывающийналичие давильной трубы (если она предусмотрена), устройства для замера уровнясреды в аппарате.
Получаем:
/>
Определяем необходимую мощность электродвигателя (Вт)
/>. (46)
Здесь η=0,9 — коэффициент полезного действияпривода;
kп=1,3 — коэффициент, учитывающийперегрузку двигателя в момент пуска;
Ртр — затраты на трение в сальниковомуплотнении. Ориентировочно можно принять:
Ртр= (3,5÷4,5) ∙dвал (Вт). (47)
Здесь dвал — диаметр вала мешалки в мм.
Тогда:
Ртр= (3,5÷4,5) ∙dвал = (3,5÷4,5) ∙28=98÷126Вт.
Принимаем Ртр =120Вт.
/>
2.7.3 Выбор привода
Привод мешалки состоит из мотор-редуктора, установленного настойке, в которой крепится опора вала мешалки, вал мешалки соединяется с валомпривода с помощью муфты продольно-разъемной.
По заданному числу оборотов мешалки (n=85об/мин) и необходимой мощности элекродвигателя Р`э =834,57 Вт потаблице Н1 приложения Н принимаем мотор-редуктор типоразмера МРВ0.4 с передаточным числом 16 и комплектующим электродвигателемтипоразмера АИJ80А4 мощностью 1,1кВт, габаритный размер электродвигателя (высота)Lдв= 300 мм. Условное обозначениемотор-редуктора МРВ04-16 1,1/85. Диаметр выходного вала мотор-редуктора 22 мм. Массамотор-редуктора 41,3 кг.
Привод со стойкой выбираем по приложению П.
Масса стойки: 68кг,
Масса привода складывается из массы мотор-редуктора и массыстойки:
mпр = 41,3+68 =109,3 кг2.8 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 этойформуле частей аппарата;
3 — коэффициент, учитывающий вес днища, крышки и днищарубашки;
2 — коэффициент, учитывающий вес обечайки аппарата и рубашки;
Сначала определим массы составных частей аппарата, а потоммассу 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 — внутреннийдиаметр 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 — плотностьжидкостной 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 ≈ 7804,4Н
Обычно вертикальные аппараты устанавливаются с помощью опорна межэтажном перекрытии или на металлической раме.
В качестве опор рекомендованы опорные лапы подвесных сосудови аппаратов (ГОСТ 26296-84 исполнения 2). Используем опорную лапу с подкладнымлистом 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 лапуопорную подвесных сосудов и аппаратов с максимальной нагрузкой на одну опору 6300Н, ее обозначение «Опорная лапа 2-6300 ГОСТ 26296-84».
Геометрические размеры опоры приведены в таблице Р1приложения Р.
Выводы
В курсовом проекте выбран конструкционный материал длякорпуса аппарата и рубашки, рассчитаны основные элементы аппарата:
определены расчетные параметры аппарата,
рассчитаны и выбраны стандартные толщины стенок обечайкикорпуса, эллиптического днища и рубашки аппарата,
выбрано стандартное фланцевое соединение аппарата,
рассчитано перемешивающее устройство,
определены геометрические размеры мешалки,
рассчитана мощность на перемешивание и выбран приводаппарата,
подобраны стандартные опоры аппарата,
в результате проектирования выбран стандартный вертикальныйаппарат, соответствующий ГОСТ 20680 — 75.
Список литературы
1. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основыконструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. -Л.: /Машиностроение, 1970. -750с.
2. Прикладная механика. Курсовойпроект. 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. — 79с.
4. Михалев М.Ф., Третьяков Н.П. и др.Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры изадачи. — Л.: Машиностроение, 1984. — 300 с.
5. ГОСТ 20680 — 75 Аппараты смеханическими перемешивающими устройствами вертикальные.
6. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппаратыдля перемешивания жидких сред: Справочное пособие. — Л., Машиностроение, 1979 — 272 с.
7. Бакланов Н.А. Перемешиваниежидкостей — Л., Химия, 1979 — 64с.
8. Канторович З.Б. Основы расчетахимических машин и аппаратов — М., Машгиз, 1946 — 600 с.
9. Стренк Ф. Перемешивание иаппараты с мешалками — Л., Химия, 1975 — 384с.
Приложения
Приложение А
Таблица А1 — Допускаемые напряжения /> и модуль продольной
упругости Е сталей для химических аппаратовМарка 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
СН2Сℓ·СН2Сℓ 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
Н2SO4 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 скоростикоррозии 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 К2в зависимости от К1 и К3
Приложение Г
Таблица Г1 — Стандартная толщина стального листа S иминусовый 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 — Диаметраппарата D, диаметр рубашки DP, 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 ГОСТ12820-80РУ — условное давление, dУ — условный диаметр трубы, dН — наружныйдиаметр 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 базовымиразмерами. 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 диаметровфланцев Sпр=2мм.
Таблица Ж4 — Стандартные длины болтов М20 по ГОСТ 7798-70Болт 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 лопастныхмешалок
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 КNдля 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-редукторовЧисло 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 стойкойпоставляются: 4 — муфта продольно — разъемная по диаметру выходного валапривода, 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