Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством

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.

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

Здесь ℓ
″
- размер, учитывающий часть высоты эллиптического днища, влияющий на потерю устойчивости обечайки корпуса аппарата.

Получаем ℓ
= 650-150-133,3 = 366,7 мм.

Принимаем ℓ
= 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
= СЭ
+СК
, (
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 = 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 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	1 34	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