Аппарат вертикальный с механическим перемешивающим устройством (122867)

Посмотреть архив целиком

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=950 мм.

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


=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)


Случайные файлы

Файл
153668.rtf
57056.rtf
126297.rtf
72751-1.rtf
138727.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.