Аппарат с механическим перемешивающим устройством (301906)

Посмотреть архив целиком

САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра: Машины и аппараты химических производств.







Курсовой проект по курсу

Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли


Тема проекта

Аппарат с механическим перемешивающим устройством


Вариант: 16



Работу выполнил

Студент гр. 364

Баранов Д.А.

Руководитель

Незамаев Н.А.





Санкт – Петербург2010г.


Описание конструкции и работы аппарата


Аппараты вертикальные с перемешивающими устройствами применяются для осуществления в них различных химико-технологических процессов, происходящих в жидкой фазе.


1-корпус

2 – привод

3- уплотнение

А

4 - мешалка

Рисунок 1 Основные составные части аппарата


Данный аппарат, представленный на рисунке 1, состоит из сварного корпуса 1, в который через штуцер А поступает 30% среда Pb(NO3)2, которая попадая в аппарат перемешивается лопастной мешалкой 3, и далее выходит через сливной штуцер Б. Аппарат оснащен рубашкой, предназначенной для теплообмена, и люком-лазом В. Мешалка вращается с помощью привода 2, который оснащен торцевым уплотнением, для избежание попадания перемешивающей среды в подшипниковый узел.


  1. Выбор конструктивных элементов аппарата


При конструировании и расчете химических аппаратов конструктору приходится иметь дело с рядом основных узлов и деталей, образующих тот или иной аппарат.

К основным узлам и деталям химических аппаратов можно отнести: обечайки, днища, укрепления отверстий в стенках, фланцевые и резьбовые соединения, крышки, штуцера, вводы и выводы труб, указатели уровня, смотровые окна, опоры аппаратов, перемешивающие устройства и приводы к ним.

Конструирование химической аппаратуры необходимо производить с максимальным использованием нормализованных узлов и деталей. При конструировании необходимо знать технологию изготовления и сборки аппарата, условия транспортирования и монтажа, требования надежности и безопасности в эксплуатации, а также и другие специфические требования, предъявляемые к химическому аппарату или его узлу. Узлы и детали должны иметь простую форму, быть технологичными в изготовлении, размеры их определяют исходя из условий прочности, жесткости и надежности конструкции.

Всегда следует стремиться к экономии материала и уменьшению массы деталей, узлов и аппарата в целом, но без ущерба для предъявляемых к ним требований. Изготовление деталей необходимо предусматривать с минимальными отходами (при раскрое деталей из листов, при механической обработке на станках т.д.).


    1. Параметры корпуса аппарата


Из методического указания [1] по исходным данным подбираем габаритные размеры корпуса аппарата.


Рисунок 2


Таблица 1 Конструктивные параметры корпуса аппарата цельносварного с коническим днищем и рубашкой

Нормальный

Объем, м³

Размеры, мм

D

D1

H

L

H2

H3

H4

h

h1

b

l

б

H6

12.5

2400

2600

4035

1100

3395

150

350

1850

100

240

375

8

1384



Рисунок 3 Расположение штуцеров на корпусе с эллиптической крышкой


Таблица 2 Условные диаметры штуцеров для корпусов с эллиптической крышкой

Внутр. диаметр аппарата

Диаметр штуцера, мм

А

Б, Л

В

Г

Е

Ж

З

М, М1, М2

2400

250

100

200

150

100

М27х2

200

80

Внутр. диаметр аппарата

Диаметр штуцера, мм

Размеры, мм

Н, Н1

О

П

R

R2

D2

Вылет штуцера

2400

80

1500

500

700

750

1600

200


Таблица 3

Назначение штуцеров для корпусов с эллиптическими крышками

Назначение штуцеров

Обозначение

Назначение штуцеров

Обозначение

Для загрузки

А

Технологический

З

Резервный

Б,Л

Вход и выход теплоносителя

М, М1, М2

Технологический

Г

Для слива

О

Для манометра

Е

Люк

П

Для термометра

Ж



    1. Подбор привода аппарата


Исходя из исходных данных, по [6] выбираем возможные варианты типов привода. В данном случае при мощности 10 кВт и 170 об/мин, возможные варианты: типы 2, 3, 5

Выбираем Тип 2, Исполнение 1 для установки на крышке аппарата. Для аппаратов с избыточным давлением не более 3,2 МПа и оборотами 20-320 об/мин выбираем Габарит 1.


Рисунок 4 Привод перемешивающего устройства Тип 2 исполнение 1


Таблица 4 Размеры привода перемешивающего устройства

Габарит

d

B

C

L

H1

H2

H3

2

65

695

475

280

758

350

30

Габарит

H4

h

S

S1

l

l1

l2

2

10

1375

16

20

390

772

480

Габарит

l3

l4

D

D4

t

b

Масса

2

27

135

430

105

34,18

16

615


H = 1640 мм по [2]


    1. Выбор материала для изготовления аппарата


При конструировании химической аппаратуры конструкционные материалы должны отвечать следующим основным требованиям:


  1. Достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными параметрами по концентрации среды, ее температуре и давлению, при которых осуществляется технологический процесс, а также стойкость против других возможных видов коррозионного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия сопряженных металлов в электролитах, коррозия под напряжением).

  1. Достаточная механическая прочность для заданного давления и температуры технологического процесса с учетом специфических требований, предъявляемых при испытании аппаратов на прочность, герметичность и т.д. , и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты различного рода дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т.д.).

  2. Наилучшая способность материала свариваться, обеспечивая высокие механические свойства сварных соединений и коррозионную стойкость их в агрессивной среде, обрабатываться резанием, давлением, подвергаться сгибу и т.п.

  3. Низкая стоимость материала, не дефицитность и возможность получения без освоения промышленностью. Необходимость стремиться применять двухслойные стали, стали с покрытием из неметаллических материалов. Номенклатура применяемых материалов как по наименованию, маркам, так и по сортаменту должна быть минимальной с учетом ограничений, предусматриваемых ведомственными нормалями и действующими на заводах-изготовителях инструкциями.

Согласно заданию выбираю по для среды (Pb(NO3)2 – водный раствор) сталь 12X18H10T. Для изготовления обечайки, днища, крышки.

Коррозионная стойкость для данной среды – П<0.1 мм/год

Плотность – 7850 кг/м³

Допускаемое напряжение [σ]=154 МПа (при Т=80 º С)

Для изготовления рубашки, для среды Н2О по[17] выбираем сталь 10.

Коррозионная стойкость для данной среды – П<0.1 мм/год

Плотность – 7850 кг/м³

Допускаемое напряжение [σ]=126 МПа


    1. Выбор муфты


Выбираю упругую втулочно-пальцевую муфту МУВП-65 ГОСТ 21424-75


Рисунок 5 муфта

Таблица 5 параметры муфты

Обозначение муфты

d

Dм

Dм1

Dм2

Lм

Lм1

lм

lм1

lм2

lм3

lм4

МУВП-65

65

220

208

170

285

140

40

85

22

32

45


Продолжение

Размеры, мм

Колич. пальцев

dм1

dм2

dм3

dм4

dм5

d+tш

Cм

fм

hм

bш

dр

nп

110

130

95

18

36

65.5

3

2-6

3

18

М12

10


    1. Подбор уплотнительного устройства


По [1] основываясь на исходных данных, определяем тип уплотнения - уплотнение торцевое. Исходя из давления (0,3 МПа), температуры (80 градусов) и оборотам мешалки (170 об/мин) по [6] выбираем “Уплотнение торцевое, двойное” – ТД65-6К ОСТ 26-01-1243-75, Материал - Сталь 12Х18Н10Т.


Рисунок 6 уплотнительное устройство

1-корпус, 2-втулка нажимная, 3-втулка, 4-пружина, 5-кольцо графитовое подвижное, 6-кольцо графитовое неподвижное, 7-кольцо уплотнительное, 8-уловитель, 9-прокладка

Таблица 6 параметры уплотнительного устройства

dв

Д

Д1

Д2

H

H1

65

235

200

178

235

180

h

n

d1

α

Масса, кг


6

8

18

25



  1. Расчетная часть

    1. Расчет вала перемешивающего устройства

      1. Исходные данные


Длина вала

Длина консоли

Длина пролета

Координата центра тяжести мешалки

Координата опасных сечений по жесткости

Координата опасных сечений по прочности

Масса мешалки

Материал вала Сталь 12Х18Н10Т

Частота вращения вала

Диаметр аппарата D=2,4 м

Тип мешалки лопастная

Диаметр мешалки

Число мешалок

Мощность потребления при перемешивании N = 10000 Вт

Плотность материала вала

Модуль продольной упругости E=2*1011Па



Рисунок 7 Расчетная схема вала


      1. Расчет на виброустойчивость

Относительная длина консоли



Безразмерный динамический прогиб вала в центре тяжести мешалки

Выбираем по



Угловая скорость вала



Безразмерный коэффициент учитывающий приведенную массу вала


Где: - плотность материала вала

- модуль упругости. Выбираем по[4]



Приведенная масса мешалки



Расчетный диаметр вала


Где:


Принятый диаметр вала берем из стандартных величин

d = 65 мм

Линейная масса вала




Относительная масса мешалки



Корень частотного уравнения выбираем по [4]



Момент инерции сечения вала



Первая критическая угловая скорость



Условие виброустойчивости


условие выполняется


      1. Расчет на жесткость и прочность

Эксцентриситет массы мешалки



Относительная координата относительного по жесткости сечения



Безразмерный динамический прогиб вала в опасном поперечном сечении выбираем по [4] по значениям



Приведенный эксцентриситет массы мешалки



Приведенная масса вала


Радиальные зазоры опор]



Где: - зазор для радиального однорядного подшипника

- подшипника скольжения



Смещение оси вала от оси вращения за счет начальной изогнутости вала



Где: - Начальная изогнутость вала в точке приведения В



Смещение оси вала от оси вращения в точке приведения В за счет зазоров в опорах



Приведенный эксцентриситет массы вала с мешалками



Динамический прогиб оси вала в точке приведения В



Динамическое смещение центра тяжести мешалки



Динамическое смещение оси вала в опасном по жесткости сечении




Динамическое смещение оси вала в точке приведения В



Допускаемое смещение вала в зоне уплотнительного устройства (по ОСТ 26-01-1244-75)



т.к. уплотнение торцевое

Условие жесткости



Условие выполняется

Сосредоточенная центробежная сила действующая на мешалку



Приведенная центробежная сила действующая на вал в точке приведения В


Реакция опоры А



Реакция опоры Б



Изгибающий момент в опасном по прочности сечении



Крутящий момент в опасном по прочности сечении



Момент сопротивления вала в опасном по прочности сечении


Эквивалентное напряжение в опасном по прочности сечении



Допускаемое напряжение



Где: - Предел выносливости

- Коэффициент концентрации напряжений

n = 1,8 - Запас прочности

- Масштабный фактор. Выбираем по [4]



Условие прочности



Условие выполняется


      1. Итог

Окончательно принимаем диаметр вала равный 65 мм

    1. Расчет на прочность корпуса аппарата


Расчет производится по ГОСТ 14249-89 “Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность” [7]


      1. Основные исходные данные для расчета


Плотность обрабатываемой среды

Плотность среды в рубашке

Давление в рубашке

Давление в аппарате

Рабочая температура

Внутренний диаметр аппарата

Диаметр сливного штуцера

Срок эксплуатации аппарата

Высота аппарата находящаяся под рубашкой



Рисунок 8 Расчетная схема цилиндрической части обечайки под действием внутреннего и наружного давления.


      1. Гидростатическое давление в аппарат



g=9.8 – ускорение свободного падения



так как гидростатическое давление составляет больше 5 % от давления в аппарате, то расчётное давление в аппарате равно