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.

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

1-корпус

2 – привод

Аппарат с механическим перемешивающим устройством3- уплотнение

4 — мешалка

Аппарат с механическим перемешивающим устройствомАппарат с механическим перемешивающим устройствомАппарат с механическим перемешивающим устройствомРисунок 13 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.

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.).

Параметры корпуса аппарата

Из методического указания [Error: Reference source not found] по исходным данным подбираем габаритные размеры корпуса аппарата.

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13

Таблица 7 Конструктивные параметры корпуса аппарата цельносварного с коническим днищем и рубашкой

Нормальный

Объем, мі

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Расположение штуцеров на корпусе с эллиптической крышкой

Таблица 7 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 7

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

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.

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Привод перемешивающего устройства Тип 2 исполнение 1

Таблица 7 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]

Выбор материала для изготовления аппарата

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

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).

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.).

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.

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 –Аппарат с механическим перемешивающим устройством 7850 кг/мі

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

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

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

Плотность –Аппарат с механическим перемешивающим устройством 7850 кг/мі

Допускаемое напряжение [σ]=126 МПа

Выбор муфты

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 муфта

Таблица 7 параметры муфты

Обозначение муфты
d

Dм1

Dм2

Lм1

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

nп
110

130

95

18

36

65.5

3

2-6

3

18

М12

10

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.

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 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 7 параметры уплотнительного устройства

Д

Д1

Д2

H

H1
65

235

200

178

235

180
h

n

d1

α

Масса, кг

6

8

18

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

25

Расчетная часть

Расчет вала перемешивающего устройства

Исходные данные

Длина вала Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Длина консоли Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Длина пролета Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Координата центра тяжести мешалки Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Координата опасных сечений по жесткости Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Координата опасных сечений по прочности Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Масса мешалки Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Материал вала Сталь 12Х18Н10Т

Частота вращения вала Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Диаметр аппарата D=2,4 м

Тип мешалки лопастная

Диаметр мешалки Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Число мешалок Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Мощность потребления при перемешивании N = 10000 Вт

Плотность материала вала Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Модуль продольной упругости E=2*1011Па

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Расчетная схема вала

Расчет на виброустойчивость

Относительная длина консоли

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Безразмерный динамический прогиб вала в центре тяжести мешалки

Выбираем по

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Угловая скорость вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Безразмерный коэффициент учитывающий приведенную массу вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — плотность материала вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством — модуль упругости. Выбираем по[4]

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Приведенная масса мешалки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетный диаметр вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Принятый диаметр вала берем из стандартных величин

d = 65 мм

Линейная масса вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Относительная масса мешалки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Корень частотного уравнения выбираем по [4]

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Момент инерции сечения вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Первая критическая угловая скорость

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие виброустойчивости

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством условие выполняется

Расчет на жесткость и прочность

Эксцентриситет массы мешалки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Относительная координата относительного по жесткости сечения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Безразмерный динамический прогиб вала в опасном поперечном сечении выбираем по [4] по значениям Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Приведенный эксцентриситет массы мешалки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Приведенная масса вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Радиальные зазоры опор]

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — зазор для радиального однорядного подшипника

Аппарат с механическим перемешивающим устройством — подшипника скольжения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Смещение оси вала от оси вращения за счет начальной изогнутости вала

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — Начальная изогнутость вала в точке приведения В

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Приведенный эксцентриситет массы вала с мешалками

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Динамический прогиб оси вала в точке приведения В

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Динамическое смещение центра тяжести мешалки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Динамическое смещение оси вала в опасном по жесткости сечении

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Динамическое смещение оси вала в точке приведения В

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

т.к. уплотнение торцевое

Условие жесткости

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Сосредоточенная центробежная сила действующая на мешалку

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Приведенная центробежная сила действующая на вал в точке приведения В

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Реакция опоры А

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Реакция опоры Б

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Изгибающий момент в опасном по прочности сечении

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Крутящий момент в опасном по прочности сечении

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Момент сопротивления вала в опасном по прочности сечении

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Эквивалентное напряжение в опасном по прочности сечении

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое напряжение

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — Предел выносливости

Аппарат с механическим перемешивающим устройством — Коэффициент концентрации напряжений

n = 1,8 — Запас прочности

Аппарат с механическим перемешивающим устройством — Масштабный фактор. Выбираем по [4]

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие прочности

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Итог

Окончательно принимаем диаметр вала равный 65 мм

Расчет на прочность корпуса аппарата

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

Основные исходные данные для расчета

Плотность обрабатываемой среды Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Плотность среды в рубашке Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Давление в рубашке Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Давление в аппарате Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рабочая температура Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Внутренний диаметр аппарата Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Диаметр сливного штуцера Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Срок эксплуатации аппарата Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Высота аппарата находящаяся под рубашкой Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Расчетная схема цилиндрической части обечайки под действием внутреннего и наружного давления.

Гидростатическое давление в аппарат

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

g=9.8 – ускорение свободного падения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчет на прочность цилиндрической обечайки

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

толщина стенки цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки нагруженной внутренним давлением

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством— допускаемое напряжение при расчётной температуре

Аппарат с механическим перемешивающим устройством — коэффициент прочности продольного шва цилиндрической или конической обечаек

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Прибавка на коррозию

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством— скорость коррозии

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Минусовой допуск на листовой прокат

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Технологическая добавка для цилиндрической обечайки равна нулю т.к. обечайка изготавливается методом вальцовки.

с3=0

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие применяемости формулы

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Расчетная толщина стенки при действии наружного давления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством=0,7 – Коэффициент. Определяется по монограмме [7]

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие применяемости формулы

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Из двух значений выбираем наибольшее Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Допускаемое наружное давление

Допускаемое наружное давление из условия прочности

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством=2,4 – коэффициент запаса прочности

Аппарат с механическим перемешивающим устройством — высота аппарата находящаяся под рубашкой

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое наружное давление с учетом обоих условий

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое осевое сжимающее усилие

Осевая сила, вызванная наружным давлением:

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — Вес среды в аппарате

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности, Н:

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости в пределах упругости

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое осевое сжимающее усилие с учетом обоих условий

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством.

Условие устойчивости обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Вывод

Для работы аппарата под воздействием внешних и внутренних сил, толщина цилиндрической обечайки должна быть не менее 20 мм.

Расчет на прочность эллиптической крышки

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Расчетная схема эллиптической крышки под действием внутреннего давления.

Радиус кривизны в вершине эллиптической крышки Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Толщина стенки эллиптической крышки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Прибавка на коррозию

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Минусовой допуск на листовой прокат

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Технологическая добавка для эллиптической крышки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие применяемости формулы

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством Условие выполняется

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Проверяем, не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Вывод

Для работы аппарата под воздействием внутреннего давления толщина эллиптической крышки и днища должна быть не менее 8 мм.

Расчет на прочность конического днища

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

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 расчетная схема конического днища под действием внутреннего и наружного давления.

толщина стенки конического днища

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Прибавка на коррозию

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Минусовой допуск на листовой прокат

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Технологическая добавка для эллиптической крышки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие применяемости формулы

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Расчетная толщина стенки при действии наружного давления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — по

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Из всех значений выбираем большее

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Т.к толщина стенки конического днища меньше толщины стенки цилиндрической обечайки, то Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Проверяем, не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Допускаемое наружное избыточное давление

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое давление из условия прочности

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Вывод

Для работы аппарата под воздействием внутреннего и наружного давления толщина конического днища должна быть не менее 20 мм.

Расчет на прочность цилиндрической части рубашки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Расчетная схема цилиндрической части рубашки под действием внутреннего давления

Для изготовления рубашки выбираем более дешевую сталь 10

Толщина стенки цилиндрической части рубашки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки нагруженной внутренним давлением

Где

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Допускаемое напряжение при расчётной температуре

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Прибавка на коррозию

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где:

Аппарат с механическим перемешивающим устройством— скорость коррозии

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Минусовой допуск на листовой прокат

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Технологическая добавка для цилиндрической обечайки равна нулю т.к. обечайка изготавливается методом вальцовки

с3=0

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее значение

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие применяемости формулы

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Вывод

Для нормальной работы аппарата с рубашкой толщина цилиндрической части рубашки должна быть не менее 10 мм

Расчет на прочность эллиптической части рубашки аппарата под воздействием внутреннего давления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 Расчетная схема конической части рубашки под действием внутреннего давления.

Толщина стенки конической части рубашки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления

Где:

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки при действии внутреннего давления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Прибавка на коррозию

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Минусовой допуск на листовой прокат

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Технологическая добавка для эллиптической крышки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее значение

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие применяемости формулы

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Проверяем, не выходит ли значение рабочего давления за пределы допускаемого значения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Вывод

Для нормальной работы аппарата с рубашкой толщина конической части рубашки должна быть не менее 10 мм

Укрепление отверстия

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Рисунок 13 укрепление отверстия под люк

Толщина стенки люка

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная толщина стенки штуцера

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Прибавка на коррозию

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Минусовой допуск на листовой прокат выбирается в зависимости от исполнительной толщины стенки. Но т.к. она не известна, воспользуемся ориентировочной толщиной. В дальнейшем уточняется по исполнительной толщине стенки аппарата

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Технологическая добавка для цилиндрической обечайки равна нулю т.к. обечайка изготавливается методом вальцовки

с3 = 0

Суммарная прибавка к расчетной толщине цилиндрической обечайки

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Из стандартного ряда выбираем ближайшее большее значение

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие Аппарат с механическим перемешивающим устройством не выполняется. Следовательно, требуется укрепление

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством— внутренний диаметр люка

Укрепление отверстия штуцером

Расчетные длины внешней и внутренней части штуцера

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Расчетная площадь вырезанного сечения

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Площадь укрепляющего сечения наружной части штуцера

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Площадь укрепляющего сечения внутренней части штуцера

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие укрепления

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие не выполняется. Следовательно, штуцера не достаточно.

Пробуем укрепить отверстие с помощью утолщения стенок штуцера и крышки

Укрепление отверстия штуцером и накладным кольцом

Для накладного кольца используют более дешёвую сталь — Сталь10

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие укрепления отверстия штуцером и накладным кольцом

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством— высота обечайки штуцера

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Ккоэффициент, определяющий отношение допускаемого напряжения материала штуцера и корпуса аппарата

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Коэффициент, определяющий отношение допускаемого напряжения материала кольца и корпуса аппарата

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Вывод

Для нормальной работы аппарата толщина стенки патрубка люка должна быть не менее 4мм, а толщина эллиптической крышки аппарата должна быть не менее 8 мм.

Подбор опор

масса аппарата

Массы частей корпуса аппарата взяты из таблиц [16]

масса аппарата без обрабатываемой среды

m0=ma + mруб + mпр

где: mа=mкр + mоб + mд – масса аппарата без рубашки

mруб=mцруб+mкруб – масса рубашки

mпр=615кг – масса привода

mа=mкр + mоб + mд

Где: mкр=256кг – масса крышки

mоб=1626кг – масса масса обечайки

mд=1272кг – масса днища

mа = 256 + 1626 + 1272 =Аппарат с механическим перемешивающим устройствомкг

mруб = mцруб + mкруб

Где: mцруб = 739кг – масса цилиндрической части рубашки

mкруб = 338кг – конической части рубашки

mруб = 739 + 338 =Аппарат с механическим перемешивающим устройствомкг

m0= Аппарат с механическим перемешивающим устройством + Аппарат с механическим перемешивающим устройством + 615 = Аппарат с механическим перемешивающим устройством

масса аппарата с обрабатываемой средой

m = m0 + mср

где: mср = 56725 кг – масса обрабатываемой среды

m = Аппарат с механическим перемешивающим устройством+ 56725 = Аппарат с механическим перемешивающим устройством

расчет опор

Нагрузка на одну опору

Q = λ1 · m0 / n + λ2 · M /Do = 2 · 1300 / 4 + 1 · 0 /Do = 650 кгс

Где: Do — Диаметр окружности точек приложения равнодействующих внешних нагрузок

n = 4 – число опор

Аппарат с механическим перемешивающим устройством= 2

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

M = 0 — момент внешних нагрузок

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством— Средний диаметр аппарата

Аппарат с механическим перемешивающим устройством— Плечо нагрузки Q относительно срединной поверхности аппарата

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Где: Аппарат с механическим перемешивающим устройством — внешний диаметр аппарата

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройствомкгс

Выбираю опору 1-2 – 25000 ОСТ 26-665-72 имеющую размеры:

а = 0,41 м – ширина опоры

h = 0,68 м – высота опоры

b = 0,48 м – длина косынки

f = 0,12 м – расстояние от обечайки аппарата до подопорной балки (мах)

S1 = 0.024 м – толщина косынки опоры

S2 = 0 – толщина накладного листа

S0 = 1,1

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Соотношения параметров аппарата и опоры

γ = Dср / 2 · Sо

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

γ1 = S1 / Dср

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Осевое напряжение от внутреннего давления

σах = Р · Dср / 4 · So

Аппарат с механическим перемешивающим устройством кгс/смІ

Окружное напряжение от внутреннего давления

σо = Р · Dср / 2 · So

Аппарат с механическим перемешивающим устройствомкгс/смІ

Суммарное осевое напряжение от основных нагрузок и реакции опоры

Коэффициенты:

mх = 0.025

nх = 6

выбираются в зависимости от γ и γ1

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройствомАппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Суммарное окружное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры

Коэффициенты:

mо = 0.057

nо = 7

выбираются в зависимости от γ и γ1

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройствомАппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие прочности

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Аппарат с механическим перемешивающим устройством

Условие выполняется

Вывод

Исходя из расчета, выбираем опору с подкладным листом типа Опора 1-25000 ОСТ 26-665-79 в количестве 4 штук.

Заключение

По результатам расчетов можно утверждать, что спроектированный аппарат прослужит указанный срок при условии соблюдения рабочих параметров указанных в техническом задании:

Рабочее давление в аппарате 0,3 МПа

Давление в рубашке 0,6 МПа

Температура 80 градусов

Число оборотов мешалки 170 об/мин

Обрабатываемая среда – Pb(NO3)2

Все элементы аппарата, расчет которых приведен в курсовом проекте, удовлетворяют условиям прочности, жесткости, и устойчивости.

Исполнительные толщины стенок элементов аппарата, учитывающие внутренние и внешние воздействия на аппарат, приведены в Error: Reference source not found

Таблица 7 Исполнительные толщины стенок

Аппарат

Рубашка

Патрубок под люк
Крышка

Обечайка

Днище

Обечайка

Днище

8

20

20

10

10

8

Аппарат устанавливается на четырех лапах Опора 1-25000 ОСТ 26-665-79

Список использованных источников

Михалев М.Ф. и др. Аппарат с вертикальным перемешивающим устройством. Методические указания. – Л.:ЛТИ им. Ленсовета 1986.- 60 с.

ОСТ 26-01-1225-75 Приводы вертикальные для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы, параметры, конструкции и основные размеры

РТМ 26-01-72-75 Руководящий технический материал. Валы вертикальные аппаратов с перемешивающим устройством. Методы расчета.

Михалев М.Ф. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. – Л.: Машиностроение 1984. – 300 с.

ОСТ 26-01-1226-75 Полумуфты фланцевые

ОСТ 26-02-1243-75 Уплотнения валов торцевые для аппаратов с перемешивающими устройствами. Типы, параметры, конструкции и основные размеры. Технические требования.

ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и метода расчета на прочность укрепления отверстий.

ОСТ 26-373-78 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность фланцевых соединений

Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с.

ГОСТ 13716-73 Устройства строповые для сосудов и аппаратов. Технические условия.

ОСТ 26-665-72 Опоры (лапы, стойки) вертикальных аппаратов. Типы, конструкции, размеры.

ОСТ 26-01-1245-75 Мешалки. Типы, параметры, конструкции и основные размеры

ГОСТ 23360-78 Соединения шпоночное с призматическими шпонками

Романов А.Б. и др.: Выбор посадок и требования точности. Учебное пособие.- СПб: СПбГТИ(ТУ), 2005. – 93 с.

Лащинский А.А. и Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. – Л.: Машгиз, 1963. – 470 с.

Воробьев Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. – Москва: Химия, 1975. – 815 с.