Вертикальный аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВКЭ-2110

Вертикальный аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВКЭ-2110

Содержание

Введение

Техническое задание

I раздел. Определение размеров аппарата с приводом

.1 Определение размеров аппарата без привода

.1.1 Определение высоты цилиндрической части аппарата

.1.2 Определение высоты обечайки.

.1.3 Определение высоты крышки и днища.

.1.4 Определение диаметра рубашки.

.1.5 Определение высоты цилиндрической части рубашки.

.2 Определение габаритов привода и мотор - редуктора.

.2.1 Определение крутящего момента на валу.

.2.2 Определение типа и габаритов стойки мотор - редуктора.

.2.3 Определение расстояния между подшипниковыми опорами. Определение расстояния от верхней опоры до центра масс мешалки.

.3 Выбор масштаба чертежа общего вида.

II раздел. Расчет аппарата на прочность

.1 Расчет элементов корпуса.

.1.1 Расчетное давление.

.1.2 Расчетная температура.

.1.3 Коэффициент прочности.

.1.4 Прибавка для компенсации коррозии.

.2 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внутренним давлением.

.2.1 Расчет цилиндрической обечайки.

.2.2 Расчет эллиптической крышки.

.3 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внешним давлением.

.3.1 Расчет цилиндрической обечайки нагруженной внешним давлением.

.3.2 Расчет конического днища.

.4 Расчет толщины стенки рубашки.

.4.1 Цилиндрическая часть рубашки.

.4.2 Коническое днище рубашки.

.5 Расчет фланцевых соединений.

.5.1 Расчетная температура фланцев и болтов.

.5.2 Проверка металлической прокладки на прочность.

III раздел. Расчет элементов механического перемешивающего устройства.

.1 Выбор расчетной схемы и приближенное вычисление диаметра вала мешалки от действия крутящего момента.

.2 Расчет вала на виброустойчивость.

.3 Проверка вала мешалки из условия совместного действия изгиба с кручением по энергетической теории прочности.

.4 Выбор муфты и расчет шпоночного соединения муфты.

.4.1 Проверка муфты на нагрузочную способность.

.4.2 Расчет шпоночного соединения муфты.

.5 Расчет шпоночного соединения ступицы мешалки.

.5.1 Расчет шпоночного соединения ступицы.

.5.2 Проверка прочности лопастей мешалки на изгиб и кручение.

IV раздел. Выбор опор и проверка на прочность.

.1 Проверка на грузоподъемность.

.2 Проверка площади опоры подкладного листа.

.3 Прочность угловых сварных швов, соединяющих ребра опор с корпусом аппарата.

V раздел. Выбор штуцеров и люков.

VI раздел. Спецификации.

VII раздел. Литература.

Введение

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВКЭ - 2110 предназначен для проведения различных физико - химических и механических процессов в жидких средах (растворах, суспензиях, эмульсиях) для протекания которых требуется поддержание повышенной температуры и давления. Интенсификацию процессов теплообмена и массообмена обеспечивает механическое перемешивающее устройство с приводом типа 2 по ОСТ 26-01-109-79.

Химические аппараты данной конструкции применяются в промышленности для проведения органических и неорганических синтезов, протекающих при повышенных температурах и давлениях в агрессивных средах, а так же требующих постоянного перемешивания реакционной массы. Кроме этого аппараты применяются для получения различных жидкостных растворов и механических смесей.

При разработке химического аппарата обеспечено соответствие правилам Госгортехнадзора. Основные параметры аппарату соответствуют ГОСТ 20680-75. Выбор материалов, методов испытания аппарата пробным давлением, а также требования к контрольной и предохранительной арматуре - в соответствии с ОСТ 26292 - 71.

Правила изготовления, испытания, приемки аппарата - в соответствии с ОСТ 26011244 - 75.

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством состоит из следующих основных частей: корпуса аппарата, крышки аппарата, рубашки аппарата, механического перемешивающего устройства.

Корпус аппарата состоит из сваренных между собой эллиптического днища и цилиндрической обечайки. Корпус аппарата предназначен для проведения в нем физико - химических процессов, а также для крепления к нему остальных частей аппарата, таких как: рубашка (приваренная сверху - к обечайке корпуса, снизу - к днищу), крышка аппарата (съемная, соединенная с корпусам с помощью фланцевого соединения), а также штуцер для выгрузки продукта, приваренный к нижней части днища корпуса.

К крышке аппарата крепится стойка, с закрепленным на ней торцевым уплотнением, подшипниковой опорой с двумя подшипниками, и муфтой, соединяющей вал мотор - редуктора, закрепленный в верхней части стойки, с валом рамного перемешивающего устройства.

Также к крышке приварены смотровой люк, штуцер ввода и два штуцера для крепления манометра и термопары.

Корпус и крышка скреплены между собой посредством фланцевого соединения типа выступ - впадина с фторопластовой прокладкой, обеспечивающей надежное уплотнение. Материалы болтов и гаек: сталь 35x5.

Тип перемешивающего устройства - рамный. Перекладина рамы приварена к ступице тавровым швом и усилена ребром жесткости. Ступица - разъемного типа, и крепится на нижнем конце вала четырьмя болтами.

Рубашка аппарата служит для подачи в нее через штуцер пара, обогревающего обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней её части. Также, к рубашке приварены четыре опоры. Для более равномерного распределения местной нагрузки от опоры на корпусе рубашки под опорой приваривается накладной лист.

Материал корпуса, крышки, рубашки, мешалки и ее вала - сталь X18H10T. Эта сталь выбрана потому, что она технологична в обработке, хорошо деформируется в холодной и горячих средах, т.е. обладает хорошей штампуемостью. Она хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Но самое важное, что эта сталь отлично противостоит рабочей среде - воде, обладающей большой коррозийной активностью. Удорожание аппарата вследствие применения нержавеющей стали компенсируется долговечностью конструкции и повысившейся безопасностью её эксплуатации.

Техническое задание

1.       Тип аппарата ВКЭ

2.       Номинальный объем, V 2,5м3

.        Внутренний диаметр аппарата, Da 1400мм.

.        Площадь поверхностного обогрева аппарата, F

.        Избыточное давление в аппарате, Pизб. 0,6 МПа

.        Остаточное давление в аппарате, Рост. 0,01 МПа

.        Мощность привода на валу мешалки, N 2,5 кВт

.        Частота вращения мешалки, n 250об./мин.

.        Тип днища аппарата Коническое

.        Тип крышки аппарата Эллиптическая

.        Тип мешалки Трехлопастная

.        Среда Вода

.        Плотность среды, r 1000кг./м3

.        Температура среды, t 100°С

Iраздел. Определение размеров аппарата с приводом

1.1     Определение размеров аппарата без привода

.1.1 Определение высоты цилиндрической части аппарата

 =  = 1.367м.

 = 0.76м3;

 = 0.7676м3

1.1.2 Определение высоты обечайки

.1.3 Определение высоты крышки и днища

Hкр. =  =  = 450мм.

Нднища =  =  = 900мм.

.1.4 Определение диаметра рубашки

руб. = Da + 100 = 1400 + 100 = 1500мм.

.1.5 Определение высоты цилиндрической части рубашки

1.2 Определение габаритов привода и мотор - редуктора

.2.1 Определение крутящего момента на валу

Мкр. = .

Мкр. =

.2.2 Определение типа и габаритов стойки мотор - редуктора

Стойка выбирается по ОСТ 26 01 10979 в соответствии с частотой вращения мешалки, потребляемой мощностью и рабочим давлением в корпусе аппарата, которое через вал мешалки нагружают подшипники привода сжимающей силой.

По таблице выбираем мотор - редуктор МПО1 - 10, тип 1 , исполнение 2.

Одновременно установим тип уплотнения для вала мешалки.

Уплотнение - сальниковое.

В соответствии с таблицей определяем габариты стойки мотор - редуктора:

Н = 1235 мм- высота стойки.

l = 690мм- расстояние между подшипниковыми опорами.

D1 =540 мм- наибольший диаметр стойки.

d = 50мм - диаметр вала внутри стойки.

В соответствии с таблицей определяем габариты мотор - редуктора:

D =330мм - диаметр мотор - редуктора.

Lmax =840мм - высота мотор - редуктора.

Lmin = 630мм- высота мотор - редуктора (на стойке).

d = 50мм- диаметр вала внутри мотор - редуктора.

1.2.3 Определение расстояния между подшипниковыми опорами. Определение расстояния от верхней опоры до центра масс мешалки

В соответствии с таблицей расстояние между подшипниковыми опорами равно l = 690мм.

 = Hцил + Нкр. + l + h - hm - H1 = 1400 + 900 + 690 + 720 - (0.01¸0/06)dm - 600 = 3500мм.

.3 Выбор масштаба чертежа общего вида.

Масштаб определяем, зная общую высоту аппарата и диаметр рубашки.

Напп. = Нцил. + Нкр. + Ндн. + Нст. + Нм.р.

Напп. = 1400 + 450 + 900 +1235 +630 =4615 .

Напп. + Dруб. = 1900 +4615 = 6515мм

Размер формата чертежа А1 по ГОСТ 2.301 - 68 равен 594х841.

Масштаб 1 : 5 - не удовлетворяет формату.

Масштаб 1 : 10 - удовлетворяет формату.

II раздел. Расчет аппарата на прочность

.1 Расчет элементов корпуса

.1.1 Расчетное давление

а) Расчетное внутреннее давление.

Рр.в. = Ризб. = 0.6Мпа.

Расчет на прочность стенок рубашки.

Рр.в.1 = Рруб. = 0.7Мпа.

б) Расчетное наружное давление.

) Для элементов корпуса без рубашки.

привод перемешивающий устройство прочность

Рр.н. = Ра - Ро = 105 - 0.2×105 = 0.09Мпа.

) Для элементов корпуса, находящегося под рубашкой.

Рр.н. = Ра - Ро + Рруб. = 105 - 0.2×105 + 1.0×106 = 0.79МПа.

.1.2 Расчетная температура

 = tж. = 100°С.

.1.3 Коэффициент прочности

Выбирается в зависимости от вида сварки и типа сварного соединения.

Выбираем j = 0.7 - автоматическая сварка, сплошной провар, односторонний шов.

 = П×Та = 1мм.

.2 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внутренним давлением

.2.1 Расчет цилиндрической обечайки

 + Po + Pk »6мм.

[Р]в =  = 0.58Мпа.

Рр.в. < [Р]в (0.58<0.7)

Условие прочности выполняется.

.2.2 Расчет эллиптической крышки

 + Ск + Со =  » 6мм. (с учетом округления).

[Р]в =  = 0.58Мпа.

Рр.в. < [Р]в (0.58<0.7)

Условие прочности выполняется.

2.3 Расчет толщины стенки аппарата, нагруженного внешним давлением

Тонкостенные оболочки под действием наружного давления могут потерять первоначальную форму и деформироваться раньше, чем напряжения сжатия достигнут разрушающей величины. Давление, при котором оболочка начнет деформироваться - называется критическим. Расчет толщины стенки в этом случае проводят с обеспечением достаточной жесткости оболочки. При расчетах рекомендуется принять коэффициент запаса прочности равным 2.4.

.3.1 Расчет цилиндрической обечайки нагруженной внешним давлением

Sц1 = К2×Da×10-2 + Со + Ск » 10мм (с учетом округления).

Sц2 = » 6мм.

К1 = 3.95

К3 = 1.1

Sц = 10 - наибольшее.

[PH] =  = 1.13 > 1.09

[P]p =

[P]E =  = 1.3МПа

Условие прочности выполняется.

.3.2 Расчет Конического днища

кон. днища1 = К2×Da×10-2 + Со + Ск. » 10мм.

Sкон. днища2 = + Со + Ск. » 6мм

К3 =

К1 = 3.9

К2 = 0.7

кон. днища принимаем 10мм.

[PH] =  = 0.95 < 1.08

[P]p =

[P]E =  = 1.3МПа

Принимаем Sкон. днища за 10мм.

.4 Расчет толщины стенки рубашки

.4.1 Цилиндрическая часть рубашки

Sруб. =  » 8мм. (с учетом округления).

[P]руб.ц. =  = 0.9Мпа.> 0.7МПа

2.4.2 Коническое днище рубашки

Sдн.руб. = » 6.

[P]руб.ц. =  = 1.123Мпа.> 0.7МПа

Условие выполняется.

Резина.

RП = 0.041мН

Qq = 0.9971мН.

Qt = 0.0710мН.

РБ1 = 0.2741мН.

РБ2 = 1.1128мН.

РБ3 = 0.9971+ 0.0410 + 0.071 = 1.1091мН.

dэкв. =

.5 Расчет фланцевых соединений

.5.1 Расчетная температура фланцев и болтов

Tф = tp = 100°C

б = 0.95×tp = 0.95×100°C = 95°C.

.5.2 Проверка металлической прокладки на прочность

qp =

qp =  = 16.24

qдоп. = 20 (резина).

qp < qдоп.

III раздел. Расчет элементов механического перемешивающего устройства

.1 Выбор расчетной схемы и приближенное вычисление диаметра вала мешалки от действия крутящего момента

 = = 0.197 > 0.1

dв =

.2 Расчет вала на виброустойчивость

w £ 0.7w01.

w01 = = 5.61 рад/с.=

ē1 = 0.803в = =

ω01 =

 =

ē1 = 0.803

mв =

m =

ω01 = ×0.71 = 13.65 £ 13.61(м)

Условие прочности выполняется.

3.3 Проверка вала мешалки из условия совместного действия изгиба с кручением по энергетической теории прочности

dэкв. = £ [d]

t =  = 2.44Мпа

d =  = 3.95×10-3.

Рц. = mпр.×w2r

mпр. = m + qmв×L

q = 0.21

mпр. = 75 + 0.21×39.46×3.5 = 104кг.

r =

Рц = 104×13.612×0.0325 = 626.085 Н

Мu = 626.085Н×l1 = 1.76кН.

d = Мпа

dэкв. = = 44.76МПа £ 139 МПа

3.4 Выбор муфты и расчет шпоночного соединения муфты

.4.1 Проверка муфты на нагрузочную способность

Мр.м. =

Мр.м. = .

.4.2 Расчет шпоночного соединения муфты

dсм. =

шп. = 94мм.

b = 22

h = 14

t = 9

sсм. =

[s] = (14¸16)107 > 3.08×107 Па.

Условие прочности шпонки на срез :

3.5 Расчет шпоночного соединения ступицы мешалки

.5.1 Расчет шпоночного соединения ступицы

=1.88×107Па £ 150МПа.

[tср.] =

.5.2 Проверка прочности лопастей мешалки на изгиб и кручение

Проверочные расчеты выполняются для наиболее нагруженных элементов - сварных швов.

IV раздел. Выбор опор и проверка на прочность

.1 Проверка на грузоподъемность

Мрасч = 1.1×М

М = Мстойки + Ммотор-редуктора + Мвала + Моболочки + Мсреды + Ммешалки + + Мрубашки = 7734кг.

.2 Проверка площади опоры подкладного листа

Ап =

.3 Прочность угловых сварных швов, соединяющих ребра опор с корпусом аппарата

[t] = 0.6×j[d] = 58.4МПа

шва = (2×230 + 155)=615мм.

V раздел. Выбор штуцеров и люков

Выбор штуцеров и люков производим по ОСТ 26 - 1404 - 76.

Штуцер ввода исходного сырья. Dy = 100мм

Штуцер ввода пара. Dy = 50мм

Штуцер слива конденсата. Dy = 50мм

Штуцер вывода продукта. Dy = 150мм

Штуцер для манометра. Dy = 50мм

Штуцер для термопары. Dy = 50мм

Смотровой люк выбираем по ОСТ 26 - 2004 - 77

VI раздел. Спецификации

Литература

1.       А.А. Поляков. Механика химических производств. Сл.б. : Химия, 1995.

2.       А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования Справочник. Т.1. - Калуга : Издательство Н. Бочкаревой, 2001.

.        Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. Машиностроение, 1981.

.        Аксенов Л.И. Методические указания для самостоятельной подготовки студентов к занятиям по курсу “Прикладная механика”. - МХТИ им Д.И. Менделеева, 1982.

.        В.М. Аристов. Чертежи общего вида емкостных аппаратов. РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000

.        Аксенов Л.Н. Методические указания по оформлению курсового проекта по прикладной механике. - МХТИ им Д.И. Менделеева, 1983.

.        Аксенов Л.И. Методические указания по выполнению курсового проекта по теме “Химический аппарат с мешалкой”. - МХТИ им Д.И. Менделеева, 1982.