Таблица для органической химии рхту им. Д. И. Менделеев. ПЗ. Д. И. Менделеева кафедра инженерного проектирования технологического оборудования химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа вээ0107 пояснительная записка
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА Кафедра инженерного проектирования технологического оборудования ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ типа ВЭЭ0107 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 205.019.00.000.ПЗ Студент группы О Сагдеева Е.В. _________________ (Ф.И.О) (подпись) Руководитель проекта профессор Харитонов АО. _________________ (подпись) Оценка за курсовой проект ______________ «____»_________ 2021 г. Москва 2021 Техническое задание Номер варианта 1 Шифр корпуса ВЭЭ-01 Номинальный объем аппаратам Диаметр аппарата D a , мм 1400 Шифр мешалки 07 Диаметр мешалки d м, мм 1000 Тип привода Тип 1 Мотор-редуктор МП02-10 Частота вращения мешалки n м, об/мин 17 Мощность мешалки N, кВт 0,25 Давление в аппарате p a , МПа 0,35 Остаточное давление в аппарате p ост, МПа 0,02 Давление в рубашке p руб, МПа 0,3 Среда в аппаратуре вода Температура среды t, °C 100 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ................................................................................................................... 4 1 Определение расчетных параметров химического аппарата. 7 1.1 Выбор конструкционных материалов ......................................................... 7 1.2 Определение пробных давлений ................................................................. 7 1.3 Определение геометрических размеров аппарата ...................................... 7 1.4 Расчет элементов корпуса ........................................................................... 8 1.4.1 Расчет толщины стенок корпуса ........................................................... 8 1.4.2 Расчет толщины стенки рубашки .......................................................... 9 1.5 Выбор фланцевого соединения ................................................................. 10 1.6 Выбор привода ........................................................................................... 11 2 Расчет перемешивающего устройства ............................................................ 13 2.1 Выбор лопастной мешалки ........................................................................ 13 2.2 Расчет мешалки на прочность ................................................................... 15 2.3 Расчет шпонки в ступице мешалки ........................................................... 17 2.4 Расчет вала мешалки на виброустойчивость ............................................ 18 3 Выбор комплектующих элементов ................................................................. 20 3.1 Выбор штуцеров. 20 3.2 Выбор люка ................................................................................................ 21 3.3 Выбор опор ................................................................................................. 22 3.4 Выбор сальникового уплотнения .............................................................. 23 Библиографический список ................................................................................... 24 4 Введение Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВЭЭ-01 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 тепло- и массообмена обеспечивает механическое перемешивающее устройство с приводом типа 1. Химические аппараты данной конструкции применяются в промышленности для проведения органических и неорганических синтезов, протекающих при повышенных температурах и давлениях в агрессивных средах, а также требующих постоянного перемешивания реакционной массы. Кроме этого, аппараты применяются для получения различных жидкостных растворов и механических смесей. При разработке конструкции химического аппарата следует соблюдать правила Госгортехнадзора [1]. Эти правила регламентируют выбор материалов, методы испытаний корпуса аппарата пробным давлением, требования к контрольной и предохранительной аппаратуре. Основные параметры для различных типов аппаратов устанавливает Стандарт ГОСТ 20680-75. Настоящий стандарт распространяется на вертикальные цилиндрические стальные аппараты без покрытий, с полимерными другими покрытиями, футерованные и аппараты из цветных металлов и сплавов (в дальнейшем — аппараты) объемом от 0,01 дом с механическими вращающимися перемешивающими устройствами (мешалками, предназначенные для проведения различных физико- химических процессов в жидких средах с динамической вязкостью не более 500 Пас (5 кП) и плотностью до 2000 кг/м 3 при температуре рабочей среды от минус до плюс 350 Си условном давлении не ниже 0,67 кПа (5 мм рт. ст) остаточном и не выше 6,4 МПа (64 кгс/см 2 ) избыточном. 5 Выбор материалов, методов испытания аппарата пробным давлением, а также требования к контрольной и предохранительной арматуре – в соответствии с ГОСТ 26292 – 71. Правила изготовления, испытания, приемки аппарата – в соответствии с ГОСТ 26011244 – 75. Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством состоит из следующих основных частей механического перемешивающего устройства, корпуса аппарата, крышки аппарата, рубашки аппарата. Тип мешалки – лопастной, без внутренних устройств, относится к тихоходным устройствам, где процесс перемешивания выполняется двумя лопастями, сечение которых имеет прямоугольную форму. Такая мешалка широко используются в химической промышленности, а также на предприятиях, где они необходимы по технологическим особенностям производства. Корпус аппарата состоит из приваренного 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 корпусом 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 сальниковым уплотнением, подшипниковой опорой с двумя подшипниками, и муфтой, соединяющей вал мотор – редуктора, закрепленный в верхней части стойки, с валом лопастного 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 гладкий выступ с паронитовой прокладкой, обеспечивающей надежное уплотнение. Материалы болтов и гаек Ст35ХМ. 6 Рубашка аппарата служит для подачи (через штуцер) пара, обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней ее 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 10Х17Н13М2Т. Эта сталь выбрана, потому что она технологична в обработке, хорошо деформируется в холодной и горячих средах, те. обладает хорошей штампуемостью. Она хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Но самое важное – сталь отлично противостоит рабочей среде воде, обладающей коррозийной активностью. Удорожание аппарата в следствии применения нержавеющей стали компенсируется долговечностью конструкции и повысившейся безопасностью ее эксплуатации. 7 1 Определение расчетных параметров химического аппарата 1.1 Выбор конструкционных материалов Материал корпуса аппарата, рубашки, фланцев – 10Х17Н13М2Т Скорость коррозии П мм/год Срок службы аппарата T a =10 лет Прибавка на компенсацию коррозии С к =П·Т а =0,1·10= 1 мм Допускаемое напряжение [σ] t=100°C =139 МПа, [σ] t=20°C =146 МПа Модуль упругости первого рода Е 5 МПа Материал болтов – сталь ХМ Допускаемое напряжение б МПа Определение пробных давлений Пробное давление для аппарата [ ] [ ] (1.1) Пробное давление для рубашки [ ] [ ] (1.2) 1.3 Определение геометрических размеров аппарата Высота эллиптической крышки и днища аппарата (1.3) Ориентировочная высота отбортованной части эллиптической крышки днища Высота цилиндрической части аппарата (1.4) где (1.5) Высота обечайки аппарата (1.6) Принимаем Высота цилиндрической части рубашки: H руб = 800 мм Диаметр рубашки (1.7) 1.4 Расчет элементов корпуса 1.4.1 Расчет толщины стенок корпуса При воздействии внутреннего давления [ ] (1.8) где 1 – коэффициент сварного шва (сплошной провар); S – толщина стенки цилиндрической обечайки С – прибавка на округление до стандартной толщины листа - требуемый запас 9 - модуль упругости, для материала корпуса. При воздействии наружного давления [ ] [ ] (1.9) где (1.10) (1.11) Выбираем S = max (S 1 , S 2 ) = 10 мм 1.4.2 Расчет толщины стенки рубашки [ ] (1.12) 10 1.5 Выбор фланцевого соединения Фланцы подбираются по условному диаметру Таблица 1.1 Основные размеры фланцев D, мм D 1 , мм D 2 , мм D 3 , мм D 4 , мм D 5 , мм а, мм а, мм s, мм h, мм d 0 , мм z б, мм l, мм P y , МПа 1400 1530 1490 1448 1460 1446 15,5 13 10 50 23 52 М 130 0,6 Рисунок 1.1 - Эскиз фланцевого соединения 11 1.6 Выбор привода По техническому заданию Тип привода – тип 1 Частота вращения n = 17 об/мин Мощность привода N = 0,25 кВт Габарит привода – 1 Габарит стойки – 2 Мотор-редуктор – МПО2-10 Рисунок 1.2 – Эскиз привода типа 1 12 Таблица 1.2 Основные размеры привода типа 1 Габарит Мотор- редуктор Размеры, мм Привода Стойки в D 1 D 2 D 3 D 4 H 1 H 2 H 3 1 02 МПО2-10 65 40 540 500 430 410 1235 720 475 Продолжение таблицы 1.2 Размеры, мм z α, град Масса, кг, не более l о Исполнение 3,4 h 2 h 3 s d o l 2 h 1 350 450 500 30 8 14 23 8 72 630 Высота Н мотор-редукторов для привода типа 1 H = 530 мм 13 2 Расчет перемешивающего устройства 2.1 Выбор лопастной мешалки По техническому заданию Шифр мешалки 07 Диаметр мешалки, м = 1000 мм Мешалка – лопастная Ступица разъемная Рисунок 2.1 - Лопастная мешалка Таблица 2.1. Основные размеры лопастной мешалки , мм , мм , мм b, мм s, мм Допустимый крутящий момент, кН⋅м Масса , кг 1000 45 110 100 12 0,45 11 14 Рисунок 2.2 - Ступица разъемная Таблица Основные размеры ступицы мм мм d 3 , мм d 5, мм d 6, мм d 7, мм d 8 , мм мм с, мм c 1, мм h 1, мм s , мм 45 110 95 55 М 35 13 32 64 70 22 8 15 2.2 Расчет мешалки на прочность Крутящий момент с учетом пусковых нагрузок ⋅ ⋅ ⋅ (где К Д = 2 – коэффициент динамичности для рамных и лопастных мешалок ɳ = ɳ 1 * ɳ 2 * ɳ 3 * ɳ 4 = 0.96*0.99*0.96*0.99 = 0.9 ([1], табл. 41) (2.2) ɳ 1 – КПД механической передачи привода ɳ 2 – КПД пары подшипников качения ɳ 3 – КПД сальникового уплотнения ɳ 4 – КПД зубчатой компенсирующей муфты – угловая скорость вала мешалки при уточненном n = 16 об/мин при заданном об/мин (2.3) Рисунок 2.3 - Расчетная схема лопастной мешалки с ребром жесткости 16 Изгибающий момент в сечении стыкового шва лопасти ⋅ (2.4) где Расчетный осевой момент сопротивления сечения стыкового шва, для лопасти с ребром жесткости | | ⋅ ⋅ (2.5) где - осевой момент инерции относительно центральной оси x | Определение положении центра тяжести сечения и осевого момента инерции выполняется последующим формулам ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.6) (2.7) ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.8) 17 ⋅ ⋅ (Проверка прочности стыкового шва соединения лопастей (перекладин) со ступицей мешалки выполняется по нормальным напряжениям при изгибе лопастей перекладин [ ] ⋅ где, допускаемое напряжение шва [ ] ⋅ [ ] ⋅ (2.10) 1 – коэффициент сварного шва Вывод Условие прочности выполняется 2.3 Расчет шпонки в ступице мешалки Условие прочности шпонки на смятие [ ] [ ] (2.11) ступ – 20 мм = 110 – 20 = 90 мм – высота шпонки (2.12) ст = 110 мм ([1], таб. П) где l, b, t, h – размеры шпонки (l = 90 мм, b = 14 мм, t = 5,5 мм, h = 9 мм) Вывод Условие прочности выполняется 18 2.4 Расчет вала мешалки на виброустойчивость Диаметр вала d в = 65 мм Расчетная длина вала ( ) , где – высота крышки, высота отбортовки крышки (150 – 15 +H фл ) – высота втулки и фланца об – высота обечайки l 2 , h 1 – значения из таблицы 1.2; опоры = 50 мм 100 мм – положение центра мешалки над линией сварки. Приведенная масса (2.14) Масса вала ⋅ ⋅ (2.15) - плотность материала вала (сталь, q - коэффициент привидения распределенной массы вала к сосредоточенной массе мешалки (2.16) где, и - относительные длины, 19 где - расстояние между подшипниками, Приведенная жесткость ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.17) где E – модуль упругости первого рода J y – осевой момент инерции поперечного сечения вала (2.18) Критическая угловая скорость вала √ √ (2.19) Условие виброустойчивости: 0,7 – вал жесткий (2.20) 20 3 Выбор комплектующих элементов 3.1 Выбор штуцеров Рисунок 3.1 - Эскиз стального фланцевого тонкостенного штуцера Таблица 3.1 Размеры штуцеров h, мм мм d, мм n 0.6 50 140 110 90 59 3 13 215 14 4 80 185 150 128 91 4 15 215 18 4 100 205 170 148 110 5 15 215 18 4 150 260 225 202 161 6 17 215 18 8 21 3.2 Выбор люка Рисунок 3.2 - Эскиз стального загрузочного люка Таблица 3.2 Размеры подобранного люка P y, МПа D y d H *s D б d б Число болтов Z 1 2 1 2 мм 0,6 150 158*6 260 225 326 328 210 16 22 М 8 22 3.3 Выбор опор Вес аппарата Нагрузка на одну опору Рисунок 3.3 – Эскиз опоры Таблица 3.3 Основные размеры опоры для вертикальных аппаратов [Q], кН Тип опоры a, мм a 1, мм b, мм c, мм c 1 , мм h, мм h 1 , мм S 1, мм K, мм K 1, мм d, мм 10 1 90 115 115 30 85 170 14 6 20 30 24 23 3.4 Выбор сальникового уплотнения Рисунок 3.4 – Эскиз сальникового уплотнения Таблица 3.4 Основные размеры сальникового уплотнения d, мм D, мм D 1 , мм, мм d 1 , мм d 2 , мм n 1 z H, мм h, мм b, мм Масса, кг 65 235 200 178 90 М 8 2 220 105 15 14 24 Библиографический список 1. Методические указания № 4355. Расчѐт химического аппарата с механическим перемешивающим устройством. М РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. - с. 2. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. М Металлургия, 1974. 96 с. 3. Лашинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник. Л Машиностроение, 1981. 382 с. 4. Криворот АС. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. М Машиностроение, 1976. 376 с. 5. Воробьев Г.Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств. М Химия, 1975. 816 с. 6. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. М Высшая школа, 1978. 271 с. 7. Федоренко Б.Л. Шошин АИ. Справочник по машиностроительному черчению. Л Машиностроение, 1981.325 с. 8. Бать МИ и др. Теоретическая механика в примерах и задачах. Учеб. по- соб. для вузов. М Наука, 2007. 670 с. 9. Мещерский ИВ. Задачи по теоретической механике Учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по техн. спец. СПб. и др Лань, 2009. 447 с. 10. Яблонский А.А., В.М.Никифорова Курс теоретической механики. Учеб.пособие для вузов. М Интеграл-Пресс, 2009. с. 11. Аркуша АИ. Руководство к решению задач по теоретической механике. – Высшая шк, 2009. 12. Вереина ЛИ. Техническая механика учеб. для нач. проф. образования учеб. пособие для сред. проф. образования М ПрофОбрИздат. – 2002. 13. Портаев Л. П, Петраков А. А, Портаев В. Л. Техническая механика Учебник для техникумов. – Стройиздат, 1987 25 26 |