Курсовой проект по механике. Пояснительная записка ВЭЭ-07 - 2023. Д. И. Менделеева кафедра инженерного проектирования технологического оборудования химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа вээ0107 пояснительная записка

• Название: Д. И. Менделеева кафедра инженерного проектирования технологического оборудования химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа вээ0107 пояснительная записка
• Анкор: Курсовой проект по механике
• Дата: 14.03.2023
• Размер: 1.05 Mb.
• Имя файла: Пояснительная записка ВЭЭ-07 - 2023.docx
• Тип: Техническое задание; #988333

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО–ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
Кафедра инженерного проектирования технологического оборудования

ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

типа ВЭЭ0107
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

205.093.00.00.000.ПЗ


Студент группы И – 27 Агеев М.М. ______________

(Ф.И.О) (подпись)

Руководитель проекта доцент Антонов С.И. ______________

(должность, Ф.И.О.) (подпись)

Оценка за курсовой проект ____________________________________

«__»_________ 2023г. (подпись руководителя)
Москва 2023 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Техническое задание 3

Введение 4

1. Определение расчетных параметров химического аппарата 6

1.1. Выбор конструкционных материалов 6

1.2. Определение пробных давлений 6

1.3. Определение геометрических размеров аппарата 6

1.4. Расчет элементов корпуса аппарата 7

1.4.1. Расчет толщины стенки корпуса 7

1.4.2. Расчет толщины стенки рубашки 9

1.5. Выбор фланцевого соединения 9

1.6. Выбор привода 10

2. Расчет перемешивающего устройства 12

2.1. Выбор мешалки 12

2.2. Расчет мешалки на прочность 14

2.3. Расчет шпонки в ступице мешалки 15

2.4. Расчет вала мешалки на виброустойчивость 16

3. Выбор комплектующих элементов 18

3.1. Выбор штуцеров 18

3.2. Выбор люка 19

3.3. Выбор опор 20

3.4. Выбор сальникового уплотнения 22

Библиографический список 23

Техническое задание

Номер варианта………………………………………………..	93
Шифр корпуса…………………………………………………	ВЭЭ-01
Номинальный объем V, м3……………………………………	3,2
Диаметр аппарата Da, мм……………………………………...	1400
Шифр мешалки………………………………………………...	07
Диаметр мешалки dм, мм……………………………………...	900
Тип привода……………………………………………………	Тип 1
Мотор-редуктор………………………………………………..	МП02-10
Частота вращения n, об/мин…………………………………..	63
Мощность привода N, кВт…………………………………….	0,75
Давление в аппарате Pа, МПа…………………………………	0,4
Остаточное давление в аппарате Pост, МПа………………….	0,02
Давление в рубашке Pруб, МПа………………………………..	0,3
Среда в аппарате………………………………………………	H2O
Температура среды T, °C……………………………………...	100

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, а также постоянное перемешивание реакционной массы.

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

Под корпусом аппарата понимают герметически закрытый сосуд, находящийся под давлением, в котором осуществляется перемешивание. Он состоит из сваренных между собой эллиптического днища и цилиндрической обечайки. Переход от цилиндрической части к коническому или эллиптическому днищу должен быть плавным, что обеспечивается при помощи специального элемента – отбортовки. К корпусу аппарата крепится и другие части, такие 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.

Рубашка служит для подачи в нее через штуцер пара, обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней её части. Также, к рубашке приварены три опоры.

К крышке приварены смотровой люк, штуцер ввода и два штуцера для крепления манометра и термопары. Также к ней крепится механическое перемешивающее устройство.

Материал корпуса, крышки, рубашки, - сталь 10Х17Н13М2Т, так как марка этой стали отличается высокой коррозионной стойкостью к рабочей среде – воде.

Механическое перемешивающее устройство (МПУ) аппарата представляют собой конструкции, состоящие из привода, вала и мешалки. Привод перемешивающего устройства аппаратов состоит из электродвигателя, механической передачи в виде редуктора (зубчатой пе­редачи) или ременной передачи и стойки привода. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Редуктор или ременная передача передают вращательное движение от вала электродвигателя с понижением скорости вращения и увеличением крутящего момента на выходном валу привода. Стопка привода, объ­единяя их в единый агрегат, служит для крепления элементов МПУ. Вы­ходной вал редуктора или мотор редуктора при помощи муфты про­дольно - разъемной или фланцевой соединяется с ва­лом. На конце вала установлена мешалка: лопастная для данного типа аппарата. Мешалка при вращении передает механическую энергию в перемешивае­мую среду. Валы мешалок устанавливаются в стойках привода при помо­щи подшипников качения. Герметичность вра­щающегося вала обеспечивается уплотнением (сальниковым или торцовым), которое крепится к крышке аппарата. Тип уплотнения зависит от величины давления в аппарате и от свойств рабочей среды. МПУ предназначено для перемешивания многофазных сред, такие как растворы, эмульсии, суспензии.

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

1. Определение расчетных параметров химического аппарата

1.1. Выбор конструкционных материалов

Материал корпуса аппарата, рубашки, фланцев – сталь 10Х17Н13М2Т

Скорость коррозии: П= 0,1 мм/год

Срок службы аппарата: Т_а= 10 лет

Прибавка на компенсацию коррозии: С_к= П Т_а= 0,1 10 = 1 мм

Допускаемое напряжение: [σ]_t=100֯C = 139 МПа, [σ]_t=20֯C= 146 МПа

Модуль упругости первого рода Е= 2 10⁵ МПа

Материал болтов – сталь 35ХМ

Допускаемое напряжение болтов: [σ]_б = 230 МПа.

1.2. Определение пробных давлений

Пробное давление для аппарата

Р_пр= 1,5·Р_а = 1,5 0,4 = 0,6МПа (1.1)

Пробное давление для рубашки

Р_пр= 1,5·Р_руб = 1,5 0,3 = 0,5 МПа (1.2)

1.3. Определение геометрических размеров аппарата

Высота цилиндрической части аппарата:

Н_ц.ч. = , (1.3)

Где V_кр = 0,4191 м³

V_дн = 0,4191 м³

Н_{ц.ч .}= = 1,325 м = 1325 мм

Принимаем H_об = 1250 мм

= V_кр + + (1.4)

м³

(1.5)



Высота цилиндрической части рубашки:

=1100 мм

Диаметр рубашки:

D_pуб = D_a +100= 1400 +100 = 1500 мм (1.6)

1.4. Расчет элементов корпуса аппарата

1.4.1. Расчет толщины стенки корпуса

При воздействии внутреннего давления

S_ц.ч.(1).= + 2⋅C_к + С_о = + 2⋅1 + С_о = 4,02+ С_о =4 мм (1.7)

При воздействии наружного давления

S_ц.ч.(2)= + 2⋅C_к + С_о, где (1.8)

МПа

=2,4, E=2⋅ МПа

= 1100 + 40 + 1400/12 = 1256,7 мм

S_ц.ч.(2) мм

Вывод: S_ц =(S_ц.ч.(1);S_ц.ч.(2)) =max(4;10) = 10 мм.

1.4.2. Расчет толщины стенки рубашки

S_pуб = + С_к + С_о = С_о = 2,62+ = 3 мм (1.9)

1.5. Выбор фланцевого соединения

Рисунок 1.1 – Эскиз фланцевого соединения

Основные размеры фланцев и болтов для стальных аппаратов

, мм	мм	мм	мм	, мм	, мм	, мм	мм	мм	, мм	мм			Число отверстий
1400	1550	1510	1470	1484	1468	1420	1452	55	105	23	1,0	М20	68

1.6. Выбор привода

По техническому заданию:

привод тип 1,

мощность приводы N=0,75 кВт,

частота вращения n= 63 об/мин

мотор-редуктор МП02-10


Рисунок 1.2 – Эскиз привода типа 1

Габарит		Мотор- редуктор	Размеры, мм
привод	стойка		d	dp⋅	lp⋅	D1	D2	D3 (H9)	D4	H1⋅	H2	H3	lо
1	02	МП02-10	65	40	-	540	500	430	410	1235	720	475	350

Таблица 1.2

Основные размеры стойки привода (Тип 1)

Продолжение таблицы 1.2

Размеры, мм										z		α, град		Масса, кг, не более
Исполнение		h2		h3		s		do
3, 4
l2	h1
450	500		30		8		14		23		6		72		630

H = 640 мм (высота мотор редуктора).

2. Расчет перемешивающего устройства

2.1. Выбор мешалки

По техническому заданию: шифр мешалки 07.

Диаметр мешалки d_м =900 мм.

Мешалка лопастная, без внутренних устройств.


Рисунок 2.1 – Эскиз лопастной мешалки
Таблица 2.1

Основные размеры лопастных мешалок

d, мм	d1, мм	h, мм	b, мм	s, мм	Доп. крут. момент кН·м	Масса m, кг
900	45	110	90	12	0,35	9,2

Рисунок 2.2 – Эскиз разъемной ступицы
Таблица 2.2

Основные размеры разъемной ступицы

d1, мм	h, мм	d3, мм	d5, мм	d6, мм	d7, мм	d8, мм	d9, мм	c, мм	c1, мм	h2, мм	s2, мм
45	110	95	55	М6	35	13	32	64	70	22	8

2.2. Расчет мешалки на прочность

Расчётный крутящий момент с учетом пусковых нагрузок

227,6 (2.1)

где К_д коэффициент динамичности, К_д = 2;

номинальная мощность двигателя привода,

угловая скорость вала мешалки,

(2.2)



Рисунок 2.3 – Расчётная схема лопастной мешалки
Изгибающий момент в сечение стыкового шва лопасти

= , (2.3)

где z - число лопастей (перекладин) мешалки.

Определение положения центра тяжести сечения

= 11,7 мм (2.4)
= (12+26) - = 26,3 мм, (2.5)

где s₁ = s = 12 мм,

h₁ = 0,4 d₃-s₁ = 0,4 26 мм, (2.6)

где b = 90 мм, s₁ = 12 мм.

Определение осевого момента инерции



120814,9 мм⁴ (2.7)
Расчётный осевой момент сопротивления сечения стыкового шва

= 4593,7 мм³, (2.8)

где 26,3 мм.

Условие прочности

(2.9)



где допускаемое напряжение для сварного шва, коэффициент сварного шва, допускаемое напряжение для выбранного материала мешалки при расчётной температуре среды.

Условие прочности выполняется.

2.3. Расчет шпонки в ступице мешалки

Условие прочности шпонки на смятие

= = =33,6∙10⁶ Па=33,6 МПа < [σ]_см =

=150 МПа. (2.10)

где l, b, t, h – размер шпонки (l=100 мм, b=14 мм, t=5,5 мм, h=9 мм).

Условие прочности шпонки на смятие выполняется.

2.4. Расчет вала мешалки на виброустойчивость

Диаметр вала d = 65 мм.

Расчётная длина вала L:

L= l₂ + h₁+h_опоры +H_кр +  + 2H_фл + H_об – 100 = 450 + 500 +50 +350 + 40 + 2·105 +1250 –100 = 2750 мм.

Приведенная масса:

= = 9,2 + 0,208 71,6 = 24,1 кг, (2.11)

где – масса мешалки, – масса вала,

= , (2.12)

– плотность материала вала (сталь), коэффициент приведения распределенной массы вала к сосредоточенной массе мешалки, определяющийся по формуле:

= 0,208, (2.13)

где , – относительные длины

, = .

Приведенная жесткость:

К_пр= = = 36129,9 , (2.14)

где L – расчётная длина вала, Е – модуль упругости первого рода, – осевой момент инерции поперечного сечения вала:

I_𝑥 = = = 875796,3 мм⁴ = 0,876 10⁻⁶ . (2.14)

Критическая угловая скорость

= = 38,72 . (2.15)

Условие виброустойчивости

= = 0,17 < 0,7. (2.16)

Вывод: вал жесткий.

3. Выбор комплектующих элементов

3.1. Выбор штуцеров

Рисунок 3.1 – Эскиз стального фланцевого тонкостенного штуцера

Таблица 3.1

Основные размеры стальных фланцевых тонкостенных штуцеров

Py, МПа	Dy, мм	Dф, мм	Dб, мм	D1, мм	dт, мм	sт, мм	h, мм	Hт, мм	d, мм	n
0,6	50	160	125	102	59	3	15	215	18	4
	80	195	160	138	91	4	17	215	18	4
	100	215	180	158	110	5	19	215	18	8
	150	260	225	202	161	6	17	215	18	8

3.2. Выбор люка

Рисунок 3.2 – Эскиз люка

Таблица 3.2

Основные размеры люка

Py, МПа	Dy	dH×s	D	Dб	H1			H2		h			dб	Число болтов z
					1		2			1	2
	мм
0,6	100	108×4	205	170	296	298			210		16	22	М16	8

3.3. Выбор опор

Вес аппарата

𝐺≃1,5 𝜌_𝐻2𝑂 𝑉 𝑔=1,5 9,81 3,2 = 47,1 кН (3.1)

Нагрузка на одну опору

𝑄= = = 12 кН (3.2)

где n – число опор, n = 4.

Условие выбора опоры 𝑄=12 кН <[𝑄] =25 кН.


Рисунок 3.3 – Эскиз лапы вертикального аппарата

Таблица 3.3

Опоры для вертикальных аппаратов

[Q], кН	Тип опоры	a, мм	a1, мм	b, мм	c, мм	c1, мм	h, мм	h1, мм	S1, мм	K, мм	K1, мм	d, мм	dб
25,0	1	125	155	155	45	90	230	16	8	25	40	24	М20

3.4. Выбор сальникового уплотнения

Рисунок 3.4 – Эскиз сальникового уплотнения

Таблица 3.4

Основные размеры сальникового уплотнения

d, мм	D, мм	D1, мм	D2, мм	d1, мм	d2, мм	n1	z	H, мм	h, мм	b, мм	Масса, кг
65	235	200	178	90	М12	8	2	220	105	15	14

Библиографический список

1. Поляков А.А. Механика химических производств. М.: Альянс, 2005. -392 с.

2. Методические указания №4355. Расчет химического аппарата с механическим перемешивающим устройством. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005.- 87 c.

3. Методические указания №5083. Методические указания по оформлению конструкторской документации курсового проекта по прикладной механике. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2016.-32 с.

4. Аристов В.М., Аристова Е.П. Инженерная графика, М.: Альянс, 2006. -256 с.

5. Д.В. Зиновьев. Основы проектирования в КОМПАС-3Dv17 – ДМК –Пресс, 2019 -232 с.