3. Аналитический расчет химического реакционного емкостного аппарата

3.1 Основные конструктивные элементы химических аппаратов. Выбор материала

Аппарат состоит из корпуса, включающего в себя эллиптическую крышку 1 (рисунок 1), обечайку 2 и днище 3, которое может быть коническим с углом половины конуса α=45⁰ или эллиптическим [1,2].

Крышка может соединяться с обечайкой фланцем 4 и иметь люк-лаз 5. сверху на аппарат монтируется мотор-привод 6 для вращения мешалки 7. Аппарат крепится к основанию в цехе с помощью четырех опор лап 8 или трех стоек (здесь они не показаны). Объектом расчета является корпус с диаметром обечайки D= 2000 мм, высотой обечайки L = 1800 мм, соотношением полуосей эллиптической крышки 1:2, толщиной фланца 135 мм, диаметром фланца d_ф = 2174[8] . Диаметр люка d_л = 400 мм.

Корпус аппарата выбираем по ОСТ 26-01-1246-75 и ГОСТ 14249-80[6]

При выборе конструкционного материала нужно учитывать следующие свойства. Материал должен обладать соответствующим прочностными и пластическими характеристиками, быть химически стойким в заданной среде при ее рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью, допускать горячую и холодную механическую обработку. Свойства эти не должны меняться при рабочей температуре.

Материал корпуса выбираем химически стойкую сталь ОХ 23 Н28[]5.

[6]=122 МПа. Защитный слой фторопласт 4 (ГОСТ 10007-69) [2]

Привод выбираем в соответствии с частотой вращения мешалки n= 50 мин^-1 и мощностью N=7,5 квт по ОСТ 26-01-1225-75 [5]

Масса m_пр=945 кг Обозначение: тип 2. Исполнение 1 (для установки на крышке), габарит 3.

Мешалку выбираем рамную по ОСТ 26-01-1225-75, шифр 10, масса m_М=75 кг[7]

Рисунок 1. – Химический реакционный емкостный аппарат.

Диаметр опоры привода d_пр=500 мм.

Масса вала m_в=85 кг

Сила от избыточного наружного давления.

F_нар= (Р_руб – Р _ост ) (+ А_g)=(0,1-0,05)[( 3,14*60²/4+3200)(10^-3 )⁺² =301Н, [10]

где диаметр вала dв=60мм. Дополнительная площадь уплотнения Аg=3200мм.

3.2 Расчетное давление в аппарате

Определяем расчетное давление в аппарате.

,

где Р_изб – избыточное давление среды. Задается условиями технологического процесса.

Р_гидр – гидростатическое давление.

ρ – плотность жидкой среды, ..

g=9,81 .

Н_ж – высота столба жидкости.

Р_гидр учитывается, если оно превышает 5% от давления среды .

- не учитывается.

Расчетное внутреннее давление

.

3.2.1 Расчетное наружное давление корпуса, находящегося под рубашкой.

,

где Р_а – атмосферное давление, Р_а=0,1МПа.

Р_о – остаточное давление. Р₀=0,05МПа.

Р_руб – избыточное давление в рубашке. Р_руб=0,35МПа.

3.2.2 Допускаемое напряжение ,

, [5]

где - поправочный коэффициент, учитывающий взрывоопасность среды (=0,9),

- нормативное допускаемое напряжение.

3.2.3 Защитный слой из фторопласта составляет 2мм.

3.3 Расчет толщины стенки аппарата, находящегося под внутренним давлением

3.3.1 Расчет оболочки, нагруженной внутренним давлением.

Прибавка компенсации коррозии С к расчетной толщине оболочки.

,

где П – скорость коррозии в рабочей среде. П=0,1 .

- срок службы.

φ – коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки.

Для стыковых и тавровых швов с двусторонним проваром и выполненных автоматической сваркой.

Толщина стенки цилиндрической обечайки.[9]

Здесь расчетное значение S=6,579мм.

Выбираем из сортамента листовой стали ближайшую большую.

Толщина h: 4^-0,4; 5^-0,5; 6^-0,6; 8^-0,8; 10^-0,8; 12^-0,8; 14^-0,8; 16^-0,8.

S=10^-0,8мм.

3.3.2 Расчет эллиптической крышки.

Толщина стенки

Расчетное значение Sэ=6,56мм.

По сортаменту S_э=10^-0,8мм.

3.3.3 Расчет конического днища с тороидальным переходом.(α=45⁰).

Расчетное значение Sк=7,412мм

.

Расчетный диаметр конического днища.

Расчетное значение S_к=7,412 мм

Из сортамента листовой стали.

.