З адание

Рассчитать и проверить на прочность основные элементы аппарата с перемешивающим устройством (обечайки, днища, фланцевого соединения, опор).

Объем аппарата V( ) – 32

Размеры, мм:

D = 3000

d1 = 150

d2 = 80

d3 = 450

d4 = 150

d5 = 120

d6 = 80

Масса привода - 380 кг

Среда в аппарате:

В корпусе реактора: СН₃О₄ – 25%, С₂Н₅ОН

В рубашке - пар

Температура:

В корпусе реактора - 180°С

В рубашке - 100°С

Давление абсолютное:

В корпусе реактора - 0,7 Мпа

В рубашке - 0,11 МПа

Место расположения опор - на стенке рубашки.

Введение

Развитие химической, нефтехимической, а также пищевой промышленности требует создания новых высокоэффективных, надежных и безопасных аппаратов.

В связи с этим первостепенное значение приобретают разработка совершенных конструкций машин и аппаратов химической промышленности, интенсификация производственных процессов и снижение стоимости оборудования, чему способствует его правильный расчет и конструирование.

Высокое качество аппаратов характеризуется: высокой эффективностью, долговечностью (сроком службы не менее 15 лет), экономичностью, надежностью, безопасностью, удобством и простотой обслуживания, зависящих как от качества, так и от изготовления.

В курсовой работе решаются инженерно-технические задачи, связанные с конструированием и обеспечением прочности и надежности технологического оборудования.

Тема курсовой работы посвящена конструированию и расчету прочности аппарата с перемешивающим устройством.

1. Устройство аппарата и выбор конструкционных материалов

1.1 Описание устройства и принцип работы аппарата

Реакционным аппаратом называются закрытые сосуды, предназначенные для проведения различных физико-химических процессов. Реактор – аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологии, он должен работать эффективно, то есть обеспечивать определенную глубину и избирательность химического превращения веществ. Реактор должен удовлетворять следующим требованиям: иметь гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создавать необходимую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т.д.

Конструкция смесителя для жидких сред с перемешивающим устройством приведена на рисунке 1. В соответствии с рисунком 1 основными элементами смесителя являются: крышка, привод со стойкой, вращающая мешалка, установленная на валу, сальниковое и торцевое уплотнение, штуцер отвода продуктов реакции.

На крышке и корпусе аппарата имеются два патрубка для подвода и отвода продуктов. С помощью мешалки происходит перемешивание веществ. Для поддержания определенной температуры внутри реактора, аппарат снабжен рубашкой, на которой имеется два патрубка для подвода и отвода греющего или хладоагента и конденсата.

1 – корпус, 2 – рубашка, 3 – перемешивающее устройство, 4 – труба передавливания, 5 – привод перемешивающего устройства, 6 – термопара.

Рисунок 1

1.2. Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата

Элементами, подлежащими выбору и конструктивной проработке, являются: обечайка (корпус), днище, крышка, рубашка, мешалка, фланцевые соединения, опоры.

а) выбор обечайки

Выбирается гладкая цилиндрическая обечайка, получившая наибольшее распространение в химическом и пищевом аппаратостроении и отличающуюся простотой изготовления и рациональным расходом материала, с внутренним диаметром D:

для корпуса D = 3000 мм, для рубашки D₁ = 3200 мм, высотой для рубашки H₁ = 4213 мм.

Выбирается изготовление обечайки вальцовкой из листового проката, как более технологичный способ для аппарата с небольшим избыточным давлением.

б) выбор днища корпуса

Д нище выбирается эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр. Такая форма наиболее рациональна с точки зрения восприятия давления. Конструкция днища приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

Размеры днища корпуса принимаются согласно табл. 7.2 [1, с, 116]:

Изготавливается днище горячей штамповкой из плоских круглых заготовок, состоящих из одной или нескольких частей, сваренных между собой встык. Соединение эллиптического днища с цилиндрической обечайкой производится встык.

в) выбор крышки

Крышки аппаратов могут быть как отъемными, там и цельносварными с аппаратом. Выбирается крышка аппарата отъемная эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр. Для осмотра внутренней полости аппарата предусматриваем люк с D_y = 450 мм. Конструкция крышки приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Отъемная эллиптическая крышка с плоским фланцем

г) выбор конструкции рубашки

Рубашки предназначены для наружного нагрева или охлаждения обрабатываемых и хранящихся в аппарате жидких продуктов. По конструкции рубашки бывают неразъемные и отъемные. Более простыми и надежными в работе являются неразъемные рубашки. Поэтому принимается стальная неразъемная рубашка исполнения 2 для стального вертикального аппарата типа 1 с эллиптическим днищем и нижним выпуском продукции [1, стр. 164]:

Обозначение: Рубашка 2-3200-4213-2-О ОСТ 26-01-984-74.

Рубашки с эллиптическими днищами применяются при и , что соответствует заданным условиям.

Конструкция рубашки приведена на рисунке 4.

Рисунок 4

В качестве соединительного элемента неразъемной рубашки с корпусом аппарата находят применение: тороконический, конический и кольцевой элементы. Выбирается конструкция – тороконическая с углом конуса которая представлена на рисунке 5.

Рисунок 5

Тороконический элемент изготавливается из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632 – 72.

д) выбор фланцевого соединения

В аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. Конструкцию фланцевого соединения применяют в зависимости от рабочих параметров аппарата. При и применяют фланцы плоские приварные с уплотнительной поверхностью выступ – впадина по ОСТ 26-426-79 исполнения 5 [1, стр. 227]. Конструкция выбранного фланца приведена на рисунке 6.

Рисунок 6

е) выбор опоры

Установка аппаратов на фундаменты или специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Вертикальные аппараты обычно устанавливают на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных конструкциях [1, стр. 274]. Выбирается стандартная опора – лапа для стальных сварных вертикальных цилиндрических аппаратов типа 2 (для опоры с теплоизоляцией) по ОСТ 26-655-79 с подкладным листом. Конструкция опоры показана на рисунке 7.

Рисунок 7

ж) выбор штуцеров

Исходя из условий для выбора аппаратных фланцев, выбираются стальные приварные фланцевые штуцера с плоским приварным фланцем исполнения 1 и тонкостенным патрубком по ОСТ 26-1404-76. Фланцы для штуцеров по ГОСТ 1255-67. Конструкция штуцеров приведена на рисунке 8.

Рисунок 8