Содержание.

с.

Техническое задание 3

1. Введение 4

2. Выбор материалов 7

3. Расчётная часть 8

3.1 Расчет геометрических размеров аппарата 8

3.1.1 Оболочки, нагруженные внутренним давлением 9

3.1.2 Оболочки, нагруженные наружным давлением 10

3.2 Подбор привода 11

3.3 Выбор уплотнения 14

3.4 Расчет элементов механического перемешивающего устройства 15

3.4.1 Расчет вала мешалки 19

3.4.2 Подбор подшипников качения 20

3.4.3 Расчёт мешалки 21

3.5 Выбор и проверочный расчет опор аппарата 23

3.6 Подбор муфты 26

3.7 Расчет фланцевого соединения 27

4. Подбор штуцеров и люков 29

5. Заключение 29

6. Список использованных источников 30

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Механики и конструирования машин»

Техническое задание

на курсовое проектирование по механике

студент группы БТПп-16-01

Вариант №09

«Произвести расчет и конструирование химического реакционного аппарата»

Исходные данные.

	Номинальный объем, V м3	Внутренний диаметр D, мм	Исполнение корпуса	Параметры мешалки					Давление в корпусе			Давление в рубашке, избыточное Pруб, МПа		Уровень жидкости в корпусе Нж /D		Параметры среды
				Шифр	Диаметр dм, мм	Частота вращения n, мин -1	Потребляемая мощность N, кВт	Избыточное Pи, МПа		Остаточное PО, МПа					Наименование		Температура t, оС	Плотность p, кг/м3	Концентрация, %
	1,25	1200	00	33	320	400	4,3	1,4		0,05	—		0,8		HNO3, водный р-р		20	1480	90

Дата выдачи:____________

Консультант:_____________/ доцент кафедры МКМ Васильев В.В./

1. Введение

Выполнение курсового проекта по расчету и конструированию аппарата с перемешивающим устройством готовит студента к выполнению последующих проектов по специальным дисциплинам и дипломному проектированию. Студент получает навыки работы со справочной и методической литературой, нормативными документами, умение самостоятельного проектирования, то есть оформления расчетно-пояснительной записки, разработки и защиты проекта.

Собственно аппараты разделены по наиболее удобному для конструирования и расчета их на прочность, признаку на три характерных вида: теплообменные, колонные и емкостные.

Отличительным признаком теплообменных аппаратов является наличие у них кожуха и труб независимо от положения аппарата (горизонтального или вертикального). Отличительным признаком колонных аппаратов является их вертикальное положение (при соотношении H/D>5), в которых имеются различные внутренние устройства в виде тарелок или насадки. К ним относятся также комбинированные или агрегатированные аппараты, представляющие собой расположенные друг над другом различные по конструкции и назначению несколько аппаратов, жестко соединенных между собой. Отличительным признаком емкостных аппаратов являются все горизонтальные и вертикальные (при соотношении H/D≤5) аппараты, в которых могут быть различные специальные внутренние устройства, а также обогревающие или охлаждающие рубашки.

Перемешивание в жидких средах широко применяется в химической и биохимической промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и получения гомогенных систем (растворов). Наибольшее распространение получило перемешивание с введением в перемешиваемую среду механической энергии из внешнего источника. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу. Известны также мешалки с возвратно-поступательным движением, имеющие привод от механического или электромагнитного вибратора. Процесс перемешивания механическими мешалками сводится к внешней задаче гидродинамики – обтеканию тел потоком жидкости.

При медленном движении в вязкой среде тела любой формы в тонком слое жидкости, примыкающем к его поверхности, образуется ламинарный пограничный слой, форма и толщина которого зависят от формы и размеров тела. При увеличении скорости движения происходит отрыв пограничного слоя от поверхности тела в точках, где скорость жидкости является наибольшей, например, у кромок вертикальной пластины, и образование турбулентного кормового следа за движущимся телом.

Начало отрыва пограничного слоя характеризуется резким возрастанием сопротивления среды движению тела.

Окружная скорость имеет наибольшее значение на периферии мешалки, так как эта величина пропорциональна диаметру мешалки. В данной области, как следует из уравнения Бернулли, образуется зона пониженного давления, куда устремляется жидкость, находящаяся в аппарате. Это течение, а также радиальные потоки, возникающие под действием центробежных сил при вращательном движении мешалки, приводят к интенсивному перемешиванию содержимого аппарата.

Посредством перемешивания достигается тесное соприкосновение частиц, уменьшение пограничного слоя и непрерывное обновление, увеличение поверхности взаимодействия веществ, благодаря возрастанию степени турбулентности системы. Вследствие этого при перемешивании значительно ускоряются процессы массообмена, например растворение твердых веществ в жидкостях, процессы теплообмена и протекание многих химических реакций.

Перемешивание используют для ускорения процессов абсорбции, выпаривания, экстрагирования и других основных процессов химической технологии.

Основными характеристиками любого процесса перемешивания являются: расход энергии и эффективность перемешивания.

В различных процессах эффективность перемешивания определяется по-разному. Например, при суспендировании эффективность перемешивания характеризуется равномерностью распределения твердых частиц в жидкости и скоростью достижения достаточной равномерности. Если перемешивание применяется для интенсификации теплообмена, эффективность перемешивания может определяться возрастанием коэффициента теплоотдачи в перемешиваемой среде. При вращении лопасти мешалки, как при обтекании жидкостью любого движущегося в ней тела, энергия затрачивается на преодоление трения, а также на образование и срыв вихрей.

Отраслевыми стандартами Минхимнефтемаша установлены конструкции и параметры специальных составных частей аппаратов мешалки, что позволяет осуществить компоновку аппарата из типовых элементов (корпуса, мешалки, уплотнения вала, привода перемешивающего устройства по ОСТ 26-01-1205-95) в соответствии с частотой вращения мешалки, номинальным давлением в корпусе аппарата. Одновременно устанавливается тип уплотнения для вала мешалки: сальниковое или торцевое. Необходимо учитывать, что приводы типа 1 и 3 с концевой опорой в аппарате для вала мешалки не надежны в эксплуатации при воздействии абразивной или коррозионной активной среды на вал и вкладыши подшипника. Типоразмер мотор-редуктора выбирается в соответствии с заданной частотой вращения вала мешалки и потребляемой мощности электродвигателя. В аппаратах всех типов могут применяться внутренние теплообменные устройства – змеевик, либо непосредственный обогрев рабочей среды подачей горячего пара c помощью рубашки.

Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей: собственно мешалки, вала и привода. Мешалка является рабочим элементом устройства, закрепляемым на вертикальном, горизонтальном или наклонном валу.

Привод может быть осуществлен либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу.

Химические перемешивающие аппараты делают, как правило, вертикальной цилиндрической формы, так как она удобна при работе под давлением и лучше обеспечивает герметичность.

Конструкция аппарата должна предусматривать возможность внутреннего осмотра, очистки, промывки и продувки. Внутренние устройства, препятствующие осмотру, должны быть съемными. Рубашки допускается выполнять приварными. Аппараты должны иметь круглые люки для внутреннего осмотра, расположенные в удобных для обслуживания местах. Крышки люков должны быть съемными. Шарнирно-откидные или вставные болты, хомуты и зажимные приспособления крышек, лазов и фланцевых соединений должны быть предохранены от сдвига или ослабления. Для возможности проведения гидроиспытаний аппарат должен иметь для наполнения и слива воды, а также для поступления и удаления воздуха соответствующие штуцера. На вертикальных аппаратах эти штуцера должны быть расположены с учетом возможности проведения гидроиспытаний и в горизонтальном положении. Для подъема и установки аппарата на нем должны быть предусмотрены строповые устройства. Допускается использовать для этих целей имеющиеся на аппарате элементы, если прочность их не вызывает сомнений, что должно быть проверено расчетом. Все основные сварные соединения в аппаратах, как правило, должны быть стыковыми двухсторонними или с подваркой, быть доступными для осмотра и контроля. В местах присоединения опор к аппарату наличие сварных швов, как правило, не допускается. Если это не может быть выполнено, необходимо предусмотреть возможность контроля шва под опорой. При сварке отдельных элементов аппарата расстояние между краями смежных швов должно быть не менее большей толщины соединяемой стенки. Расположение отверстий для лазов, люков, и штуцеров, как правило, должно быть вне сварных швов, допускается как исключение устройства отверстий на швах при условии двустороннего провара швов и укрепления отверстий.

Частые причины выхода из строя машин и аппаратов химических производств – коррозия и повреждение наиболее ответственных узлов. Конструкция аппарата или машины зависит от параметров процесса (давление, температура, коррозионные свойства среды, наличие осадков и отложений, свойств конструкционных материалов и многих других).

Материалы, выбранные для деталей и сборочных единиц, должны обеспечивать надежность аппарата в работе и экономичность в изготовлении.