2. Выбор материалов.

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

При выборе материала необходимо учитывать рабочую температуры в аппарате, давление и коррозионную активность рабочей среды. Также учитываются стоимость и технологические свойства материала, то есть возможность и простоту изготовления из него изделий заданной формы. В настоящее время широко используют сварные аппараты из углеродистой и легированной стали. При высокой температуре, а также при действии коррозионных сред применяют высоколегированные стали и сплавы.

Материалами для изготовления стальных сварных аппаратов являются полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью в виде листового, сортового и фасонного проката, труб, специальных поковок и отливок. Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при ее рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать холодную и горячую механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недифицитными.

Среда в аппарате HNO₃ (90%), t_ср=20⁰С.

Для корпуса аппарата, вала и мешалки выбираем легированную сталь Х18Н10Т.

3. Расчетная часть.

3.1. Расчет геометрических размеров аппарата.

Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов должен выполняться в соответствии с ГОСТ 14249–80.

Для выполнения расчета предварительно необходимо определить ряд параметров:

Расчетное давление для элементов аппарат принимается, как правило, равным рабочему или выше его. Под рабочим давлением понимается максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды.

Если на элемент аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и более от рабочего, то расчетное давление должно быть повышено на эту же величину:

,

где P_гидр– гидростатическое давление столба жидкости, МПа;

 – плотность жидкости, кг/м³;

g = 9,8 – ускорение свободного падения, м/с;

H_ж – высота столба жидкости, м.

Высота столба жидкости находят перемножением внутреннего диаметра корпуса на отношение H_ж/D: H_ж=D∙H_ж/D=1200∙0,8=960 мм. Таким образом, гидростатическое давление равно:

Р_гидр =0,96∙9,8∙1480∙10^-6=0,014 МПа

5%Р_и =0,05∙1,4=0,07 МПа

Влияние гидростатического давления можно не учитывать, т.к. оно составляет менее 5% от избыточного.

Расчетное наружное давление при проверке стенок корпуса на устойчивость:

Р_р.н.=Р_а–Р_о+Р_руб,

где Р_р.н. – расчетное наружное давление, МПа;

Р_а – атмосферное давление, МПа;

Р_о – остаточное давление в корпусе, МПа;

Р_руб – давление в рубашке, МПа.

Р_р.н. = 0,1–0,05=0,05 МПа.

Расчетная температура. За расчетную температуру принимается температура среды в аппарате.

Допускаемое напряжение для выбранного материала:

 = ^ ∙  ,

где  – допускаемые напряжения, МПа

^ – нормативные допускаемые напряжения, МПа

 – коэффициент пожаровзрывоопасности

^* = 146 МПа

Т.к. HNO₃ не пожаро- и взрывоопасная среда, то коэффициент пожароопасности =1,0.

 = 146∙1,0 = 146 МПа.

Прибавка на коррозию рассчитывается:

C_k = П ∙ L_h ,

где С_к – прибавка на коррозию, м;

П – скорость коррозии, м/год;

L_h=5 – заданная долговечность, лет.

С_к =5∙0,1=0,5мм

Модуль упругости легированных сталей при 20 ⁰С равен:

Е = 2,00∙10¹¹ Па.