Пояснительная записка,Лясникова 2015

РХТУ имени Д. И. Менделеева

Кафедра механики

ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

типа ВКЭ2101

Пояснительная записка

к курсовому проекту по прикладной механике

205.058.00.00.000. ПЗ

Руководитель: Лясникова Н. Н.

Исполнитель: Иконникова О. П.

Группа Н-26

Москва, 2015

Содержание

1. Техническое задание……………………………………………..….………………3

2. Введение………………………………………………………………………….…….4

3. Определение геометрических размеров аппарата...........................................6

4. Выбор конструкционных материалов…………………………………………..7

5. Расчёт толщин стенок……………………………………………………………….8

   1. Расчёт толщин стенок аппарата…………………………………...……………8

   2. Расчёт толщин стенки рубашки……………………………………….………..8

6. Определение пробного давления…………………………………………………9

7. Выбор фланцевого соединения…………………………………………...……..10

8. Выбор привода………………………………………………………………….……11

9. Эскиз аппарата……………………………………………………………………….12

10. Выбор мешалки………………………………………………...……………………13

11. Расчёт мешалки……………………………………………………………………..15

12. Расчёт шпонки в ступице мешалки……………………………………………16

13. Расчёт вала мешалки на виброустойчивость……………………….………..17

14. Выбор комплектующих…………………………………………………………..18

    1. Выбор штуцеров……………………………………………………....…………..18

    2. Выбор люка…………………………………………………………………………18

    3. Выбор опор………………………………………………………..………………..19

    4. Выбор сальникового уплотнения……………………………..………………20

15. Список используемой литературы………………………………………...…...21

1. Техническое задание

Номер варианта……………………………………………………………….…58

Шифр корпуса…………………………………………………..…………ВКЭ-21

Номинальный объем V, м³ ………………………………………….………….5,0

Диаметр аппарата D_a, мм……….………………………………………...…..1600

Шифр мешалки…………………………………………………………..………01

Диаметр мешалки d_m, мм…………….……………………………..……...…..450

Частота вращения , об/мин………………………………...……..………….400

Мощность мешалки N, кВт……………………………………….…………….1,3

Давление в аппарате P_a, МПа………………………………..………….…..….0,8

Остаточное давление в аппарате P_ост, МПа………………………………….0,02

Давление в рубашке P_руб, МПа…………………………….………....…….…..0,6

Среда в аппарате……………………………………………………..….……..H₂O

Температура среды T, °C…………………………………….………………....100

2. Введение

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВКЭ2101 предназначен для проведения различных физико-химических и механических процессов в жидких средах (растворах, суспензиях, эмульсиях) для протекания которых требуется поддержание повышенной температуры и давления. Интенсификацию процессов теплообмена и массообмена обеспечивает механическое перемешивающее устройство с приводом типа 4.

Химические аппараты данной конструкции применяются в промышленности для проведения органических и неорганических синтезов, протекающих при повышенной температуре и давлении в агрессивных средах, а также требующих постоянного перемешивания реакционной массы. Кроме этого аппараты применяются для получения различных жидкостных растворов и механических смесей.

При разработке химического аппарата обеспечено соответствие правилам Госгортехнадзора. Основные параметры аппарата соответствуют ГОСТ 26291-71.

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

Корпус аппарата состоит из сваренных между собой конического днища и цилиндрической обечайки. Корпус аппарата предназначен для проведения в нём физико-химических процессов, а также для крепления к нему прочих частей аппарата, таких как: рубашка (приваренная сверху – к обечайке корпуса, и 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.

К крышке аппарата крепится стойка, с закрепленным на ней торцевым уплотнением и муфтой, соединяющей вал мотора-редуктора с валом перемешивающего устройства.

Также к крышке приварен смотровой люк, штуцер ввода и два штуцера для крепления манометра и термопары.

Корпус и крышка скреплены между собой посредством фланцевого соединения.

Тип механического перемешивающего устройства – трёхлопастная мешалка. Ступица неразъемного типа.

Рубашка служит для подачи в неё через штуцер пара, обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней её части. Также к рубашке приварены 4 опоры.

Материал корпуса, крышки, рубашки, мешалки и её вала – сталь 10X17H13M2T. Эта сталь выбрана потому, что она технологична в обработке, имеет повышенную виброустойчивость, хорошо сваривается и обладает хорошей штампуемостью.

3. Определение геометрических размеров аппарата

1) Высота крышки аппарата

H_кр. = = = 400 мм

2) Высота отбортовки крышки

= 40 мм

3) Высота днища

H_дн. = * tg(45°) = 800 мм

4) Высота отбортовки днища

= 40 мм

5) Высота цилиндрической части аппарата

H_ц.ч. = (V – V_кр – V_дн)/, где

V_кр. = = 0,5359 м³

V_дн. = * ctg(45°) = 0,5359 м³

H_ц.ч. = = 1955 мм

6) Высота обечайки

H_об. = H_ц.ч. – – – 2H_фл., где H_фл. = H = 105 мм

H_об. = 1955 – 40 – 40 – 2*105 = 1665 мм

Принимаем H_об. = 1600 мм

7) Диаметр рубашки

D_р = 1600 + 100 = 1700 мм

8) Высота рубашки (цилиндрическая часть)

H_р = 1400 мм

4. Выбор конструкционных материалов

1) Материал аппарата

10X17H13M2T

2) Скорость коррозии

П = 0,1

3) Срок службы аппарата

Т_а = 10 лет

4) Прибавка на компенсацию коррозии

С_к = П * Т_а = 0,1 *20 = 1 мм

Механическая характеристика

1) Допускаемое напряжение

[σ]_100°С = 139 МПа

2) Модуль упругости I–ого рода

E = 2 * 10⁵ МПа

3) Материал болтов

Сталь 35ХМ

4) Допускаемое напряжение

[σ]_100°С = 230 МПа

5. Расчет толщин стенок

5.1 Расчет толщин стенок аппарата

а) Под внутренним давлением

+ + , где

коэффициент сварного шва

+ 2*1 + = 8,6 + = 10 мм

б) Под внешним давлением

14 мм

= 1609,7 м

Вывод: 14 мм

5.2 Расчет толщин стенки рубашки

Под действием внутреннего давления

8 мм

6. Определение пробного давления

а) для аппарата

МПа

б) для рубашки

МПа

7. Выбор фланцевого соединения

D_a = D_y = 1600 мм

8. Выбор привода

N = 1,3 кВт

= 400 об/мин

Привод типа 4

Мощность привода:

, где

кВт

кВт, габарит 1,

9. Эскиз аппарата

10. Выбор мешалки

Шифр мешалки - 01

Тип мешалки – трёхлопастная

Эскиз ступицы

Ступица неразъёмная

11. Расчёт мешалки

кВт

кН*м = 54 Н*м

Н*м

Н*м

мм= м

Па = 81,5 МПа

МПа

12. Расчёт шпонки в ступице мешалки

- напряжение снятия на боковой поверхности шпонки

d – диаметр участка вала под муфту

- длина шпонки

, где

- высота ступицы

МПа

13. Расчёт вала мешалки на виброустойчивость

мм

-критическая угловая скорость

, где m_пр – приведённая масса

кг

кг

м

, где МПа = Па;

м⁴

1,35 – вал гибкий

14. Выбор комплектующих

14.1 Выбор штуцеров

14.2 Выбор люка

14.3 Выбор опор

Н

Нагрузка на одну опору:

Н = 17,2 кН

[Q] = 25 кН

Q = 17,2 кН < [Q] = 25 кН

Тип опоры 1

Эскиз лапы для вертикальных аппаратов

14.4 Выбор сальникового уплотнения

15. Список используемой литературы

1. 4355 – Расчёт химического аппарата с механическим перемешивающим устройством

2. Аристов В.М., Аристова Е.П. «Инженерная графика: Учебное пособие. – 3-е изд.»

3. А. А. Поляков. «Механика химических производств»

21