РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

КАФЕДРА МЕХАНИКИ

ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ типа ВКЭ-21

Пояснительная записка к курсовому проекту по прикладной механике 2110-1-1.5К-001

Москва 2008

Содержание

Техническое задание 3

1. Введение 4

4

Аппарат состоит из корпуса – 1 (обечайки), к которой приварено эллиптическое днище – 2; внизу находится штуцер – 3 для выпуска готовых продуктов. На гладкой рубашке – 4 имеются штуцера – 5,6 для ввода/вывода термостатической среды (вода, пар) и регистрации температуры. К рубашке также приварены опоры (3 – 4 шт.) аппарата в виде лап – 7, также приварены два строповых устройства – 8 для транспортировки полого аппарата. Через разъёмный фланец – 9 аппарат скреплён с эллиптической крышкой – 10, на ней установлен люк – 11. Также на крышке аппарата установлен штуцер – 12, предназначен для подачи реакционных ингредиентов, и установки измерительных приборов (манометров, термометров, прибор для измерения рН и другие). На крышке установлена рама привода – 13, на которой закреплён мотор – редуктор (мотор с редуктором) – 14, который через две подшипниковые пары – 15, муфту – 16 и уплотнение – 17 вращает вал – 18 с расположенной на его конце рамной мешалкой – 19, которая служит для гомогенизации реакционной смеси. 4

3. Подбор материалов 6

4. Расчетная часть 7

Расчет основных размеров корпуса аппарата 7

Расчет толщин обечаек аппарата 9

Расчёт толщины эллиптической крышки аппарата 9

Расчет толщины рубашки 9

Расчет толщины корпуса аппарата 13

Расчет толщины конического днища 15

Подбор фланцев аппарата 17

Подбор мотор-редуктора и стойки привода аппарата 20

Подбор мешалки 21

Расчет вала 24

Расчет вала на виброустойчивость 24

Расчет вала на прочность 25

Подбор муфты. 27

Подбор комплектующих 30

Подбор уплотнения 30

Подбор люков 31

Подбор штуцеров 31

Подбор опор аппарата 32

Подбор строповых устройств аппарата 35

5. Заключение 36

6. Литература 37

Приложения

Приложение 1. Спецификация

Приложение 2. Эскизы

Техническое задание

Номер варианта 01

Тип аппарата ВКЭ-21

Номинальный объем V_a, м³ 1

Внутренний диаметр аппарата D_a , м 1

Привод:

тип мешалки Рамная

шифр 10

n, об/мин 32

мощность N, кВт 0,2

Давление:

избыточное P_а , МПа 1,5

остаточное P_о , МПа 0,01

в рубашке P_р , МПа 1,3

Среда AlCl₃

Параметры среды:

плотность  , кг/м³ 1090

температура C 20

Площадь обогрева F_a , м² 3

1. Введение

Аппарат состоит из корпуса – 1 (обечайки), к которой приварено эллиптическое днище – 2; внизу находится штуцер – 3 для выпуска готовых продуктов. На гладкой рубашке – 4 имеются штуцера – 5,6 для ввода/вывода термостатической среды (вода, пар) и регистрации температуры. К рубашке также приварены опоры (3 – 4 шт.) аппарата в виде лап – 7, также приварены два строповых устройства – 8 для транспортировки полого аппарата. Через разъёмный фланец – 9 аппарат скреплён с эллиптической крышкой – 10, на ней установлен люк – 11. Также на крышке аппарата установлен штуцер – 12, предназначен для подачи реакционных ингредиентов, и установки измерительных приборов (манометров, термометров, прибор для измерения рН и другие). На крышке установлена рама привода – 13, на которой закреплён мотор – редуктор (мотор с редуктором) – 14, который через две подшипниковые пары – 15, муфту – 16 и уплотнение – 17 вращает вал – 18 с расположенной на его конце рамной мешалкой – 19, которая служит для гомогенизации реакционной смеси.

3. Подбор материалов

Материал корпуса аппарата, фланца, крышки, вала и мешалки для данной среды (10% раствора AlCl₃ при температуре равной 20°С), подбираем по [1] табл. П-1 для вполне коррозионно-стойких материалов (В) : Сталь 08Х18Н10Т

Т = 20C [] = 146 МПа

Е = 2*10⁵ МПа

^t = 16,6*10^-6 град^-1

Материал рубашки (вода при 20°С): Сталь 35ХМ

Материал болтов: Сталь 35ХМ

Материал прокладки: Фторопласт-4.

(Минус – дорогостоящий материал, течёт под действием давления; плюс – большой температурный режим)

4. Расчетная часть

Расчет основных размеров корпуса аппарата

Диаметр рубашки D_р (мм) рассчитывается по нижеприведенной формуле:

По [1] стр. 13 и ГОСТу высоту цилиндрической части без учёта высоты фланца и отбортовок днища и крышки следует назначить

H_ц = 1000 мм

Высота конического днища H_к :

_{По [1] П-7 и ГОСТу выбираем Hк = 566 мм}

_{Высота рубашки hр :}

Выбираем h_р = 600 мм

Расчет толщин обечаек аппарата

Расчёт толщины эллиптической крышки аппарата

Толщина крышки аппарата S_к :

R_max = D_а ; [σ] = ησ^* ,

η = 1 поправочный коэффициент, учитывающий взрыво- и пожароопасность среды в аппарате (при равном 1 нет опасности гореть реакционной смеси)

σ^* определяем по табл. ([1], таб. П-3)

По ГОСТу толщину стенки эллиптической крышки S_к следует назначить 6мм

В связи с тем, что крышка ослаблена различными отверстиями, примерно удваиваем толщину крышки

S_к = 12 мм

Расчет толщины рубашки

Толщина стенок рубашки определяется при воздействии внутреннего давления в рубашкеи внешнего давления сжатия, равного разности внешнего атмосферного и внутреннего остаточного давления.

1. При воздействии внутреннего давления

=- рабочее давление в рубашке аппарата

Где

–толщина стенки цилиндрической обечайки рубашки аппарата,

- внутренний диаметр рубашки,

- прибавка на округление до стандартной толщины листа,

- коэффициент сварного шва,

- поправка на коррозию,

Где

- скорость коррозии (для вполне стойких материалов, =0,1мм/год)

- срок службы аппарата равный 10 годам, получим равное 1мм

- расчетное допускаемое напряжение.

Допускаемое напряжение для выбранного материала корпуса определяется по формуле

Где

- поправочный коэффициент, учитывающий взрыво- и пожароопасность среды в аппарате.

- нормативное допускаемое напряжение. Нормативное допускаемое напряжение стали при различных температурах приведены в [1] таблице П-3. Нормативное допускаемое напряжение для стали 08Х18Н10Т при температуре в 20равна=146МПа

Для максимальной прочности цилиндрической части аппарата сварной шов целесообразнее сделать сплошным. Тогда коэффициент сварного шва будет равен =0,8 следовательно расчётное допускаемое давление равняется:

По ГОСТу толщину стенки рубашки аппарата следует назначить 8мм

2. При воздействии внешнего давления

По ГОСТу толщину стенки аппарата следует назначить 10мм

Где

–определяется по номограмме (см.[1] рис.3.3)

Коэффициенты определяются по формулам

- коэффициент запаса прочности (условие обеспечения устойчивости оболочки)

Е – модуль упругости, определяемый в [1] по таблице П-4. Модуль упругости для легированной стали при температуре в 20

Где - расчетная длина цилиндрической обечайки, определяемая следующим образом

Где = 0.07778м

r_О = 0.1D_Р – радиус перехода, α = 45° для сосуда с коническим днищем

- высота отбортовки

По ГОСТу толщину стенки рубашки следует назначить 8мм

По результатам расчетов толщину стенки цилиндрической обечайки принимают равной

Значит, толщину цилиндрической части рубашки аппарата принимаем

равной 10мм.