Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВЭЭ-21

 

 

 

Федеральное агентство  по образованию

 

 

Российский  химико-технологический

университет  им. Д.И. Менделеева

 

Кафедра механики

 

 

 

Пояснительная   записка

к курсовому проекту  по механике

на тему: Химический аппарат  с

механическим перемешивающим устройством

типа ВЭЭ-21

 

 

группа И-24

вариант 18

выполнила: Першина Анастасия

принял: Артемьев С.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва  2008

 

 

- 1 –

Содержание 

1. Техническое задание………………………………………......с.

2. Расчёт геометрических размеров аппарата…………………..с.

3. Расчёт корпуса аппарата………………………………………с.

    3.1 Выбор материала,  определение расчётных давлений…...с.

    3.2 Определение  толщины обечайки по внутреннему 

          давлению…………………………………………………...с.

    3.3 Определение  толщины днища по внутреннему 

          давлению…………………………………………………...с.

    3.4 Определение  толщины крышки аппарата по  внутреннему

          давлению…………………………………………………...с.

    3.5 Определение толщины  обечайки рубашки по внутреннему 

          давлению…………………………………………………...с.                                                                                

    3.6 Определение толщины  днища по внутреннему 

          давлению…………………………………………………...с.                                                                               

    3.7 Определение толщины  днища по внешнему

          давлению…………………………………………………...с.                                                                               

    3.8 Определение толщины  днища аппарата по внешнему 

          давлению……………………………………………………с.                                                                              

4. Подбор комплектующих элементов…………………………..с.                                         

    4.1 Привод (мотор – редуктор, стойка)……………………….с.                                    

    4.2 Уплотнение…………………………………………………с.                                                                          

    4.3 Муфта……………………………………………………….с.                                                                                   

    4.4 Мешалка…………………………………………………….с.                                                                                

    4.5 Люк………………………………………………………….с.                                                                                        

    4.6 Фланец аппарата……………………………………………с.                                                                   

    4.7 Штуцера……………………………………………………..с.                                                                                 

    4.8 Лапы…………………………………………………………с.                                                                                       

5. Расчёт вала мешалки…………………………………………....с.                                                                   

    5.1 Расчёт вала на изгиб  с кручением………………………….с.                                        

    5.2 Расчёт вала на виброустойчивость…………………………с.                                     

6. Расчёт шпонки…………………………………………………...с.                                                                              

7. Расчёт мешалки………………………………………………….с.                                                                            

8. Расчёт фланцевых соединений…………………………………с.                                                   

9. Список литературы……………………………………………...с.                                                                      

10. Спецификация………………………………………………….с.                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание.

 

Шифр корпуса                                                                                         ВЭЭ-01

Номинальный объем V, м3                                                                         10

Внутренний диаметр , мм                                                                    2000

Шифр мешалки                                                                                             10

Диаметр мешалки d_м, мм                                                                           1320

Частота вращения мешалки n_м, об/мин                                                      32

Мощность мешалки N,кВт                                                                         1,35

Избыточное давление Р , МПа                                                                  0,7

Остаточное давление Р_о, МПа                                                                    0,03

Давление в рубашке P_р, МПа                                                                       0,5

Среда                                                                                                            вода

Температура среды t, ⁰С                                                                              100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчёт геометрических размеров  аппарата

Тип аппарата ВЭЭ-01

Диаметр рубашки:

D = D +200 = 2000+200=2200мм

Высота крышки аппарата:       

 

Высота отбартовки крышки:

Н_отб=40мм

Высота днища:

Высота отбартовки днища:

Н_отб=40мм

Высота цилиндричиской части аппарата:

, где V_кр=V_дн =1,0467м³

Высота обечайки:

2200мм

Высота цилиндрической части рубашки:

Н_руб=2000мм

                            

 

 

 

 

                                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчёт корпуса  аппарата.

3.1 Выбор материала

         Материал корпуса аппарата, рубашки, фланцев 08Х18Н10Т

         Скорость коррозии П = 0,1 .

         Срок службы  аппарата Т = 10 лет

         Прибавка  на компенсацию коррозии

С =

         Допускаемое  напряжение:

        По таблице П-4 модуль упругости стали 08X18H10T при температуре t=100 :

Е = 2

         По таблице П-5 коэффициент линейного  расширения стали 08X18H10T при t=100 :

         Материал болтов:

[σ]_б=230МПа

Е_б=2∙10⁵МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Определение  расчётных давлений.

         Расчётное  внутренне давление для элементов  корпуса аппарата:

Р = Р =0,7МПа

         Расчётное  внутреннее давление для рубашки:

Р = Р_руб= 0,5МПа

         Расчётное  наружное давление:

Р = Р +Р + Р = 0,5 – 0,03 + 0,1 = 0,63

Пробное давление:

3.4 Выбор фланцевого соединения.

Для соединения крышки с  аппаратом выбираем фланец стальной плоский приварной.

 

 

Основные параметры: D_y = 2000 mm, P_y = 1,0 mm, D_ф = 2185 mm, D_б = 2135mm, D₁ = 2086 mm, D₂ = 2100 mm, D₃ = 2083 mm, D₄ = 2028 mm,

D₅ = 2064 mm, h = 50 mm, H = 65 mm, d = 27 mm, число отверстий = 84

 

Диаметр резьбы болтов:

D_б=24мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт элементов корпуса аппарата.

4.1 Расчет толщины стенки корпуса.

При воздействии внутреннего давления:

, где =0,7 коэффициент прочности сварного шва

=10мм

, где

n_y=2,4 – коэффициент запаса устойчивости

l_p – расчетная длина

l_p=Н_руб+Р_отб+∆l, где

∆l=

16мм

4.2 Расчет толщины стенки рубашки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Расчет фланцевого соединения.

Прокладка:

Паронит общего назначения

q=20МПа

q_min=130МПа

m=2.5

Размеры прокладки:

S=2мм

b=20мм

Эффективная ширина прокладки:

Расчетная сила осевого сжатия фланцев, требуемая для обеспечения герметичности  соединения:

где 

Равнодействующая внутреннего  давления:

Усилие, возникающее от разности температур фланца и болта  в период эксплуатации:

где  

Расчетное осевое усилие для болтов Рб принимается наибольшим из следующих трех значений Р_б=max(Р_б1,Р_б2,Р_б3)

кН (усилие действующие на болты при предварительном обжатии прокладки)

кН (усилие затяжки болтов при монтаже)

кН (предельное усилие в болтовом соединении процессе эксплуатации)

 

 

 

 

Выполняется проверка прочности  болтов по усилию:

МПа верно

Проверка прочности неметаллических прокладок:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Привод (мотор – редуктор, стойка)

         По заданным N=1.5 кВт, n=32 об/мин выбираем мотор – редуктор типа МПО2-10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные габариты  мотор – редуктора:

d=40мм; d =13мм; L=80мм; D=330мм; D =270мм; L=640мм; L =450мм; L =110мм; L =6мм; L =16мм; =30; n(кол)=6; масса=70кг.

 

 

 

 

         В соответствии с выбранным  мотор – редуктором типа МПО2-10 с выходным диаметром вала d = 40мм выбираем стойку вертикальную типа 1 (габарит 02).

 

 

 

 

 

Основные габариты стойки:

d = 65мм, D = 540мм, D = 430мм, D = 380мм, D = 500мм, D = 330мм,         D = 420мм, H = 1235мм, h = 720мм, I = 450мм, I = 500мм, L = 350мм,           d = 23мм, n = 6.

 

 

 

 

6. Выбор  комплектующих элементов.

6.1 Выбор уплотнителя:

По заданному давлению в аппарате Р = 0,7 МПа выбирается уплотнение сальниковое по диаметру вала d = 65мм.

 

 

 

       

 

 

 

Основные параметры  сальникового уплотнения по диаметру вала d = 65мм:

D = 235мм, D = 200мм, D = 178мм, d = 90мм, d = M12, n = 8, z = 2,                H = 220мм, h = 105мм, b = 15мм, масса = 14кг.

 

 

 

 

 

 

 

5.Расчет перемешивающего устройства.

5.1 Выбор мешалки:

Шифр мешалки                        10

Диаметр мешалки                   1320

 

Мешалка рамная

 

 

 

Выбор ступицы:

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Проверка прочности мешалки

Расчетный крутящий момент

,

где W-угловая скорость

(1/с)

 коэффициент динамичности нагрузки

5.3 Расчет шпонки в ступице мешалки

Условие шпонки на смятие:

5.4 Расчет вала мешалки на виброустойчивость:

Вал жеский

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Выбор  комплектующих элементов.

6.1 Выбор уплотнителя:

 

Сальниковое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2 Выбор муфты:

 

Муфта упругая втулочно-пальцевая

Расточка вала коническая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 9 -

4.3 Муфты.

По заданным N = 7,5 кВт, n = 130 об/мин и выбранному мотор – редуктору типа МПО1 – 10 определяем расчётный крутящий момент.

                                 

Коэффициент режима работы К = 1,5

Номинальный вращающий  момент:

                      

Угловая скорость вращения:

                                 

Коэффициенты полезного  действия:

По диаметру вала d = 40мм и расчётному крутящему моменту М = 736,5 выбираем  муфту   фланцевую    габарита  1,    крутящий   момент  -  500 ,

d = 40мм.

Основные размеры фланцевой  муфты:

d = 40мм, D = 190мм, D =150мм, d = 80мм, d = 110мм, d = 90мм, d = 80мм, d = M12, n = 6, L = 110, I = 22мм, I = 26мм, b = 5мм, I = 22мм, M = 500 , масса = 13,4кг.

 

- 10 -

4.4 Мешалка турбинная открытая

 

 

 

 

 

 

Исполнение 1

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Основные параметры турбинных открытых мешалок:

d = 400mm, d = 45mm, b = 80mm, h = 90mm, s = 6mm, допустимый крутящий момент = 0,35 кНм, масса = 7,2 кг.

        

 

 

 

 

 

- 11 -

Ступица к мешалке  подбирается по диаметру d =  45мм, исполнение 1 ступица разъёмная.

 

 

 

 

 

 

  

 

  Основные параметры стутиц мешалок:

            d = 45 mm, h = 90 mm, d = 95 mm, d = 55 mm, d = M6, d = 35 mm, d = 13 mm, d = 32 mm, c = 64, c = 50 mm, h = 22 mm, s = 8 mm.

                                                  

 

 

 

 

 

-12-

4.5 Люк

         Выбираем люк стальной загрузочный  с плоской крышкой. Выбор производим по условному давлению и условному проходу .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              P = 0,6 MПа, D = 150 mm, d s = 158 6, D = 260 mm, D = 225 mm, H = 326 mm, H = 210 mm, h = 16, d = M24, Z = 12 (число болтов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-13-

4.6 Фланец аппарата.

         Для соединения крышки с аппаратом  выбираем фланец стальной плоский  приварной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные параметры: D_y = 1200 mm, P_y = 1,6 mm, D_ф = 1350 mm, D_b = 1310mm, D₁ = 1268 mm, D₂ = 1280 mm, D₃ = 1266 mm, D₄ = 1220 mm,

D₅ = 1248 mm, h = 50 mm, H = 95 mm, d = 23 mm, число отверстий = 56

 

 

 

 

- 14 -

4.7 Штуцеры

         Выбираем штуцер стальной фланцевый  тонкостенный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметры: P_y =     МПа, D_y =      mm, D_ф =       mm, D_b =        mm,

D₁ =       mm, d_t =     mm, s_t =   mm, h =      mm, H_t =       mm, d =    mm,

n =

 

 

 

 

-14-

4.8 Лапы.

         Лапы подбираются по нагрузке  на одну лапу.

         Масса аппарата:

=

ρ =

         Плотность стали:  ρ =

=

         Площадь эллипсоида  =

         Вес аппарата  
         Нагрузка на 1 лапу в кН:

n = 3; 4

         Выбираем лапу опорную для аппаратов с эллиптическим днищем: