Подбор штуцеров и люков. Эскизы

Содержание

 

Введение  

2. Выбор материалов  
3. Расчётная часть  

3.1Расчёт геометрических размеров корпуса аппарата. Эскиз. 

    3.1.1  Оболочки, нагруженные внутренним  давлением 

    3.1.2  Оболочки, нагруженные наружным  давлением

3.2  Подбор  и расчёт привода. Эскиз 

     3.2.1  Определение мощности потребляемой  приводом  

     3.2.2  Определение расчётного крутящего  момента на валу 

     3.2.3  Определение диаметра вала 

3.3  Выбор  уплотнения. Эскиз  

3.4  Расчёт  элементов механического перемешивающего  устройства 

    3.4.1  Расчёт вала мешалки   

    3.4.2  Подбор подшипников качения. Эскиз   

    3.4.3  Расчёт рамной мешалки. Эскиз 

    3.4.4  Подбор шпонки.   

3.5  Выбор  и проверочный расчёт опор-лап аппарата. Эскиз 

3.6  Подбор  муфты. Эскиз  

3.7  Подбор фланцевого соединения. Эскиз 

4.  Подбор  штуцеров и люков. Эскизы 

5. Заключение    

6. Литература  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Быстрое развитие химической технологии и все возрастающее производство многочисленного химического оборудования, в том числе химической аппаратуры, требует создания высокоэффективных, экономичных и надежных аппаратов высокого качества, большинство из которых изготовляются из стали самой распространенной повсеместно технологией - сваркой. Выбор вида и принципиальной конструкции аппарата, определение его рабочих параметров, основных размеров, марок конструкционных материалов и других необходимых для конструктивной разработки и расчета аппарата на прочность данных производится проектировщиком (химиком-технологом) на основе выбранного процесса производства, химико-технологического расчета и особенности перерабатываемой среды. Химические аппараты предназначаются для осуществления в них химических, физических или физико-химических процессов (химическая реакция, теплообмен без изменения агрегатного состояния, испарение и т.п.), а также для хранения или перемещения в них различных химических веществ. Содержащиеся и перерабатываемые вещества в аппаратах бывают в разном агрегатном состоянии (чаще всего в жидком и газообразном), различной химической активности (по отношению к конструкционным материалам) - от инертных до весьма агрессивных, для обслуживающего персонала - от безвредных до токсичных и в эксплуатации - от безопасных до огне- и взрывоопасных. Различные химико-технологические процессы в аппаратах осуществляются при различных, свойственных каждому процессу, давлениях, и самых разнообразных температурах. Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и нестационарной (предусматривающей перемещение аппарата). Емкостные реакционные аппараты применяют для процессов, где основой является жидкая фаза (системы «жидкость-жидкость», «жидкость-газ», «жидкость - твердое тело»). Они, как правило, имеют перемешивающее устройство. Емкостные аппараты с мешалками используют не только как химические реакторы, но и для различных физико-химических процессов. Условия работы и конструкция емкостных аппаратов с мешалками весьма разнообразны. Внутреннее устройство в зависимости от условий работы также может быть различным. В качестве конструкционного материала для емкостных аппаратов с перемешивающими устройствами широко применяют углеродистую и кислотостойкую сталь, иногда титан и медь, реже чугун, алюминий и никель. Широко используют стальные эмалированные, футерованные и гуммированные аппараты.

 В качестве теплообменных  элементов в аппаратах с мешалками  применяют рубашки и змеевики. Рубашка конструктивно более  проста. Аппарат с рубашкой легче  очищать, однако площадь теплообмена рубашки ограничена поверхностью аппарата. Несмотря на разнообразие технологических целей, для которых применяется перемешивание, большинство из них сводится к улучшению тепло- и массообмена, получения равномерных смесей нескольких жидкостей, жидкости и твердого тела, жидкости и газа. Основная задача перемешивания - равномерное распределение вещества или температуры в перемешивающем объеме. Иногда перемешивание служит для эмульгирования одной жидкости в другой или диспергирования твердой фазы, а иногда для создания высоких скоростей среды около теплообменных поверхностей с целью интенсификации теплообмена. В настоящей работе приводится проектировочный расчет аппарата с рамной мешалкой для перемешивания глицерина при температуре 100 ^оС.

Рамные мешалки используются для  перемешивания жидкостей вязкостью  не более  мн сек/ и обогреваемых с помощью рубашки или змеевика, когда возможно выпадение осадка.

 

 

 

Рамные мешалки относятся к  числу тихоходных мешалок. Они имеют относительно большие размеры и малую скорость мешалки. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипших загрязнений. Рамная мешалка имеет форму, соответствующую внутренней форме аппарата.

При перемешивании в  механической мешалке есть 2 возможных режима - ламинарный и турнбуллентный. Ламинарный характеризуется интенсивностью перемешивания, жидкость плавно обтекает кромки лопасти мешалки, захватывается лопастями и вращается вместе с ними - перемешиваются только примыкающие к лопасти мешалки слои. С ростом числа оборотов возрастает сопротивление среды, вызванное турбулизацией пограничного слоя, и образуется турнбуллентный кормовой след в пространстве за движущимися лопастями.

Рабочая среда. Глицерин - бесцветная, вязкая, сиропообразная жидкость, без запаха, сладкая на вкус. Тяжелее воды, кипит при 290 ^оС, с водой смешивается в любых соотношениях. Мощное взрывчатое вещество. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор материала.

Материалами для изготовления стальных сварных аппаратов являются полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью. Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать горячую и холодную механическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными. При выборе конструкционного материала основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал, абсолютно или достаточно стойкий в среде при её рабочих параметрах и к расчетным толщинам на коррозию соответствующие прибавки в зависимости от срока службы аппарата. Вместе с тем следует учитывать и другие виды коррозии (межкристаллитную, точечную, коррозионное растрескивание), которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах. Другим критерием при выборе материала является расчетная температура стенок аппарата, а также, если эта температура является положительной, для аппаратов, устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемом помещении, необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температуру наружного воздуха, при которой аппарат может находиться под давлением или вакуумом. Таким образом, выбор материала должен производиться из учёта его коррозионной стойкости в заданной среде и рабочих условий.

Для таких параметров, как:

Наименование среды	Глицерин
Температура среды	100 оС
Срок службы аппарата	20 лет
Коррозионная стойкость	П=0,1 мм/год
Рабочее давление	Ри= 1,45 МПа

наиболее рациональным выбором является сталь 35ХМ, т.к. она химически и коррозионноустойчива в данной среде при данной температуре (П < 0,1 мм/год), наиболее экономически целесообразна, т.к. достаточно прочная и относительно дешёвая а т.ж. широко распространённая. Такой вид стали подходит для изготовления не только оболочки аппарата, но и мешалки и её приводного вала.

• Для корпуса – Сталь  35ХМ (ГОСТ 5632-72)
• Для мешалки и вала – Сталь 35ХМ (ГОСТ 5632-72)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная часть

Расчетная часть курсового проекта  включает в себя проверочные расчеты  составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

 

3.1.Расчёт геометрических размеров корпуса аппарата.

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

Для выполнения расчёта  предварительно необходимо определить ряд параметров.

 

Определение расчетного давления в  аппарате.

 

Расчетное давление – давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов  корпуса аппарата. По стандарту за рабочее давление принимается внутреннее давление среды в аппарате. Расчетное давление – это рабочее давление в аппарате без учета кратковременного повышения давления при срабатывании предохранительных устройств.

 

,

где Р_и – избыточное давление среды. Задается условиями технологического процесса.

- гидростатическое давление;

ρ – плотность жидкой среды, .

.

g=9,8 - ускорение свободного падения.

Н_ж – высота столба жидкости.

Р_гидр учитывается, если оно превышает 5% от давления Р_и:

5% Р_и =0,05 МПа

Условие Р_гидр<5% Р_и выполняется (0,0197<0,072), следовательно, гидростатическое давление не учитываем.

Расчетное внутреннее давление:

.

Расчет наружного давления для  проверки стенок корпуса на устойчивость.

 

Для элементов находящихся под  рубашкой:

,

 

 

где Р_а – атмосферное давление, Р_а=0,1МПа.

Р_о – остаточное давление. Р_о=0,02МПа.

Р_руб – избыточное давление в рубашке. Р_руб=0,35МПа.

 

 

 

Определяем  расчётную температуру. За расчётную температуру принимается температура среды в аппарате (t_расч.= t_ср=100 ^оС).

 

 

Определяем допускаемое напряжение для выбранного материала

Материал 35ХМ, ГОСТ 4543-71

 

,

где - допускаемое напряжение

- поправочный коэффициент, учитывающий  взрывоопасность среды ;

- нормативное допускаемое напряжение  . [1.С.11]

 

Поправка на коррозию:

,

где П – скорость коррозии в рабочей среде. П=0,1 ;

- срок службы аппарата.

Модуль упругости легированных сталей при 100 ^оС равен: Е=2 МПа. [1.С.12]

 

3.1.1. Оболочки, нагруженные внутренним давлением

1)Расчет толщины стенки цилиндрической  обечайки:

,

где D – внутренний диаметр корпуса;

- расчетное давление;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки; для аппарата, сваренного ручной односторонней сваркой:

C – поправка на коррозию;

С₀ – прибавка для округления до стандартного значения.

 [1.С.13]

 

 

 

 

2)Расчет эллиптической крышки.

 

Для стандартных крышек исполнительная толщина стенки:

 

 [1.С.13]

 

3) Расчет конического  днища с тороидальным переходом.

Для стандартных днищ при угле конуса ^о толщина тороидальной части принимается равной толщине конического элемента:

 

,

 

где - толщина стенки конического днища, мм;

-расчетный диаметр конического  днища

  [1.С.13]

 

 

 

3.1.2. Оболочки, нагруженные наружным давлением

1). Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки

Коэффициент К₂ определяется по вспомогательным коэффициентам и :

  

n_у = 2.4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;

Е = 1,91∙10⁵ МПа – модуль продольной расчетной упругости для материала обечайки при расчетной температуре; [1.С.12]

L – длина гладкой обечайки;

D – внутренний диаметр аппарата;

 

 

L = H₂ – H₆ = 1525 – 824 = 701 мм.

где H₂=1525 мм, H₆=824 мм [2.С.31] 

 

K₂ определяем по номограмме в учебнике Лощинского: K₂ = 0.4

[1.С.13] 

 

После предварительного определения толщины стенки обечайки проверим допускаемое наружное давление:

Допускаемое давление из условия прочности:

 

Вспомогательный коэффициент:

Допускаемое давление из условия устойчивости:

 

Определяем допускаемое наружное давление:

 

 

Для правильности последующих  расчётов, необходимо чтобы выполнялось условие:

0.43 МПа < 1,069 МПа – условие выполняется.

Эскиз корпуса представлен на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

2)Расчет конического днища.

После предварительного определения толщины стенки обечайки проверим допускаемое наружное давление:

 

                  

  Допускаемое давление из  условия прочности:

 

Допускаемое давление из условия устойчивости:

, где

 

- вспомогательный коэффициент:

, где

расчетная длина:

,