Аппараты с перемешивающими устройствами

метки: Аппарат, Устройство, Перемешивать, Привод, Корпус, Таблица, Давление, Допускать

Аппараты с перемешивающими устройствами широко используются при проведении основных технологических процессов в химической и биохимической промышленности. На практике наибольшее распространение получил механический метод перемешивания жидких сред в аппарате, состоящем из корпуса и перемешивающего устройства. Отраслевыми стандартами Минхимнефтемаша установлены конструкции и параметры специальных составных частей аппаратов с мешалками, что позволяет осуществить компоновку аппарата из типовых элементов (корпуса, мешалки, уплотнения вала, привода перемешивающего устройства и.т.д.).

В частности привод выбирается по ОСТ 26−01−1205−95 в соответствии с частотой вращения мешалки, номинальным давлением в корпусе аппарата. Одновременно устанавливается тип уплотнения для вала мешалки: сальниковое или торцовое. Необходимо учитывать, что приводы типа 1 и 3 с концевой опорой в аппарате для вала мешалки не надёжны в эксплуатации при воздействии абразивной или коррозионной активной среды на вал и вкладыш подшипника. Типоразмер мотор — редуктор (электродвигателя в сборе с редуктором) выбирается в соответствии с заданной частотой вращения вала мешалки и потребляемой мощности электродвигателя. В аппаратах всех типов могут применяться внутренние теплообменные устройства — змеевики, либо непосредственный обогрев рабочей среды подачей горячего пара.

1.Задание кафедры

Номер варианта 41

Номинальный объём V, м³ 4,0

Внутренний диаметр D, мм 1600

Исполнение корпуса 00

Параметры мешалки

Шифр 41

Диаметр d_м , мм 400

Частота вращения n, мин ^-1 320

Потребляемая мощность N, кВт 1,2

Давление в корпусе

Избыточное Р_и , МПа 0,2

Остаточное Р_о , МПа 0,01

Уровень жидкости в корпусе H_ж /D 1,2

Параметры среды

Наименование толуол

Температура t, ^о С 100

Плотность , кг/м³ 870

2. Выбор материалов

Материалы, выбранные для деталей и сборочных единиц, должны обеспечивать надежность аппарата с мешалкой в работе и экономичность в изготовлении. При выборе материала необходимо учитывать рабочую (расчетную) температуру в аппарате, давление и коррозионную активность рабочей среды.

Параметры устройства, измеряющего толщину покрытия объекта и ...

... <#"justify"> механические; ·электромагнитные; ·ультразвуковые; ·магнитные; ·вихретоковые. 1.2 Механические ... Надежность измерений. Хотя толщинометрия считается достаточно простой ... 1 Технические характеристики устройства ХарактеристикиЗначения Диапазон измерений ... внутри труб. Контролируемые параметры: ·шероховатость поверхности после ... использоваться во взрывоопасных средах, на удаленных объектах, ...

Химической средой в аппарате является толуол, рабочая температура среды — 100 ^о С, избыточное давление в корпусе аппарате 0,2 МПа.

ГОСТ 5632–72

П — коррозионная стойкость материала (П 0,110 ^-3 м/год (вполне стойкие), [5, табл. 2];

_{1 0 0}

Е — расчётное значение модуля упругости (Е=2,010 ⁵ МПа — для легированной стали, [5, табл. 4]);

? — коэффициент линейного расширения (?^t =16,610 ^-6 град ^-1 (для t от 20 до 100 ^о С), [5, табл. 6]).

3. Расчётная часть

3.1 Расчёт геометрических размеров корпуса аппарата

ГОСТ 14 249–80

Для выполнения расчёта предварительно необходимо определить ряд параметров.

Расчётное давление — давление, при котором производится расчёт на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата.

Расчётное давление для элементов аппарата принимается, как правило, равным рабочему или выше его. Под рабочим давлением понимается максимальное внутреннее избыточное (Р_и ) или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учёта гидростатического давления среды.

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

Р _р = Р_и + Р_гидр = Р_и + gH_ж 10 ^-6 ,

где Р_р — расчётное рабочее давление для элементов аппарата, МПа;

Р _и — избыточное рабочее давление среды, Па

• плотность жидкости, кг/м ³ ;

g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с),

H _ж — расстояние от уровня жидкости до нижней точки рассчитываемого элемента, м.

H _ж =1,2•D=1,2•1,600=1,92 м.

Рассчи таем гидростатическое давление:

Р _гидр = gH_ж 10 ^-6 = 8709,811,9210 ^-6 = 0,016 МПа

Условие Р_гидр <0,05Р_и не выполняется (0,016 > 0,01), следовательно гидростатическое давление учитываем.

Р _р = 0,2+0,016= 0,216 МПа.

Определим расчётное наружное давление при проверке стенок корпуса на устойчивость для элементов корпуса, находящихся под рубашкой:

Р _рн = Р_а — Р_о ,

где Р_рн — расчётное наружное давление, МПа;

Р _а — атмосферное давление (Р_а = 0,1), МПа;

Р _О — остаточное давление в корпусе аппарата, МПа;

Р _рн = 0,1 — 0,01 = 0,09 МПа.

Колонные аппараты

... 2.1 и чертеже общего вида. Колонные аппараты, работающие при атмосферном давлении и давлении до 1,6 МПа, изготовляется в царговом исполнении корпуса. Аппарат состоит из шести царг (1), ... конструкционного материала При выборе конструкционного материала учитываются следующие факторы: рабочее давление в аппарате, температура среды и ее коррозионная активность. В данном случае скорость коррозии является ...

Определим расчётную температуру. За расчётную температуру принимается температура среды в аппарате (t _расч. = t_ср =100 ^о С).

Допускаемое напряжение для выбранного материала определим по формуле:

[ ] =[] ^* ,

где [] — допускаемое напряжение, МПа;

[] ^* — нормативное допускаемое напряжение, МПа;

• поправочный коэффициент пожарои взрывоопасности (для данной среды =1,0).

[] = 1,0139 = 139МПа, Поправка на компенсацию коррозии С _к :

С _к = ПL_h ,

где П — скорость коррозии в рабочей среде (в толуоле П=0,110 ^-3 м/год);

L _h — срок службы аппарата (L_h = 20 лет)

С _к = 0,110 ^-3 20 = 2 мм.

3.1.1 Оболочки, нагруженные внутренним давлением

1.) Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки.

S = + С _к + С₁ ,

где D — внутренний диаметр, мм;

• [] — допустимое напряжение ([]=139 МПа);

? — коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки (?=1,0);

С _к — прибавка на коррозию, мм;

С ₁ — дополнительная прибавка на округление до стандартной толщины листа, мм.

S = + 2 + С₁ = 3,24 + С₁ = 4 мм

ГОСТ 5681–57

С ₁ = 4 — 3,24 = 0,76 мм.

2.) Расчёт эллиптической крышки.

Для стандартных крышек исполнительная толщина стенки

S _э = + С_к + С₁ ,

где S_э — толщина стенки эллиптической крышки (днища), м

S _э = + 2 + С₁ = 3,24 + С₁ = 4 мм.

ГОСТ 5681–57

С ₁ = 4 — 3,24 = 0,76 мм.

3.1.2 Оболочки, нагруженные наружным давлением.

1.) Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки

Толщина стенки цилиндрической обечайки предварительно определяется по формуле:

S = max{k₂ D10 ^-2 ; 1,1 •} + С_к + С_{0 ,}

Коэффициент k₂ определяется по номограмме в зависимости от вспомогательных коэффициентов:

k ₁ = ; k₃ = ; k₄ = ;

Изготовление обечайки

... ступенчатое положение концентричных слоев стенки обечайки. Многослойные обечайки изготовляют также горячей насадкой обечаек друг на друга. Сначала изготовляют сварные обечайки с толщиной стенки до 50 мм с ... от специализации, перечень обязанностей монтажника включает в себя: проведение монтажных работ, проверку крепление и соединений, пробный запуск установленного оборудования, соблюдение техники ...

где n_y — коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии

( n_y = 2,4);

• Е — модуль продольной упругости для материала обечайки при расчётной температуре стенки;

L — расчётная длинна гладкой обечайки, мм;

D — внутренний диаметр аппарата, мм;

Расчётная длинна гладкой обечайки:

L = Н₂ — H₆ ,

для данного аппарата по таблице [8, табл. 7]:

Н ₂ =1825 мм;

H ₆ = 440 мм;

L = 1825 — 440 = 1532 мм,

k ₁ = =0,45 ;

k ₃ = = 0,96 ;

k ₄ = = 0,70 ;

По номограмме [5, рис. 3.2.] определим коэффициент k₂ : k₂ = 0,28;

S = max{0,28 160 010 ^-2 ; 1,1 •} + 2 + С₀ =

m ах{4,48; 0,57} + 2 + С₀ = 8 мм.

С ₀ =8 — 6,48=1,52 мм.

После предварительного определения толщины стенки обечайки проверим допускаемое наружное давление:

[Р] = ,

где [Р_р ] — допускаемое давление из условия прочности;

[Р _Е ] — допускаемое давление из условия устойчивости;

[Р _р ] = = =1,04 МПа ,

[Р _Е ] = ,

где В ₁ = min{1,0; 8,15 } =

min {1,0; 8,15 } = min{1,0; 13,9} =1,0.

Т огда,

[Р _Е ] = = 0,13 МПа.

следовательно,

[Р] = = 0,13 МПа.

Для правильности последующих расчётов, необходимо чтобы выполнялось условие:

Р _рн [Р]

Условие Р_рн [Р] выполняется (0,09 МПа < 0,13 МПа), следовательно, толщину стенки из условия прочности примем равной S=8 мм (15, https:// ).

2.) Расчёт толщины стенки стандартной эллиптической крышки, работающей под наружным давлением.

Толщина стенки стандартной эллиптической крышки, работающей под наружным давлением, определяется по формулам:

S _э = max+ C_к + C₁ = max=+ C_к + C₁ =

= max{2,93; 0,52} + 2 + C₁ = 5 мм.

C ₁ = 5 — 4,93 =0,07 мм.

Толщину стенки аппарата принимаем равной S=8 мм.

3.2 Подбор и расчёт привода

Тип привода подбирается в зависимости от расчётной мощности электродвигателя и заданной частоты вращения по таблице [5, табл. 9] и уточняется по таблице [5, табл. 8] в зависимости от избыточного давления в корпусе.

Проектирование аппарата с мешалкой

... аппарата с мешалкой”. Аппарат с мешалкой – один из наиболее распространённых видов химико–технологического оборудования. Он состоит из типовых элементов, встречающихся во многих аппаратах различного назначения: корпус, привод, теплообменные устройства, фланцевые соединения, уплотнения валов ...

3.2.1 Определим мощность, потребляемую приводом

N _{эл. дв} = ,

где N_{эл. дв} — мощность, потребляемая приводом, кВт;

N _вых. — мощность, потребляемая на перемешивании, кВт;

_в — К.П.Д подшипников, в которых крепится вал мешалки,

_в = 0,91…0,99;

_муф. — К.П.Д, учитывающий потери в компенсирующих муфтах,

_муф = 0,99;

_прв. — К.П.Д, механической части привода, _прив. = 0,85…0,97;

_упл. — К.П.Д, учитывающий потери мощности в уплотнении,

_упл. = 0,96…0,98.

N _{эл. дв} = = 1,37 кВт.

Выбираем стандартный и больший по мощности двигатель N_ст. = 3,0 кВт (рекомендованный для данной частоты вращения), [5, табл. 9]. Для двигателя полученной мощности по таблице [5. табл. 9] рекомендован привод типа 2 (привод со встроенными в редуктор опорами вала мешалки, с частотой вращения выходного вала n=20 320 об/мин.).

Исполнение привода — 1 (для установки на крышке).

Номинальное давление в аппарате — 3,2 МПа.

3.2.2 Определим расчётный крутящий момент на валу

Т = 9,55 10 ⁶ ,

где k _д — коэффициент динамичности нагрузки (для трехлопастных мешалок в аппарате с перегородкой k_д = 1,2).

Т = 9,55 10 ⁶ = 49 063 Нмм.

3.2.3 Определим диаметр вала.

Размер привода выбирается по диаметру вала

d _в = ,

где [_кр ] — допускаемое напряжение при кручении, Па;

[ _кр ] = 210 ⁷ Па =20 МПа.

d _в = = 23,06 мм

Учитывая, что для данной мощности привода и частоты вращения вала рекомендован габарит привода, а также условие виброустойчивости вала выполнимо при диаметре вала 65 мм, примем d_{ст анд} = 65 мм по ОСТ 26−01−1225−75. Габарит привода — 3.

Стандартный привод по условиям работы подшипников и наиболее слабых элементов конструкции рассчитан на определённое допустимое осевое усилие [F], которое для привода типа 2, исполнения 1, габарита 2 равно 13 500 Н [5, табл. 17]. Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:

F = P — G F_м ;

F _вверх = P_изб. — G + F_м ;

F _вниз = — (P_{атм .} — P_{ост .} ) G F_м ;

где d — диаметр вала в зоне уплотнения;

А _упл. — дополнительная площадь уплотнения, м; А_упл. = 32,510 ^-4 м ² по таблице [4, табл. 3.2];

Проектирование привода смесителя

... вала, кожухов, сварной рамы. Привод приводится в действие при помощи электродвигателя. 1. Кинематическая схема привода Таблица 1 — Параметры на валах ... аппараты делятся: на смесители, снабженные мешалкой; смесители, снабженные мешалкой и рабочим инструментом (ножами); смесители, снабженные мешалкой, рабочим инструментом ( ... диаметр оси d, мм масса 1 м цепи g, кг/м по таблице 3.2 (однорядная) 15,88 ...

G — масса вращающейся части привода;

F _м — осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой;

G = (m_в + m_меш. + m_муф. ) g;

m _в = ;

где m _в — масса вала;

m _меш. — масса мешалки (по таблице [8, табл. 6] m_меш. = 3,7 кг);

m _муф. — масса муфты (по таблице [5. табл.26] m_муф. =26,4 кг);

L _в — длина вала;

• плотность стали, кг/см ³ ; = 7,8510 ³ кг/см ³ .

L _в = H_кор. + l₂ + h₁ + 30 — h_м ;

где h _м — расстояние мешалки до днища корпуса, мм; h_м = d_м ,

h _м = 400 мм ;

L _в = 2250+ 480+ 772 + 30 — 400 = 3132 мм;

m _в = кг;

G = (81,54+ 3,7 + 26,4) 9,81 = 1095,2 Н.

Осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой находится по следующей формуле:

F _м = 0,65 = 0,65 = 79,73 Н ,

F _вверх = 0,2 — 1095,2+ 79,73 = 297,8 Н ,

F _вниз = — (0,1 — 0,01_. ) — 1095,2- 79,73 = -1765,9 Н.

Сравниваем полученные значения сил F_вверх и F_вниз с допустимой нагрузкой F [F]:

297,8 Н 13 500 Н; -1765,9 Н 13 500 Н.

Условие F [F] выполняется, следовательно, привод подобран, верно, что обеспечит его нормальную работу.

Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарит 2 определяем по таблицам [5, табл. 14] и [5, табл. 16] в соответствии с ОСТ 26−01−1225−75.

d _в =65мм; Н 1340 мм; В = 695 мм; L = 280 мм; H₁ = 758 мм; h = 1375 мм; h₁ = 772 мм; l₂ = 480 мм; S = 16 мм; D = 430 мм; D₁ = 540 мм; m_прив. = 615 кг.

3.3 Выбор уплотнения

К данной конструкции мешалки в качестве уплотнения выбираем торцовое уплотнение под диаметр вала d _в = 65 мм.

Торцовое уплотнение состоит из двух колец — подвижного и неподвижного, которые прижимаются друг к другу по торцовой поверхности пружиной. В торцовом уплотнении герметичность обеспечивается путём контакта двух кольцевых поверхностей. Подвижное кольцо связывается с валом, неподвижное кольцо-с корпусом аппарата.

Торцовые уплотнения обладают рядом существенных преимуществ: они работают с незначительной утечкой газа; в период нормальной работы не требуют обслуживания; правильно подобранные торцовые уплотнения отличаются большой устойчивостью. Одинарное торцовое уплотнение состоит из следующих основных деталей: сильфона, приваренного к стакану и неподвижному кольцу, вращающегося кольца и водила.

Трущиеся кольца закрыты кожухом, связанным с фланцем. Водило крепится на валу аппарата и связано винтами с подвижной втулкой. В корпус сальников подаётся охлаждающая жидкость, которая служит также смазкой трущейся пары.

Конструкции мешалок

... 500 и 600 мм [1]. 3. Турбинные мешалки Турбинные - мешалки бывают двух типов: открытые (рисунок 7, а и б) и закрытые ... то же время при наличии перегородок, препятствующих вращению всей массы жидкости, резко снижается глубина воронки. Обычно достаточно четырех симметрично ... 4]. Пропеллер имеет обычно три лопасти, причем на вертикальном валу, в зависимости от высоты слоя жидкости, устанавливают один или ...

По таблице [6. табл. 2] определим основные размеры (мм) торцового уплотнения при d=65 мм:

D =270мм; D₁ =240мм; D₂ =165мм; D₃ =235мм; H=260мм, H₁ =220мм; h=60мм; d₁ =18мм; m_{упл .} = 58 кг.

3. 4 Расчёт элементов механического перемешивающего устройства

3.4.1 Расчёт вала мешалки

1.)

Рис.

2.) Проверка вала на виброустойчивость.

Виброустойчивость вала мешалки проверяется по условию:

0,7 ₁ ,

где ₁ — первая критическая угловая скорость, рад/с;

• угловая скорость вала;
• = = = 33,5 рад/с.

Первая критическая скорость вала определяется по формуле:

₁ = ,

где L_в — расчётная длина вала, м;

Е — модуль упругости вала, Па;

J — модуль инерции поперечного сечения вала, м⁴ ;

m _в — масса единицы длины вала, кг/м;

• плотность вала из стали, кг/м ³ ;
• = 7,8510 ³ кг/м ³ ;

? — корень частотного уравнения, основной тон.

J = = = 8,7610 ^{— 7} м⁴ ;

m _в = = = 26,04 кг/м;

? вычисляется по номограмме [4, рис. 3.6], для этого вычислим относительную массу мешалки и относительную координату центра тяжести мешалки:

где — относительная масса мешалки, кг;

m _меш. — масса мешалки, кг;

• == 0,05 кг.