Аппарат с мешалкой 54/102

Техническое задание на курсовой проект по прикладной механике

Цель проекта: разработка в соответствии с исходными данными эскизного, технического проектов и фрагментов рабочей конструкторской документации на типовой аппарат с механическим перемешивающим устройством, предназначенный для проведения процесса перемешивания в жидкофазной системе при заданных технологических параметрах и свойствах рабочей среды, с обеспечением работоспособности в рабочих условиях в течение заданного срока службы.

Введение

Современное технологическое оборудование включает в себя разнообразные технические устройства: машины, аппараты и приборы. Машина – это устройство, совершающее механические движения с целью выполнения полезной работы за счет преобразования энергии. Кинематической основой любой машины является механизм, то есть устройство в виде системы тел, преобразующее движение одних тел в целесообразное движение других тел. Под термином аппарат в химической промышленности понимают устройство, в котором технологический процесс осуществляется за счет физико-химических превращений. Некоторые технологические процессы протекают при повышенных давлениях и температурах обрабатываемых сред, которые могут быть агрессивными, токсичными, взрывоопасными, пожароопасными, включать в себя дорогостоящие компоненты. Такие характеристики технологических процессов требуют повышенной безопасности и надежности оборудования.

Аппараты обычно оснащаются различными теплообменными устройствами, машинами, механизмами, а также приборами и устройствами, выполняющими функции контроля, измерения, регулирования и управления. Конструкционные материалы, используемые для изготовления элементов оборудования, должны обеспечивать прочность, коррозионную стойкость и термостойкость в условиях эксплуатации.

Проектирование – это разработка общей конструкции изделия. Конструирование – это определение формы и размеров всех элементов

общей конструкции изделия.

Проект – комплекс текстовых и графических документов, полученных в результате проектирования и конструирования, и предназначенных для изготовления, контроля и эксплуатации изделия.

При проектировании технологического оборудования необходимо обеспечить его высокое качество, то есть совокупность свойств, обусловливающих функционирование оборудования в соответствии с его назначением. Качество характеризуется: технологической эффективностью, экономичностью, надежностью, удобством, простотой в обслуживании и эксплуатации, и другими свойствами. Технологическая эффективность определяется эффективностью осуществляемого технологического процесса. Экономичность определяется общими затратами средств на проектирование, изготовление, монтаж, эксплуатацию и утилизацию оборудования после истечения его срока службы. Надежность – это свойство изделия выполнрять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение заданного срока службы.

При проектировании необходимо соблюдать последовательность проведения проектных работ и правила оформления технической документации (пояснительной записки, чертежей).

Цели и задачи проекта

Целью курсового проекта по «Прикладной механике» является разработка в соответствии с исходными данными эскизного, технического проектов и фрагментов рабочей конструкторской документации на типовой аппарат с механическим перемешивающим устройством, предназначенный для проведения процесса перемешивания в жидкофазной системе при заданных давлениях, температуре и свойствах рабочей среды, с сохранением работоспособности в рабочих условиях в течение заданного срока службы. А также развитие навыков практического применения знаний, полученных студентами в ходе изучения цикла общеинженерных дисциплин.

Аппарат с мешалкой – один из наиболее распространенных видов химико–технологического оборудования. Он состоит из типовых элементов, встречающихся во многих аппаратах различного назначения: корпус, привод, теплообменные устройства, фланцевые соединения, уплотнения валов и др. Методики расчетов, которые используются при проектировании аппарата с мешалкой, типичны, то есть являются общими для многих других видов оборудования.

При выполнении курсового проекта ставятся следующие задачи:

а) освоение основ методики проектирования;

б) грамотное использование общероссийских и отраслевых нормативных документов (ГОСТы, ОСТы, правила Ростехнадзора и т.п.), касающихся устройства, выбора рабочих параметров и правил эксплуатации оборудования предприятий химической промышленности;

в) выбор конструкционных, уплотнительных материалов, выбор типовых элементов аппарата и оценка его надежности;

г) выполнение проектных и проверочных расчетов типовых элементов по главным критериям их работоспособности, позволяющих выявить соответствие аппарата требованиям эксплуатации (при этом особое внимание следует обращать на вскрытие резервов работоспособности стандартизированных элементов и повышение производительности оборудования);

д) конструктивное оформление аппарата в соответствии с заданными технологическими параметрами процесса;

е) грамотные доклад и защита принятых технических решений на заседании комиссии по приему курсовых проектов.

Общая характеристика проектируемого аппарата

Аппараты с мешалками широко используют в химической и многих других отраслях промышленности. В аппаратах этого типа проводятся многие гидромеханические и массообменные процессы в одно– и многофазных средах (эмульсиях, растворах, суспензиях). В качестве рабочей среды используются вещества с различными свойствами, в том числе агрессивные, взрывоопасные, пожароопасные и токсичные. Процессы обычно проводятся при повышенных температурах, при избыточном давлении или вакууме. Перемешивание обеспечивает интенсификацию тепло– и массообменных процессов и часто является необходимым условием эффективного течения химических реакции. Конструкция аппарата должна обеспечивать его надежную работу в заданном технологическом режиме в течение заданного срока службы. Химические аппараты подлежат периодическим проверками планово–предупредительным ремонтам.

Аппараты могут быть вертикальными и горизонтальными. Основными элементами аппарата являются корпус и механическое перемешивающее устройство. В общем случае оболочка корпуса состоит из цилиндрической части, соединенной с днищем и крышкой, которые имеют эллиптическую, коническую, полусферическую или плоскую форму. Корпуса аппаратов стандартизованы (ГОСТ 9931–85).

Под корпусом аппарата понимают герметически закрытый сосуд, находящийся под давлением, в котором осуществляется перемешивание. Корпусы вертикальных аппаратов могут быть двух типов: ВЭЭ (вертикальный, эллиптическое днище, эллиптическая крышка); ВКЭ (вертикальный, коническое днище, эллиптическая крышка). Механические перемешивающие устройства (МПУ) всех аппаратов представляют собой конструкции, состоящие из привода, вала и мешалки. Привод перемешивающего аппарата состоит из электродвигателя, механической передачи в виде редуктора или ременной передачи и стойки привода. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Редуктор передает вращательное движение от вала электродвигателя с понижением скорости вращения и увеличением крутящего момента на выходном валу привода. Стойка привода, объединяя части привода в единый агрегат, служит для крепления элементов МПУ. Выходной вал редуктора при помощи муфты (продольно–разъемной или фланцевой) соединяется с валом. На конце вала установлена мешалка: трехлопастная, лопастная, турбинная открытая или рамная.

Химические аппараты подлежат периодическим проверкам и планово– предупредительным ремонтам.

В данном курсовом проекте разрабатывается типовой аппарат (типа ВЭЭ – вертикальный с эллиптическим днищем и отъемной эллиптической крышкой с неразъемной рубашкой) с механическим перемешивающим устройством. В аппарате есть дополнительные внутренние устройства – отражательные перегородки и труба передавливания. Аппарат предназначен для проведения процесса перемешивания 40%ого раствора AlNO3 при избыточном давлении 1,08 МПа и температуре 100 ºС. Перемешивающим устройством является турбинная открытая мешалка.

Заключение

В данной курсовой работе был спроектирован аппарат с мешалкой, который состоит из элементов:

корпус, состоящий из ряда элементов и устройств: обечайка, крышка,

днище, фланцевое соединение корпуса и др;

привод механического перемешивающего устройства;

турбинная открытая мешалка;

вал мешалки;

уплотнение вала мешалки;

муфта вала;

опоры–стойки и монтажные цапфы;

Были выбраны материалы, для элементов и устройств аппарата:

для корпуса – 12X18H10T+Ст3сп;

для привода мешалки, вала мешалки, фланцев, муфты – 12X18H10T, сталь

и 20;

опор–стоек и монтажных цапф – Ст3сп;

для болтов – 40х и 40.

для прокладки – ПЭ электролизерный;

Проведенные расчеты показали, что аппарат будет способен пройти испытания Госгортехнадзора и функционировать в течение заданного срока службы при нормальной эксплуатации.

В данной работе спроектирован аппарат, имеющий следующие основные показатели надежности:

прочность корпуса аппарата при рабочем давлении, исполни-тельная толщина стенок крышки, цилиндрической обечайки и

днища соответственно 6, 5 и 5 мм. Условия прочности выполняются, при рабочем давлении ррв = 0,040 МПа и остаточном ро =

77

0,020 Мпа; предельно допустимые внутреннее рдоп.в. и наружное рдоп.н. давления равны соответственно 0,574 и 0,092 МПа.

Герметичность обеспечивается усилием затяжки 65000Н. При этом запас герметичности nг = 1,496, условия прочности болтов в условиях монтажа и эксплуатации выполняются, напряжения в материале болтов равны соответственно 72,33 МПа и 81 МПа при допускаемом напряжении 126 МПа; условие прочности материала прокладки выполняется, удельная нагрузка q равна 10 МПа при допускаемой удельной нагрузке 130 МПа;

грузоподъемность и устойчивость ребер опор. Выбранный типо-

размер опор–стоек и цапф можно выбрать, так как расчетные нагрузки на одну опору Gоп и цапфу Gц не превышают допустимых нагрузок на опору Gдоп и цапфу Gдопц (13,07 и 4,75; 25 и 20 кН соответственно). Также выполняются условия прочности бетона фундамента;

прочность, виброустойчивость. Условие прочности выполняется,

максимальные напряжения на кручение вала τкр меньше допускаемых напряжений на кручение [τ]кр (9,62 МПа и 59 МПа соответ-

ственно). Вал виброустойчив и работает в дорезонансной зоне (жѐсткий вал), предельная угловая скорость равна ω пр=27,03 рад/с, (258об/мин).

нагрузочная способность муфт. Выбранный типоразмер муфты (муфта упругая втулочно–пальцевая) можно выполнять, так как

расчетный крутящий момент на участке вала под муфту Tр.м.=180,84 Нм меньше номинального крутящего момента для

данного типоразмера муфты Тном= 500 Нм.

Проведенные расчеты показали, что аппарат будет способен пройти испытания Госгортехнадзора и функционировать в течение заданного срока службы при нормальной эксплуатации.

78

Далее приведены техническая характеристика аппарата и технические требования на изготовление и испытание.

Техническая характеристика аппарата:

Объем номинальный – 2,5 м3, объем рабочий – 2,275 м3.

Среда в аппарате: HNO3, плотностью 1050 кг⁄м , температурой 100.

Срок службы аппарата 15 лет.

Давление в корпусе рабочее:

избыточное ри = 0,40 МПа,

остаточное ро = 0,020 МПа.

Давление в корпусе предельное:

внутреннее ррв = 0,51 МПа,

наружное ррн = 0,092 МПа.

Мощность электродвигателя:

номинальная N = 3 кВт,

расчетная Nр = 2,6 кВт.

Привод: тип 1, исполнение 3, габарит 1.

Частота вращения вала мешалки:

рабочая n = 160 об/мин,

предельная nпред = 258 об/мин.

Масса аппарата в рабочем состоянии не более 4 т.

Технические требования на изготовление и испытания:

Аппарат изготовить и испытать в соответствии с ГОСТ 20680–2002 «Ап-

параты с механическими перемешивающими устройствами. Общие технические требования».

Корпус аппарата изготовить и испытать в соответствии с ОСТ 26–291–94

«Сосуды и аппараты стальные и сварные. Общие технические условия».

Аппарат подлежит регистрации в органах Госгортехнадзора и должен со-

ответствовать инструкции: «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

Корпус аппарата подвергнуть гидравлическому испытанию пробным дав-

лением 0,40 МПа.

Материал корпуса аппарата – сталь 12X18H10T+Ст3сп, вала, мешалки,

шпонок и фланцев – 12X18H10T ГОСТ 5632–72, опор – Ст3сп5 ГОСТ 380– 2005

Допустимая скорость коррозии не более 0,1 мм в год.

Торцовое уплотнение должно соответствовать требованиям ОСТ 26–01–

88–87 «Уплотнения валов торцовые для аппаратов с перемешивающими устройствами. Общие технические требования».

Фланцевые соединения корпуса с крышкой аппарата и люка должны соот-

ветствовать ГОСТ 28759.5–90 «Фланцы сосудов и аппаратов. Технические требования».

Конструкция мешалки по АТК 24.201.17–90, штуцеров – по АТК

24.218.06–90, корпуса аппарата – по ГОСТ 9931–85.