Расчёт ферментатора и зубчатого редуктора (1 задание)

пабт ФЕРМЕНТАТОР Михайлова.cdw

Ввод питательной среды
Труба передавливания
КР-2868280-190301-1503-08
Технические требования.
испытании и постановке
должны выполняться требования:
а) Госгортехнадзора РФ
б)ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование производственное.
Общие требования безопасности
в) ГОСТ 26.291-79 "Сосуды и аппараты стальные
сварные. Технические требования
Материал аппарата - сталь Ч18Н10Т ГОСТ
материал опоры - сталь 8 Ст.3сп ГОСТ
0-71материал прокладок - паронит ПОН-1 ГОСТ
Аппарат испытать на прочность и плотность у
плотность гидравлически в горизонтальном
положении под давлением 0
положении - наливом.
Сборные соединения должны соответствовать
требованиям ГОСТ 26-01-82-72 "Сварка в химическом
Сварные швы в объеме 100% контролировать
рентгенопросвечиванием.

редуктор.cdw

Уплотнительные манжеты
Соединительная муфта
Подшипник ведущего вала
Подшипник ведомого вала
Подшипник сателлитов
Транспортировочное кольцо
КР-2868280-190301-1503-08

записка.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверского государственный технический университет»
кафедра биотехнологии и химии
На тему: « Расчёт ферментатора и зубчатого редуктора»
Руководитель: Долуда В.Ю.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №15
1 Определение КПД привода и кинематический расчёт6
2 Расчёт зубчатых колёс9
3Предварительный расчёт вала редуктора13
4 Конструктивные размеры шестерни и колеса14
5Расчёт корпуса редуктора15
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №220
1 Формулы которые необходимы для расчёта в Exel22
2 Значения из таблицы Exel24
3 Расчёт с учётом значений из таблица расчёта в Exel26
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ33
Редуктор - механизм служащий для уменьшения частоты вра-щения и увеличения вращающего момента. Редуктор законченный механизм соединяемый с двигателем и рабочей машиной муфтой или другими разъемными устройствами. Редуктор состоит из корпуса (литого чугуна или стального сварного). В корпусе редуктора разме-щены зубчатые или червячные передачи неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники размещенные в гнездах корпуса; в основном используют подшипники качения. Тип редуктора определяется составом передач порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей зубчатых коле в пространстве.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Принцип действия зубчатой передачи основан на зацеплении пары зубчатых колес. Достоинством зубчатых передач является: высокий КПД постоянство передаточного отношения и широкий диапазон мощностей.
В настоящем проекте произведен расчет механического привода открытой цилиндрической прямозубой передачи.
Ферментеры ( или ферментаторы) - представляют собой камеры в которых в жидкой или на твердой среде выращивают микроорганизмы. Процесс происходящий в ферментере называется ферментацией. Термин ферментация первоначально применялся только к анаэробным процессам однако сейчас он используется более широко и включает все процессы как аэробные так и анаэробные.
Обычно ферментер изготавливают из высококачественной нержавеющей стали так что он не подвержен коррозии и не выделяет в среду токсичные соли металлов. Все используемое оборудование материалы и воздух должны быть стерильными. Оборудование стерилизуют паром под давлением. Пар должен иметь доступ ко всем поверхностям которые в свою очередь должны быть гладкими и отполированными насколько это возможно и не иметь трещин и неровностей в которых могут скапливаться микроорганизмы. Среду стерилизуют перед инокуляцией пропуская пар через систему охлаждения. Воздух стерилизуют путем фильтрации.
Научится проводить механические расчеты редукторов
Научится проводить расчеты оборудования для проведения процессов ферментации в биотехнологических производствах обосновывать подбор их геометрических параметров и проводить их подбор на основе установленных стандартов.
Механические расчета редуктора
1 Расчёт зубчатых колёс
Расчет момент на валу:
Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи выбираем материалы со средними механическими характеристиками;[1] для шестерни сталь 46 термическая обработка – улучшение твердость HB 230 для колеса сталь – 45 термическая обработка – улучшение но твердость на 30 единиц ниже – HB 200.
Определяем допустимое контактное напряжение
где - предел контактной выносливости при базовом числе циклов;
- коэффициент долговечности;
– коэффициент безопасности при длительной работе.
Для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее HB 350 и термической обработкой :
нlimb = 2Нb + 70 = 2*280+70 = 630 (3)
Кнl (коэффецентн долговечности) = 1
Межосевое расстояние:
где Кн –коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца и принимаем его = 11 и ва = 05
u - передаточное число u===4;
Т2-вращающий момент Т2===63000
a = 495*(4+1)* = 27 мм
Определение межосевого расстояния : по ГОСТу а = 40 мм
Найдём нормальный модуль зацепления:
Выбираем модуль согласно ГОСТу 9563 – 60 модуль по первый разряд : mн=1 мм.
Определение суммарного числа зубьев:
Число зубьев солнечного колеса:
Число зубьев сателлита
Z2=05*Z1(=05*30(10-2)=120 (7)
Проверка вхождения зубьев
Число зубьев корончатого колеса
Z3=Z1+2Z2=30+2*120=270 (10)
Передаточное число : 10033 = 3
Основные размеры колеса :
Делительный диаметр :
d1=mu*Z1=1*30=30мм (11)
d2=mu*Z2=1*120=300мм (12)
d3=mu*Z3=1*240=240 (13)
Ширина колеса : b1= ba*a12 =05*40=20мм
Определение коэффициента ширины шестерни по диаметру:
Выбираем для зубчатых колес сталь 40ХН улучшенную средняю твердость НВ; базовое число циклов переменного напряжения
Определим рабочее число циклов
t= 5*300*8=12*103 (16)
Nн=60nc**t=60*3*1300*12*103=281*107 (17)
По выполненным расчётам был разработан редуктора в графическом редактор «компас». Чертёж представлен в приложении А.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №1
Раздел: Основы расчета ферментационного оборудования.
Цель: Научится проводить расчеты оборудования для проведения процессов ферментации в биотехнологических производствах обосновывать подбор их геометрических параметров и проводить их подбор на основе установленных стандартов.
Таблица 2. Исходные данные для задания № 1
1 Формулы которые необходимы для расчёта в Exel
Формулы необходимые для расчёта:
Где S – толщина стенки.
Формулы которые нужны для определения номинальной расчётной толщины стенки s’ цилиндрических металлических и неметаллических вальцованных и литых обечаек работающих под внутренним давлением:
Где д-номинальная прочность материала аппарата;
р – максимальное давление аппарата;
φкоэффицент ослабления материала аппарата ;
Все физико-химические процессы осуществляемые в химических аппаратах прежде всего требуют наличия ёмкости ограниченной корпусом которые должны быть достаточно прочными и герметичными.[2]
Главным составным элементом корпуса является обечайка – наиболее материалоёмкий и ответственный узел любого химического аппарата. Форма корпуса а следовательно и обечайка определяется химико-технологическими требованиями предъявляемыми к тому или иному аппарату а также конструктивными соображениями может быть цилиндрическая коробчатая коническая сферическая и т.д.
Следовательно S’ рассчитываем по формуле :
Выразим высоту аппарата :
Найдём Мапп по формуле 2:
Мапп=314*02*96*0136*78=64кг
2 Значения из таблицы Exel
Согласно данным мы получаем :
hапп=25 hВ=150S=7 (по ГОСТу 6533-78)
3 Расчёт с учётом значений из таблица расчёта в Exel
Рассчитаем S по формуле :
Так как рассчитанная толщина 27 мм меньше чем толщина днища 5мм (по ГОСТу) то толщину подобрали верно.
Рубашки в химических аппаратах предназначаются для наружного нагревания или охлаждения обрабатываемых или хранящихся в аппарате
главным образом жидких продуктов. [2]
Рубашки могут устанавливаться на цилиндрических вертикальных и горизонтальных аппаратах. Наибольшее применение они имеют на вертикальных цилиндрических аппаратах.
По конструкции рубашки бывают: неразъёмные и отъёмные. Первые применяются преимущественно в сварной и паяной аппаратуре вторые – с сварной литой и кованной аппаратуре.
Рубашка представлена на рисунке 4.
Рассчитаем верхний фланцевый пояс :
Dв=600 Dф=740 Dб=700 h=52 dб=636 z=28 ру=15
Берём фланец типа 1. Фланец этого типа представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 – фланец 1 типа.
Выберем тип мешалки:
Перемешивание жидких сред с целью интенсификации многих физико-химических процессов при изготовлении различных смесей имеет весьма широкое применение в химической и в ряде других смежных с ней промышленности.[2]
Перемешивание в жидкой среде осуществляется разными способами основными из которых являются механический пневматический и вибрационный. Наибольшее распространение имеют первые два способа в которых перемешивание осуществляется с помощью специальных перемешивающих устройств устанавливаемых в разного рода химических аппаратах.
Перемешивающие устройства характеризуются интенсивностью и эффективностью действия. Первая определяется временем требуемым для достижения заданного технологического результата а вторая – затратами энергии для этого. Чем меньше время и расход энергии при этом тем выше интенсивность и эффективность перемешивающего устройства.
Выбранный тип мешалки: турбинный.
Рассчитаем мощность мешалки :
Nм=КN*ρс*n3*dм5 (12)
Выражаем турбинный режим при перемешивании мешалки больше 100 Re
По вычисленным значениям критерия Рейнольдса определяем критерий мощности:
Расчёты по формуле 12:
Nм=4*1030*000323*025=43*10-8
Nм=2*1030*0033*025=21461
Nм=15*1030*0323*025=96464
Nм=1*1030*1583*025=22891
Выбираем наименьшую мощность мешалки следовательно Nм=89 следовательно KN=1 Вт dм=02
Мешалка имеет следующие значения:
Из таблицы 322 (страница 729) выбираем тип 3:
Далее будем производить расчёты опоры:
(масса аппарата) mа=масса обечайки+2*масса крышки+масса привода+
Масса среды = V*кэф.зап.*ρ=03*1030*055=170
Масса аппарата =1321 кг
По выполненным расчётам был разработан эскиз ферментатора представленный в приложении С дальнейшим перенесением в графический редактор «компас». Чертёж представлен в приложении D.
Таким образом я научилась проводить механические расчеты редукторов и воспроизводить их на чертеже в виде эскиза и в компасе. Так же я научилась проводить расчеты оборудования для проведения процессов ферментации (ферментёра) в биотехнологических производствах обосновывать подбор их геометрических параметров и проводить их подбор на основе установленных стандартов при этом воспроизводить на чертеже и в компасе.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов С.А.Чернавский К.Н. Боков И.М. Чернин и др. – 2-е издание перераб. и доп. – М: Машиностроение 1988. – 416 с.
Лащинский А.А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры А.А. Лащинский А.Р. Толчинский. – Л: Машиностроение 1970. – 752 с.