• RU
  • icon На проверке: 14
Меню

Аппарат с перемешивающим устройством

  • Добавлен: 25.10.2022
  • Размер: 4 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Аппарат с перемешивающим устройством

Состав проекта

icon
icon
icon
icon Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку (1).cdw
icon Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку (2).bak
icon Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку (1).bak
icon
icon Опора.bak
icon Штуцер_готовый (3 лист).bak
icon Штуцер СП.cdw.bak
icon Штуцер_готовый (3 лист).cdw.bak
icon Рубашка_готовая (3 лист).bak
icon Рубашка_готовая (3 лист).cdw.bak
icon Штуцер_готовый (3 лист).cdw
icon Мешалка СБ.bak
icon Штуцер СП.bak
icon Штуцер СП.cdw
icon Рубашка_готовая (3 лист).cdw
icon спец штуцер.bak
icon Мешалка СБ.cdw.bak
icon Мешалка СБ.cdw
icon Опора.cdw.bak
icon Опора.cdw
icon Мешалка СБ.jpg
icon
icon Корпус аппарата с мешалкой (СБ).cdw.bak
icon Корпус аппарата с мешалкой (СБ).cdw
icon Корпус аппарата с мешалкой (СБ).bak
icon
icon Обечайка.cdw
icon Бобышка.cdw
icon Обечайка.cdw.bak
icon Фланец.cdw.bak
icon Обечайка.bak
icon Бобышка.bak
icon Крышка 13.cdw
icon Ступица мешалки.bak
icon Бобышка.cdw.bak
icon Крышка 13.bak
icon Вал.bak
icon Ступица мешалки.cdw.bak
icon Вал.cdw
icon Крышка 13.cdw.bak
icon Ступица мешалки.cdw
icon Фланец.cdw
icon Вал.cdw.bak
icon Фланец.bak
icon
icon Обечайка.cdw
icon Бобышка.cdw
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (корпус).spw
icon Крышка 13.cdw
icon Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку.cdw
icon
icon Штуцер_готовый (3 лист).cdw
icon спец опора.cdw
icon Штуцер СП.cdw
icon Рубашка_готовая (3 лист).cdw
icon Рубашка_спецификация (3 лист).cdw
icon Корпус аппарата с мешалкой (СБ).cdw
icon Вал.cdw
icon Мешалка СБ.cdw
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).spw
icon Опора.cdw
icon Ступица мешалки.cdw
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (мешалка).spw
icon Фланец.cdw
icon
icon Пояснительная записка.docx
icon Описание.docx
icon
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (корпус).bak
icon спец опора.cdw.bak
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (корпус).spw.bak
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (корпус).spw
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).spw.bak
icon спец опора.cdw
icon спец опора.bak
icon Рубашка_спецификация (3 лист).cdw
icon Рубашка_спецификация (3 лист).bak
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (мешалка).spw.bak
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (мешалка).bak
icon Рубашка_спецификация (3 лист).cdw.bak
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).spw
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (мешалка).spw
icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).bak

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку (1).cdw

Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку (1).cdw
Технические характеристики
Емкость номинальная 2 м
Коэффициент заполнения 0
Давление в аппарате 0
Поверхность теплообмена 5
Температура среды в аппарате 90
Скорость вращения мешалки 315 обмин
мотор-редуктор типа МР-1-315-26-160-Ф1В
Материал аппарата (основной) - сталь 10
Технические требования
Вращение вала мешалки должно быть легким
толчков и посторонних шумов
Направление вращения вала мотор-редуктора по часовой
Подшипниковые узлы набить консистентной смазкой
ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80
Рубашку испытать на прочность и герметичность внутренним
гидравлическим давлением 0
МПа в течении 15 минут.
Аппарат обкатать на воде в течение 6 часов
а) подтекание жидкости через уплотнения фланцевых
б) нагрев подшипниковых узлов и торцового уплотнения
вала мешалки более чем на 50
в) подтекание смазки по валу мешалки.
А Для входа продукта
Г Для предохранительного клапана
К Для входа теплоносителя
Для выхода теплоносителя
О Для выхода продукта

icon Мешалка СБ.cdw

Мешалка СБ.cdw
Варить электродами типа Э-08Х20Н9Г2Б марки 03Л-7
Требование на перпендикулярность диска к ступице

icon Опора.cdw

Основная сварка электродами типа Э-10Х25Н13Г2Б
марки 03Л-6 ГОСТ10052-75.
Размеры для справок.

icon Корпус аппарата с мешалкой (СБ).cdw

Технические требования
Основная сварка электродами типа Э-08Х20Н9Г2Б марки 03Л-7
Лапы к листу следует приваривать электродами типа Э-10Х25Н13Г2
марки 03Л-6 ГОСТ 10052-75
Фланцы следует приваривать при монтаже

icon Обечайка.cdw

*Размеры для справок
Варить электродами типа Э-08Х20Н9Г2Б марки 03Л-7
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Бобышка.cdw

* Размеры для справок
Неуказанные предельные отклонения размеров: H14

icon Вал.cdw

* Размер обеспечить инструментом
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Ступица мешалки.cdw

* Размер выполнить после сварки
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Обечайка.cdw

Обечайка.cdw
*Размеры для справок
Варить электродами типа Э-08Х20Н9Г2Б марки 03Л-7
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Бобышка.cdw

* Размеры для справок
Неуказанные предельные отклонения размеров: H14

icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (корпус).spw

Днище 1400-6-350 ГОСТ6533-78
Штуцер 100-6-155-ВСт3сп4-
Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76
Пластина крепежная 8х20х15
Опора 1-40000 ОСТ26-665-79
Накладной лист 1-40000-16

icon Крышка 13.cdw

Крышка 13.cdw

icon Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку.cdw

Аппарат с мешалкой (СБ) на проверку.cdw
Технические характеристики
Емкость номинальная 2 м
Коэффициент заполнения 0
Давление в аппарате 0
Поверхность теплообмена 5
Температура среды в аппарате 90
Скорость вращения мешалки 315 обмин
мотор-редуктор типа МР-1-315-26-160-Ф1В
Материал аппарата (основной) - сталь 10
Технические требования
Вращение вала мешалки должно быть легким
толчков и посторонних шумов
Направление вращения вала мотор-редуктора по часовой
Подшипниковые узлы набить консистентной смазкой
ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80
Рубашку испытать на прочность и герметичность внутренним
гидравлическим давлением 0
МПа в течении 15 минут.
Аппарат обкатать на воде в течение 6 часов
а) подтекание жидкости через уплотнения фланцевых
б) нагрев подшипниковых узлов и торцового уплотнения
вала мешалки более чем на 50
в) подтекание смазки по валу мешалки.
А Для входа продукта
Г Для предохранительного клапана
К Для входа теплоносителя
Для выхода теплоносителя
О Для выхода продукта

icon Штуцер_готовый (3 лист).cdw

Штуцер_готовый (3 лист).cdw

icon спец опора.cdw

спец опора.cdw

icon Рубашка_спецификация (3 лист).cdw

Рубашка_спецификация (3 лист).cdw

icon Корпус аппарата с мешалкой (СБ).cdw

Корпус аппарата с мешалкой (СБ).cdw
Технические требования
Основная сварка электродами типа Э-08Х20Н9Г2Б марки 03Л-7
Лапы к листу следует приваривать электродами типа Э-10Х25Н13Г2
марки 03Л-6 ГОСТ 10052-75
Фланцы следует приваривать при монтаже

icon Вал.cdw

* Размер обеспечить инструментом
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Мешалка СБ.cdw

Варить электродами типа Э-08Х20Н9Г2Б марки 03Л-7
Требование на перпендикулярность диска к ступице

icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).spw

СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).spw
Гайка М18 ГОСТ 5915-81
Гайка М20 ГОСТ5915-81
Шайба 20. 65Г ГОСТ11371-78
Шайба 18. 65Г ГОСТ11371-78
Шайба 20. 65Г ГОСТ6402-70

icon Опора.cdw

Основная сварка электродами типа Э-10Х25Н13Г2Б
марки 03Л-6 ГОСТ10052-75.
Размеры для справок.

icon Ступица мешалки.cdw

Ступица мешалки.cdw
* Размер выполнить после сварки
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Пояснительная записка.docx

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
(филиал) государственного образовательного учреждения
высшего и профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет
имени И.И. Ползунова» (БТИ Алт ГТУ)
Аппарат с перемешивающим устройством
Пояснительная записка курсового проекта
“Машины и агрегаты для проведения механических и гидромеханических процессов”
6.07.00.00.00.000 ПЗ
Литературный обзор ..4
Задание на проектирование .11
Технологические расчеты 12
1 Расчет оптимальных геометрических размеров аппарата 12
2 Расчет основных геометрических размеров мешалки ..13
3 Расчет мощности потребляемой перемешивающим
4 Расчет теплообменника змеевикового типа 16
4.1 Тепловой расчет 16
4.2 Конструктивный расчет змеевика ..19
Механические расчеты ..21
1 Расчет корпуса аппарата на прочность 21
Перемешивание является довольно распространенным процессом в химической и смежных с ней отраслях промышленности. Оно может осуществляться в трубопроводе через который протекает жидкость в перекачивающем насосе на тарелке ректификационной колонны и т.д. а также в аппаратах с мешалками предназначенными специально для этой цели. Перемешивание может протекать самопроизвольно например за счет диффузии компонентов системы или же принудительным путем вследствие подвода к системе извне механической энергии например с помощью мешалок.
Термин “перемешивание” означает соединение объемов различных веществ с целью получения однородной смеси например растворов эмульсий суспензий и т.п.
Перемешивание приводит к понижению температурного и концентрационного градиентов обрабатываемой системы поэтому оно оказывает весьма благоприятное влияние на ход всех операций которые связаны с передачей тепла и массы. К этим процессам относятся в частности такие широко распространенные в химической технологии операции как нагревание или охлаждение растворение кристаллизация экстракция абсорбция электролиз и гетерогенные химические реакции которые в большинстве случаев протекают в жидкой среде.
Распределение частиц отдельных компонентов в исходной смеси случайно на них может действовать сила тяжести может происходить сегрегация или седиментация. При помощи перемешивания стремятся достигнуть совершенного взаимного распределения частиц.
Совершенным или полным можно назвать такое перемешивание в результате которого бесконечно малые пробы смеси отобранные в любом месте перемешиваемой системы будут иметь одинаковый состав а температура в любой точке системы окажется одинаковой.
Для перемешивания необходимо движение перемешиваемых веществ. Способы приведения массы в движение равно как и способы поддержания этого движения определяются особенностями среды от свойств которой зависит характер смеси.
Перемешиваемые системы могут быть либо жидкостями либо сыпучими веществами. Жидкости делятся на сжимаемые (газы) и несжимаемые (капельные). При рассмотрении процесса перемешивания целесообразно подразделять собственно жидкости на ньютоновские (т.е. такие у которых при ламинарном течении имеется прямая пропорциональность между коэффициентом трения и градиентом скорости) и на неньютоновские.
Для перемешивания в резервуаре очень важны два обстоятельства:
)степень турбулизации;
) величина циркуляции интенсивность которой определяется временем необходимым для того чтобы вся жидкость прошла через определенное сечение (обычно по периферии резервуара по плоскости описанной лопатками мешалки).
Механическое перемешивание проводится с целью:
Смешения взаиморастворимых жидкостей;
Выравнивания температуры в объёме перемешиваемой среды;
Распределения взвешенных частиц в объёме жидкости или
предотвращения их оседания;
Диспергирования капель жидкости или пузырьков газа;
Интенсификации процессов теплообмена;
Интенсификации процессов массообмена (чисто физического или в сочетании с химической реакцией).
Особенно многочисленна последняя группа процессов поскольку они могут протекать в различных неоднородных системах таких как жидкость - жидкость жидкость - газ или жидкость - твердое тело. В этих случаях интенсивность процесса может быть продиктована условиями создания двухфазной системы - эмульсии или суспензии.
Механическое перемешивание проводится в аппаратах носящих общее название аппаратов с мешалками. В частных случаях эти аппараты могут называться реакторами автоклавами или нитраторами сульфонаторами и т.п.
Под степенью перемешивания (степенью однородности показателем перемешивания) в общем случае следует понимать взаимное распределение двух или большего количества веществ после совершенного перемешивания всей системы. Степень перемешивания является таким образом своего рода показателем эффективности перемешивания а также может быть использована для оценки интенсивности перемешивания.
Интенсивность действия перемешивающего устройства определяется временем достижения конкретного технологического результата при постоянной частоте вращения или частотой вращения перемешивающего устройства при постоянной продолжительности процесса.
Обычно интенсивность перемешивания определяется с помощью следующих величин:
)число оборотов мешалки ;
)окружная скорость конца лопастей мешалки ;
)критерий Рейнольдса для процессов перемешивания:
где - диаметр мешалки;
- динамический коэффициент вязкости;
)расходуемая на перемешивание мощность приведенная к единице объема перемешиваемой жидкости или к единице массы перемешиваемой жидкости .
Каждая из перечисленных выше величин является соответствующей мерой интенсивности перемешивания для конкретного аппарата с мешалкой работающего на конкретной системе (данной жидкости).
Эффективность перемешивания определяется количеством энергии затрачиваемой на перемешивание для достижения требуемого технологического эффекта. Таким образом из двух аппаратов с мешалками более эффективно работает тот в котором достигается определенный технологический эффект при более низкой затрате энергии. Эффективность перемешивания является также основой для оценки работы одного и того же аппарата (для выбора оптимального режима работы аппарата и оптимальных его размеров). Однако для того чтобы рассчитать эффективность перемешивания необходимо знать уравнения определяющие мощность расходуемую на перемешивание теплоотдачу массоотдачу и т.д. не только для типовых систем но и при переменных геометрических параметрах системы.
В движении перемешиваемых масс могут иметь место два вида движения: свободное и вынужденное. В технике самопроизвольное перемешивание почти не применяется так как протекает слишком медленно. Для достижения перемешивания более быстрого чем самопроизвольное используют передачу массы или тепла посредством вынужденной конвекции которая достигается направленным движением жидкости течением. Силы действующие в жидкости её движения могут быть двух видов: поверхностные и массовые. К поверхностным относят силы давления.
Массовые силы пропорциональны массе движущейся элементарной частицы и характеризуются ускорением. Сопротивление жидкости движению обуславливается внутренним трением жидкости то есть её вязкостью.
Процесс перемешивания осуществляется несколькими способами. Один из способов перемешивание в сосудах с помощью механических мешалок которые используются только для перемешивания капельных жидкостей. Механические мешалки создают в жидкости течение вследствие чего обеспечивается её перемешивание. Наиболее широко применяются вращающиеся мешалки. Все применяемые мешалки разделяют на быстроходные и тихоходные. Под быстроходными понимаются мешалки используемые для перемешивания жидких сред преимущественно при турбулентном и переходном режимах движения жидкости; под тихоходными - при ламинарном режиме движения жидкости.
Для перемешивания жидких сред используют несколько способов:
Механический с помощью мешалок.
Пневматическое перемешивание осуществляют с помощью сжатого газа пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости. Для равномерного распределения газа в слое жидкости газ подаётся в смеситель через барботёр. Барботёр представляет собой ряд перфорированных труб расположенных у днища смесителя по окружности или спирали. Интенсивность перемешивания определяется количеством газа пропускаемого в единицу времени через единицу свободной поверхности жидкости в смесителе.
Циркуляционное перемешивание осуществляется с помощью насоса перекачивающего жидкость по замкнутой системе смеситель-насос-смеситель. Интенсивность циркуляционного перемешивания зависит от кратности циркуляции то есть отношения подачи циркуляционного насоса в
единицу времени к объёму жидкости в аппарате. В ряде случаев вместо насосов могут применяться паровые инжекторы.
Статическое перемешивание жидкостей невысокой вязкости а так же газа с жидкостью осуществляется в статических смесителях за счёт кинетической энергии жидкостей и газов. Простейшими статическими смесителями являются устройства с винтовыми вставками различной конструкции. Статические смесители устанавливают в трубопроводах перед реактором или другой аппаратурой или непосредственно в реакционном аппарате. Статические смесители используют так же при получении эмульсии.
Механическое перемешивание используют для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования) тепло- и массообменных биохимических процессов в системах жидкость-жидкость газ-жидкость газ – жидкость - твёрдое тело. Осуществляют его с помощью различных перемешивающих устройств – мешалок.
Мешалки представляют собой комбинацию лопастей насажанных на вращающийся вал. Все перемешивающие устройства применяемые в производствах можно разделить на две группы:
В первую группу входят лопастные турбинные и пропеллерные;
Во вторую – специальные – винтовые шнековые ленточные рамные ножевые и другие служащие для перемешивания пластических и сыпучих масс.
По частоте вращения рабочего органа перемешивающие устройства делятся на тихо- и быстроходные.
Традиционный вид оборудования для перемешивания – вертикальный цилиндрический аппарат с мешалкой ось вращения которой совпадает с осью аппарата. Такая конструктивная схема наиболее рациональна. В настоящее время в промышленности применяют различные модификации аппаратов для перемешивания. Объём аппаратов с мешалкой составляет от 10 до 2000 . Основными элементами таких аппаратов является корпус привод уплотнения вал и мешалка. Корпус аппаратов традиционной конструкции имеет вертикальную цилиндрическую обечайку крышку на которой устанавливается привод мешалки и днище. При работе под атмосферным давлением (“под наливом”) аппараты снабжаются плоскими крышками и днищами. На крышке размещаются патрубки предназначенные для подвода и отвода веществ для установки контрольно – измерительных приборов и т. п. Размещение патрубков на корпусе аппарата менее желательно.
Для подвода и отвода теплоты корпуса аппаратов снабжаются теплообменными рубашками. Чаще всего используются гладкие рубашки повторяющие форму корпуса аппарата. Приводом перемешивающего устройства практически всегда служит электродвигатель соединённый с валом мешалки. Герметизация аппаратов достигается посредством торцовых сальниковых и манжетных уплотнений а так же гидрозатворов. Конструктивным элементом непосредственно предназначенным для приведения жидкости в вынужденное движение служит мешалка. В частности для перемешивания высоковязких сред при ламинарном режиме их течения применяют обычно шнековые ленточные и скребковые мешалки.
Шнековые мешалки могут применяться в сочетании с направляющей трубой.
Скребковые мешалки используются почти исключительно для увеличения интенсивности теплообмена. В крупных аппаратах скребки устанавливают иногда в сочетании с ленточной мешалкой.
Конструктивные типы мешалок применяемых для перемешивания сред малой и средней вязкости при турбулентном режиме гораздо более многочисленны.
По величине отношения радиусов аппарата и перемешивающего устройства мешалки подразделяются на две категории. Якорные и рамные мешалки применяются при значительных их принято использовать для перемешивания жидкостей повышенной вязкости особенно в случаях подвода или отвода теплоты через рубашку. Ко второй категории относятся лопастные турбинные и другие мешалки используемые обычно при . При расчётах мощности поля скоростей и т. д. оказывается достаточным использование коэффициента сопротивления мешалки который рассчитывается исходя из геометрии лопастей. В связи с тем что набор стандартных частей вращения мощностей и крутящих моментов приводов ограничен оказывается целесообразным применение мешалок с различными значениями коэффициента сопротивления. Целесообразность использования мешалок тех или иных конструкций часто определяется так же особенностями технологии изготовления.
Интенсивность перемешивания в значительной мере зависит от наличия тех или иных внутренних неподвижных устройств. По функциональному назначению эти устройства могут быть разделены на три группы:
Устройства для организации потока;
Теплообменные устройства;
Технологические трубопроводы а так же трубы для размещения контрольно – измерительных приборов.
В качестве внутренних теплообменных устройств в аппаратах с мешалкой чаще всего применяют змеевики. Конструкция внутренних устройств и узлов их крепления должна обеспечивать возможность внутреннего осмотра и чистки аппарата. Предотвращение вибрации обеспечивается путём жёсткого крепления внутренних устройств к корпусу аппарата.
Задание на проектирование
Спроектировать емкостной вертикальный аппарат с механическим перемешивающим устройством и встроенным теплообменником.
Встроенные устройства
отражательные перегородки
Материал корпуса аппарата
Объем аппарата номинальный
Давление внутри аппарата
Температура жидкости в аппарате
Плотность перемешиваемой среды
Вязкость перемешиваемой среды
Коэффициент заполнения аппарата
Теплообменный процесс
Интенсивность тепловыделения перемешиваемой жидкости (без учета мощности потребляемой мешалкой) жидкости
Скорость коррозии корпуса аппарата
Срок службы аппарата
Теплофизические характеристики рабочей среды внутри аппарата (теплоемкость коэффициент теплопроводности коэффициент температуропроводности и другие) - такие же значения как для воды.
Технологические расчеты
1 Расчет оптимальных геометрических размеров аппарата
Полная поверхность корпуса аппарата
где - соответственно поверхности крышки обечайки и днища .
Поверхность эллиптической крышки (днища)
где - диаметр аппарата.
Поверхность цилиндрической обечайки аппарата
где - высота обечайки.
С учетом (1.2) и (1.3) полная поверхность корпуса аппарата
Полная поверхность корпуса аппарата зависит от двух переменных: и . Тем не менее одну из переменных можно выразить через другую используя следующее равенство:
где - соответственно объёмы крышки обечайки и днища.
Объём эллиптической крышки (днища)
Объём цилиндрической обечайки аппарата
Тогда равенство (1.5) может быть записано в виде:
После несложных преобразований получим:
Подставляя (1.9) в (1.4) получим:
Исследуем выражение (1.10) на экстремум:
С учётом (1.9) определим оптимальное значение высоты цилиндрической обечайки корпуса аппарата:
2 Расчет основных геометрических размеров мешалки
Симплекс геометрического подобия . [2 с. 159] (1.12)
Так как мешалка турбинная открытая [13 с. 84]
Примем что соответствует значению из стандартного ряда диаметров мешалок по ГОСТ 20680-75.
Диаметр диска [13 с. 44] (1.13)
Длина лопасти [13 с. 44] (1.14)
Внутренний диаметр расположения лопастей [13 с. 44] (1.15)
Высота лопасти [13 с. 44] (1.16)
3 Расчет мощности потребляемой перемешивающим устройством
Полезная мощность потребляемая перемешивающим устройством
Центробежный критерий Рейнольдса
где- плотность перемешиваемой среды ;
- динамический коэффициент вязкости перемешиваемой среды;
- число оборотов мешалки .
Число оборотов мешалки [9 с. 239] (1.20)
где - окружная скорость вращения мешалки.
По рекомендациям [9 с. 242 таблица 9.1] выбираем
примем ближайшее стандартное значение:
(турбулентный режим т.к. ).
По рекомендациям [9 с. 245 рисунок 9.3] в зависимости от принимаем кВт.
Мощность затрачиваемая на трение в сальниковом уплотнении с мягкой набивкой:
гдеn – частота вращения вала с-1;
н и hн – соответственно толщина и высота сальниковой набивки м;
р – избыточное давление в аппарате Па;
fтр=008 012=01 [9 стр. 243].
Толщина мягкой сальниковой набивки:
Высота набивки увеличиваемая с ростом давления в аппарате:
гдеС=0117 – для турбинных мешалок;
dм – диаметр мешалки.
Мощность привода мешалки
где - коэффициент учитывающий наличие перегородок;
- коэффициент учитывающий высоту уровня жидкости в аппарате;
-коэффициент учитывающий наличие в сосуде внутренних устройств;
- к.п.д. привода мешалки.
Для аппаратов с перегородками [9 с. 242]
где - высота уровня перемешиваемой среды в аппарате.
где- высота среды в обечайке;
- высота среды в днище.
где - объем среды находящейся в обечайке.
где - общий объем среды в аппарате;
- объем среды в днище.
где - общий объем аппарата
- коэффициент заполнения аппарата.
где - высота эллиптической части днища;
- высота цилиндрической отбортовки.
По рассчитанной мощности подбираем привод [2 табл. 29.18]: одноступенчатый мотор-редуктор типа МР1-315-26-160 Ф1В (частота вращения выходного вала 160 обмин) с электродвигателем 4А160М8 (мощность 11 кВт частота вращения 750 обмин).
4 Расчет теплообменника рубашки
Общее количество передаваемого тепла [9 с. 251] (1.32)
где - тепловыделение перемешиваемой жидкости;
-полезная мощность потребляемая перемешивающим устройством;
- потери тепла в окружающую среду.
Тепловыделение перемешиваемой жидкости
где- интенсивность тепловыделения перемешиваемой среды;
- объем среды в аппарате.
Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой жидкости к стенке трубы змеевика
где- критерий Нуссельта характеризующий параметры перемешиваемой среды;
- коэффициент теплопроводности перемешиваемой среды;
где и - коэффициенты учитывающие тип теплообменного устройства;
- критерий Прандтля характеризующий теплофизические свойства перемешиваемой среды;
-динамический коэффициент вязкости перемешиваемой среды при рабочей температуре в аппарате;
-динамический коэффициент вязкости перемешиваемой среды при температуре стенки змеевика;
- симплекс геометрического подобия.
где - удельная теплоемкость перемешиваемой среды.
Соотношение рекомендуется принимать на уровне 095.
Для аппарата со рубашкой С=036 m=067 [2 с. 160]
Коэффициент теплоотдачи от теплового агента к стенке аппарата [2 с. 158]
где Н=1049 м – высота рубашки [7 т. 1 с. 510];
- критерий Нуссельта характеризующий параметры теплового агента [2 с. 158];
- коэффициент теплопроводности теплового агента Вт(мК).
Nu2=015(GrPr)033(PrPrст)025 (1.38)
где Gr-критерий Грасгофа характеризующий соотношение сил трения инерции и подъемной силы обусловленной различием плотностей в отдельных точках потока теплового агента [2 с. 149];
-критерий Прандтля характеризующий теплофизические свойства теплового агента при его средней температуре в рубашке;
Prст-критерий Прандтля характеризующий теплофизические свойства теплового агента при температуре стенки аппарата;
где - плотность теплового агента при его средней температуре кгм3;
-коэффициент динамической вязкости теплового агента при его средней температуре Пас;
-коэффициент объемного расширения К-1;
Δt-разность температур жидкости и стенки К
Для определения плотности и вязкости теплового агента необходимо знать его среднюю температуру для чего зададимся следующими значениями:
- температура теплового агента на входе в рубашку tвх=75 K
- температура теплового агента на выходе из рубашки tвых=55 K
- средняя температура теплового агента:
тогда =044110-3Пас [2 с. 497]; ρ=986 кгм3; =57510-4 К-1; =277; λ=0664 Вт(мК) [2 с. 520].
tст=(tср+ t)2 (1.41)
tст=(65+ 50)2=575°С.
тогда ст=312 [2 с. 520].
Gr =57510-475=2441011
GrPr =2441011277=6761011
Nu2=015(6761011)033(277312)025=1167
Так как аппарат изготовлен из коррозионно-стойкой стали то коэффициент теплопроводности стенки – λст=465 Вт(мК) [2 с. 512].
Коэффициент теплопроводности загрязнений внешней стенки аппарата – rзагр=13500 м2КВт [2 с. 514].
Термическим сопротивлением загрязнения внутренней стенки аппарата можно пренебречь т.к. она интенсивно омывается.
Коэффициент теплопередачи [2 с. 165]:
где s=410-3м – толщина стенки аппарата (см. ниже)
Средняя разность температур [6 с. 166]:
где Δtб и Δtм - соответственно большая и меньшая разности температур на концах теплообменника.
Δtб = tвх - t (1.45)
Δtм = tвых - t (1.46)
Поверхность теплопередачи [2 с. 165]:
Поверхность теплопередачи стандартной рубашки для проектируемого аппарата составляет 54м2 [7 т. 1 с. 510].
Скорость движения теплового агента можно определить из уравнения расхода мс [2 с. 13]:
где V- объемный расход теплового агента м3с [2 с. 13];
dу=50 мм - условный диаметр штуцера для подачи теплового агента.
где G- массовый расход теплового агента кгс [2 с. 234]
где =4210 Дж(кгК)- удельная теплоемкость теплового агента [2 с. 520]
Механические расчеты
1 Расчет корпуса аппарата на прочность
Расчётное давление внутри аппарата[5 с. 8]:
где - гидростатическое давление в корпусе аппарата Па;
где g- ускорение свободного падения мс2;
НС- высота слоя среды в аппарате
где hД=350 мм - внутренняя высота эллиптического днища [10 с. 117];
VД=0396 м3 – объем эллиптического днища [10 с. 117]
РАГ =1000×981×1025 =001 МПа
(РАГ РА)×100%= (001 03)×100 = 3% 5%
то расчётное давление внутри аппарата составит [5 с. 8]:
Расчётное давление в рубашке:
где - гидростатическое давление теплоносителя в рубашке аппарата Па
где - плотность воды кгм3.
РГ = 1000×981×1049 = 00103 МПа.
(РГР)×100%= (00103 03)×100 = 3%5%
то расчётное давление в рубашке аппарата составит:
Расчётную температуру стенки аппарата принимаем согласно [10 с. 8] равной температуре среды в аппарате tR=tC=50°C.
Допускаемое напряжение для стали 10 ГОСТ 1050-74 при tR=50°C согласно
[10 с. 12] составит [s]=128 МПа.
Расчётное значение модуля продольной упругости Е для стали 10 ГОСТ 1050-74 при tR=50°C согласно [10 с. 14] составит Е=196×105 МПа.
Прибавку к расчётной толщине стенки С считаем равной прибавке для компенсации коррозии С1 [5 с. 10]:
С = С1 = П = 01×10-315 = 1510-3 м
Прибавкой С2 на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа и прибавкой С3 на технологию изготовления деталей аппарата пренебрегаем.
Толщина стенки эллиптической крышки находящейся под действием внутреннего избыточного давления [10 с. 132]
где R- радиус кривизны в вершине эллиптической крышки м. Для стандартных эллиптических крышек R=D=14 м.
SК=03×14(2×128×1-05×03)+15×10-3=314×10-3 м.
Принимаем толщину стенки эллиптической крышки SК=6×10-3 м. Проверяем условие применимости формулы (1.17) [10 с. 135]:
(SК –С)D= (6×10-3-15×10-3)14=00032
что удовлетворяет неравенству (2.7).
Толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса аппарата под действием внутреннего избыточного давления [10 с. 103]:
SЦ1 = 03×14(2×128×1-05×03)+15×10-3=314×10-3 м.
Принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки SЦ1=6×10-3 м. Проверяем условие применимости формулы (2.8) [10 с. 102]:
(SЦ1-С) D = (6×10-3-15×10-3) 14 = 32×10-3
что удовлетворяет неравенству (2.9).
Толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса аппарата под действием наружного избыточного давления [10 с. 103]
где определяется по номограмме [10 с. 104]
где - коэффициент запаса устойчивости. Для рабочих условий тогда
К1 = 24×03 (24×10-6×196×105) = 153
где - расчётная длина обечайки м.
Для аппарата заданной конфигурации определяется в соответствии с рисунком 6.1 [10 с. 101]
lR = НО + 2 (hЭ 3) (2.13)
где - высота цилиндрической обечайки аппарата м;
- высота эллиптической крышки м.
Для аппарата заданной конфигурации НО=09 м НЭ=035 м.
lR= 09+ 2 (0353) = 1133м
К2=f(1133; 081) = 05.
Тогда: в соответствии с (2.10) имеем:
SЦ2 = 05×14×10-2 = 7×10-3 м
SЦ2 = 11×03×14 (2×128) = 00018 м.
С учётом прибавки С принимаем SЦ2= 10×10-3м.
Толщина стенки эллиптического днища под действием внутреннего избыточного давления рассчитывается по формуле (2.6)
Принимаем толщину стенки эллиптического днища SД1=6×10-3м.
Проверяем условие применимости формулы (2.6) по формуле (2.7)
(SД1 –С)D = (6×10-3-15×10-3)14 =00032
Толщина стенки эллиптического днища под действием наружного избыточного давления может быть рассчитана по зависимости [10 с. 133]
где Кэ=09 [10 с. 133]
SД2’ = (09×14 510) × [24 × 03 (10-6× 196×105) ]12 = 474×10-3 м
SД2” = 03×14 (2×128) = 164×10-3(м)
Принимаем SД2=6×10-3м.
Для удобства сварки принимаем SД=1010-3м.
Толщина стенки цилиндрической обечайки люка – лаза рассчитывается по уравнению (2.8) с учётом того что D=d=025м.
SЛ =(03×025)(2×128×1-03)+15×10-3=179×10-3м
Для обеспечения технологичности сварных соединений принимаем SЛ =6×10-3м.
Люк – лаз в рабочем положении закрыт плоской съёмной крышкой (см. рис. 5).
Рисунок 5 – Крепление крышки люка – лаза
Толщина плоской съёмной крышки люка – лаза рассчитывается по следующей зависимости [10 с.161]:
SКЛ=К×К0×DR×[PАR([s]×j)]12+C (2.15)
где - коэффициенты характеризующие конструкцию крышки. Считаем что в крышке нет технологических отверстий следовательно К0=1. Для крышки показанной на рисунке 3 коэффициент =04 [10 с. 161]. Для данной крышки считаем DR=DБ где DБ - диаметр болтовой окружности фланцевого соединения. Для стандартного фланца с DR=0335 м DБ =0335 м [11 с. 550].
SК Л= 05×1×0335× [ 03 (128×1) ]12 + 15×10-3 = 96×10-3 м
Принимаем SКЛ =10×10-3 м.
Таким образом по результатам выполненных расчётов имеем: SК=6×10-3 м; SЦ=10×10-3м; SД=10×10-3м; SЛ =6×10-3м; SКЛ =10×10-3 м.
Цилиндрическая обечайка корпуса аппарата находится под совместным действием наружного избыточного давления и осевой сжимающей силы .
Условие устойчивости обечайки имеет вид [10 с. 108]:
где - допускаемое наружное давление для цилиндрической обечайкиМПа;
- допускаемая осевая сжимающая сила МН.
Допускаемое наружное давление для цилиндрической обечайки согласно [10 с. 103]:
где - допускаемое наружное давление из условия прочности МПа;
- допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости МПа.
Допускаемое наружное давление из условия прочности согласно [10 с. 103]
[PЦ]P = 2×128×(10×10-3-15×10-3) [14+ (10×10-3-15×10-3) ] = 1545 МПа
Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости согласно [10 с. 103]
где - эмпирический коэффициент [10 с. 103]
В1= 815×(14 113)×14 [100×(10×10-3-15×10-3)]12 =13
С учётом (2.20) принимаем 0. Тогда в соответствии с (2.19) имеем:
[PЦ]Е = [18×10-6×196×105 (24×1)]×(14 113)× [100×(10×10-3-15×10-3)14]25 =0523 МПа
После подстановки (2.18) и (2.19) в (2.17) получим:
[PЦ]=1545[1+(15450523)2]12=0495 МПа
Допускаемая осевая сжимающая сила для цилиндрической обечайки согласно [10 с. 105]
где - допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности МН;
- допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости МН.
Допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности согласно [10 с. 105]
[P1Ц]P =314×(14 + 10×10-3- 15×10-3)×( 10×10-3- 15×10-3)×128 =481 МН
Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости [10 с. 105]:
где - допускаемая осевая сжимающая сила из условия местной устойчивости в пределах упругости МН;
- допускаемая осевая сжимающая сила из условия общей устойчивости в пределах упругости МН;
[P1Ц]Е1 = (310×10-6×198×105 24)× 142×[100× (10×10-3-15×10-3) 14 ]25= 144 МН
Поскольку lRD =11314 =0807 10 то [P1Ц]Е =[P1Ц]Е1 =144 МН.
После подстановки (2.22) и (2.23) в (2.21) получим:
[P1Ц] = 481 [1+ (481144)2 ]12 = 456 МН
Фактическая осевая сжимающая сила:
P1Ц = [314× (14 + 2×10×10-3)2 4 ]×03 =0475 МН
После подстановки полученных значений в (2.16) проверим выполнение условия устойчивости цилиндрической обечайки
0495+ 0475 456 = 071 1
таким образом условие (2.16) выполняется и обечайка аппарата будет устойчива.
Допускаемое внутреннее давление для цилиндрической обечайки аппарата [10 с. 103]:
[PЦ]ВН = 2×128×1×(10×10-3-15×10-3) [14+ (10×10-3-15×10-3)] = 1545 МПа.
Допускаемое внутреннее давление для эллиптического днища [10 с. 133]:
[PД]ВН = 2×128×1×(10×10-3-15×10-3) [14+ (10×10-3-15×10-3)] = 1545 МПа.
Допускаемое внутреннее давление для эллиптической крышки аппарата [10 с. 132]:
[PК] = 2×154×1×(6×10-3-075×10-3) [14+05×(6×10-3-075×10-3) ] = 082 МПа.
Окончательное допускаемое внутреннее давление для аппарата – 082 МПа. Допускаемое давление в рубашке аппарата – 0495 МПа.
2 Выбор подшипниковой стойки
По таблице 24.34 [7 с. 774] для мотор-редуктора МР-1-315-25-315-Ф1В выбираем подшипниковую стойку: тип 1 исполнение 3 для вала 65 что соответствует габариту 02.
3 Расчет вала перемешивающего устройства
3.1 Расчет на виброустойчивость
Рисунок 1 - Расчетная схема вала
Относительные координаты центра тяжести перемешивающего устройства
Безразмерный динамический прогиб вала в центре тяжести перемешивающего устройства по рисунку 3.17 [5 с. 175] при принимаем .
Угловая скорость вращения вала (2.29)
Безразмерный коэффициент учитывающий приведенную массу вала:
Поскольку вал консольный и предположительно работает в дорезонансной области частот то
где - плотность материала из которого изготовлен вал;
- модуль упругости первого рода (модуль Юнга).
[5 с. 285 таблица 7]
Приведенная к сечению масса мешалки
Расчетный диаметр вала
Поскольку вал консольный и предположительно работает в зарезонансной области то
Из конструктивных соображений принимаем диаметр вала .
Масса единицы длины вала
Относительная масса мешалки
корень частного уравнения по рисунку 3.12 [5 с. 169].
Момент инерции сечения вала
Первая критическая угловая скорость вращения вала
Условие виброустойчивости:
условие виброустойчивости выполняется т.е. вал является жестким и работает в дорезонансной области частот.
3.2 Расчет на жесткость
Эксцентриситет массы мешалки
Относительная координата опасного по жесткости сечения в месте установки торцового уплотнения вала
Безразмерный динамический прогиб вала в опасном по жесткости сечении по рисунку 3.17 [5 с. 175] .
Приведенный эксцентриситет массы мешалки
Приведенная масса вала
Смещение оси вала от оси вращения за счет зазоров в опорах:
а) в месте установки мешалки (в точке В)
где - смещение в точке А для радиального однорядного шарикового подшипника;
- смещение в точке Б для радиального однорядного шарикового подшипника.
по таблице 3.5 [5 с. 174];
по таблице 3.5 [5 с. 174]
б) в месте установки торцового уплотнения вала
Смещение оси вала от оси вращения за счет начальной изогнутости вала в
месте установки торцового уплотнения вала
где - начальная изогнутость вала в месте установки мешалки.
По таблице 3.7 [5 с. 175] при принимаем
Приведенный эксцентриситет массы вала с мешалкой
Знак перед зависит от области работы вала. Для докритической области работы вала выбирается знак «+».
Динамический прогиб оси вала в месте установки перемешивающего устройства
Динамическое смещение оси вала в месте установки торцового уплотнения
Условие жесткости на консоли:
где - допускаемое перемещение вала на консоли.
По таблице 3.8 [5 с. 178] для торцового уплотнения при частоте вращения вала 315 принимаем .
условие жесткости при использовании торцового уплотнения выполняется.
4 Подбор сальниковое уплотнение вала
В соответствии с [7 с. 798] выбираю сольниковое уплотнение типа IIIБ-65 с подшипниковой опорой уплотняемого вала.
5 Выбор опор аппарата и строповых устройств
Сила тяжести полностью заполненной емкости:
где Gем - вес самой емкости Н
Gср - вес среды в аппарате Н.
Gср=1000981128=126 кН.
Gем=(тап+тм-р+тст)g (2.51)
По таблице 29.9 29.17 24.34 [3 т. 1-2] принимаем массу аппарата тап=1800кг; массу мотор-редуктора тм-р=125 кг; массу стойки тст=290 кг.
Gем=(1800+125+290)981=22 кН.
По таблице 14.3 [8 с. 277] выбираем опоры (стойки): опора 3-40000 ОСТ 26-665-79.
По таблице 15.1 [8 с. 315] для строповки выбираем два крюка: крюк 1-1-700 Вст3сп5 ГОСТ 13716-73.
В результате проделанной работы рассчитаны геометрические размеры аппарата проведёны технологические расчёты в результате которых была определена необходимая поверхность теплообмена для аппарата с рубашкой. Этой поверхности будет достаточно чтобы подвести хладоагент и охладить до требуемой температуры перемешиваемую среду. Рассчитан вал на жёсткость и виброустойчивость. Условия жёсткости и виброустойчивости выполняются следовательно вал перемешивающего устройства будет надёжно работать. Данный спроектированный аппарат можно изготовить и применять в промышленности.
Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Польша. 1971. Пер. с польского под ред. Щупляка И. А. – Л.: Химия 1975.-384 с. ил.
Тимонин А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник в 3-х томах. – Калуга. Изд-во Н. Бочкаревой 2002. – Т2.
Штербачек Тауск. Перемешивание в химической промышленности. Пер. с чешск. – М.: Химия 1963.
Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи для вузов. М. Ф. Михалев Н. П. Третьяков А. И. Мильченко В. В. Зобнин: Под общ. ред. М. Ф. Михалева. – Л.: Машиностроение Ленингр. отд-ние 1984 – 301 с. ил.
Вертикальные стальные сварные аппараты с перемешивающими устройствами. Каталог Ленниихиммаш: – М.: Цинтихимнефтемаш – 1988 – 15 с.
Тимонин А. С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник в 3-х томах. – Калуга. Изд-во Н. Бочкаревой 2002. – Т1.
Брагинский Л.Н. Бегачев В.И. Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. - Л.: Химия 1984. - 336 с.ил.
Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи: Учебное пособие для вузов. И. В. Доманский В. П. Исаков Г. М. Островский и др.: Под общ. ред. В. Н. Соколова. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1982. – 384 с.
Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд - ние 1981. - 382 с. ил.
Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Л. «Машиностроение» 1970г. 752 стр.
Криворот А.С. Конструкции и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Машиностроение 1992. - 400 с.: ил.
Васильцов Э.А. Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред: Справочное пособие. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд - ние 1979. - 272 с. ил.
Дж. Перри. Справочник инженера – химика т. 1. Перевод с англ. под ред. акад. Жаворонкова Н.М. и чл.- корр. АН СССР Романкова П.Г. Издательство “Химия” 1969 стр. 640 рис. 397 табл. 332.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.3. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение 1980. - 557 с. ил.
Кувшинский М.Н. Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для учащихся техникумов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. школа 1980.-223 с.ил.
Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М. «Химия» 1973. 752 с.
Смирнов Г.Г. и др. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств Г.Г. Смирнов А.Р. Толчинский Т.Ф. Кондратьева; под общ. ред. А.Р. Толчинского. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1988.-303 с.: ил.

icon Описание.docx

Аппарат с перемешивающим устройством
В результате проделанной работы рассчитаны геометрические размеры аппарата проведены технологические расчёты в результате которых была определена необходимая поверхность теплообмена для аппарата с рубашкой. Этой поверхности будет достаточно чтобы подвести хладагент и охладить до требуемой температуры перемешиваемую среду. Рассчитан вал на жёсткость и виброустойчивость. Условия жёсткости и виброустойчивости выполняются следовательно вал перемешивающего устройства будет надёжно работать. Данный спроектированный аппарат можно изготовить и применять в промышленности.
Технические характеристики
Емкость номинальная 2 м
Коэффициент заполнения 07
Давление в аппарате 06 МПа
Поверхность теплообмена 54м
Температура среды в аппарате 90С
Скорость вращения мешалки 315 обмин
мотор-редуктор типа МР-1-315-26-160-Ф1В
Материал аппарата (основной) - сталь 10
Технические требования
Вращение вала мешалки должно быть легким без заедания
толчков и посторонних шумов
Направление вращения вала мотор-редуктора по часовой
Подшипниковые узлы набить консистентной смазкой
ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80
Рубашку испытать на прочность и герметичность внутренним
гидравлическим давлением 045 МПа в течении 15 минут.
Аппарат обкатать на воде в течение 6 часов при этом
а) подтекание жидкости через уплотнения фланцевых
б) нагрев подшипниковых узлов и торцового уплотнения
вала мешалки более чем на 50С
в) подтекание смазки по валу мешалки.
Машины и агрегаты для проведения механических и гидромеханических процессов
Задание на проектирование
Спроектировать емкостной вертикальный аппарат с механическим перемешивающим устройством и встроенным теплообменником.
Встроенные устройства
отражательные перегородки
Материал корпуса аппарата
Объем аппарата номинальный
Давление внутри аппарата
Температура жидкости в аппарате
Плотность перемешиваемой среды
Вязкость перемешиваемой среды
Коэффициент заполнения аппарата
Теплообменный процесс
Интенсивность тепловыделения перемешиваемой жидкости (без учета мощности потребляемой мешалкой) жидкости
Скорость коррозии корпуса аппарата
Срок службы аппарата
Теплофизические характеристики рабочей среды внутри аппарата (теплоемкость коэффициент теплопроводности коэффициент температуропроводности и другие) - такие же значения как для воды.
Литературный обзор ..4
Задание на проектирование .11
Технологические расчеты 12
1 Расчет оптимальных геометрических размеров аппарата 12
2 Расчет основных геометрических размеров мешалки ..13
3 Расчет мощности потребляемой перемешивающим
4 Расчет теплообменника змеевикового типа 16
4.1 Тепловой расчет 16
4.2 Конструктивный расчет змеевика ..19
Механические расчеты ..21
1 Расчет корпуса аппарата на прочность 21
2 Выбор подшипниковой стойки
3 Расчет вала перемешивающего устройства
3.1 Расчет на виброустойчивость
3.2 Расчет на жесткость
4 Подбор сальниковое уплотнение вала
5 Выбор опор аппарата и строповых устройств
Распределение частиц отдельных компонентов в исходной смеси случайно на них может действовать сила тяжести может происходить сегрегация или седиментация. При помощи перемешивания стремятся достигнуть совершенного взаимного распределения частиц.
Совершенным или полным можно назвать такое перемешивание в результате которого бесконечно малые пробы смеси отобранные в любом месте перемешиваемой системы будут иметь одинаковый состав а температура в любой точке системы окажется одинаковой.
Для перемешивания необходимо движение перемешиваемых веществ. Способы приведения массы в движение равно как и способы поддержания этого движения определяются особенностями среды от свойств которой зависит характер смеси.
Перемешиваемые системы могут быть либо жидкостями либо сыпучими веществами. Жидкости делятся на сжимаемые (газы) и несжимаемые (капельные). При рассмотрении процесса перемешивания целесообразно подразделять собственно жидкости на ньютоновские (т.е. такие у которых при ламинарном течении имеется прямая пропорциональность между коэффициентом трения и градиентом скорости) и на неньютоновские.
Для перемешивания в резервуаре очень важны два обстоятельства:
)степень турбулизации;
) величина циркуляции интенсивность которой определяется временем необходимым для того чтобы вся жидкость прошла через определенное сечение (обычно по периферии резервуара по плоскости описанной лопатками мешалки).
Механическое перемешивание проводится с целью:
Смешения взаиморастворимых жидкостей
Выравнивания температуры в объёме перемешиваемой среды;
Распределения взвешенных частиц в объёме жидкости или
предотвращения их оседания;
Диспергирования капель жидкости или пузырьков газа;
Интенсификации процессов теплообмена;
Интенсификации процессов массообмена (чисто физического или в сочетании с химической реакцией).
Особенно многочисленна последняя группа процессов поскольку они могут протекать в различных неоднородных системах таких как жидкость - жидкость жидкость - газ или жидкость - твердое тело. В этих случаях интенсивность процесса может быть продиктована условиями создания двухфазной системы - эмульсии или суспензии.
Механическое перемешивание проводится в аппаратах носящих общее название аппаратов с мешалками. В частных случаях эти аппараты могут называться реакторами автоклавами или нитраторами сульфонаторами и т.п.
Под степенью перемешивания (степенью однородности показателем перемешивания) в общем случае следует понимать взаимное распределение двух или большего количества веществ после совершенного перемешивания всей системы. Степень перемешивания является таким образом своего рода показателем эффективности перемешивания а также может быть использована для оценки интенсивности перемешивания.
Интенсивность действия перемешивающего устройства определяется временем достижения конкретного технологического результата при постоянной частоте вращения или частотой вращения перемешивающего устройства при постоянной продолжительности процесса.
Обычно интенсивность перемешивания определяется с помощью следующих величин:
)число оборотов мешалки ;
)окружная скорость конца лопастей мешалки ;
)критерий Рейнольдса для процессов перемешивания:
где - диаметр мешалки;
- динамический коэффициент вязкости;
)расходуемая на перемешивание мощность приведенная к единице объема перемешиваемой жидкости или к единице массы перемешиваемой жидкости .
Каждая из перечисленных выше величин является соответствующей мерой интенсивности перемешивания для конкретного аппарата с мешалкой работающего на конкретной системе (данной жидкости).
Эффективность перемешивания определяется количеством энергии затрачиваемой на перемешивание для достижения требуемого технологического эффекта. Таким образом из двух аппаратов с мешалками более эффективно работает тот в котором достигается определенный технологический эффект при более низкой затрате энергии. Эффективность перемешивания является также основой для оценки работы одного и того же аппарата (для выбора оптимального режима работы аппарата и оптимальных его размеров). Однако для того чтобы рассчитать эффективность перемешивания необходимо знать уравнения определяющие мощность расходуемую на перемешивание теплоотдачу массоотдачу и т.д. не только для типовых систем но и при переменных геометрических параметрах системы.
В движении перемешиваемых масс могут иметь место два вида движения: свободное и вынужденное. В технике самопроизвольное перемешивание почти не применяется так как протекает слишком медленно. Для достижения перемешивания более быстрого чем самопроизвольное используют передачу массы или тепла посредством вынужденной конвекции которая достигается направленным движением жидкости течением. Силы действующие в жидкости её движения могут быть двух видов: поверхностные и массовые. К поверхностным относят силы давления.
Массовые силы пропорциональны массе движущейся элементарной частицы и характеризуются ускорением. Сопротивление жидкости движению обуславливается внутренним трением жидкости то есть её вязкостью.
Процесс перемешивания осуществляется несколькими способами. Один из способов перемешивание в сосудах с помощью механических мешалок которые используются только для перемешивания капельных жидкостей. Механические мешалки создают в жидкости течение вследствие чего обеспечивается её перемешивание. Наиболее широко применяются вращающиеся мешалки. Все применяемые мешалки разделяют на быстроходные и тихоходные. Под быстроходными понимаются мешалки используемые для перемешивания жидких сред преимущественно при турбулентном и переходном режимах движения жидкости; под тихоходными - при ламинарном режиме движения жидкости.
Для перемешивания жидких сред используют несколько способов:
Механический с помощью мешалок.
Пневматическое перемешивание осуществляют с помощью сжатого газа пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости. Для равномерного распределения газа в слое жидкости газ подаётся в смеситель через барботёр. Барботёр представляет собой ряд перфорированных труб расположенных у днища смесителя по окружности или спирали. Интенсивность перемешивания определяется количеством газа пропускаемого в единицу времени через единицу свободной поверхности жидкости в смесителе.
Циркуляционное перемешивание осуществляется с помощью насоса перекачивающего жидкость по замкнутой системе смеситель-насос-смеситель. Интенсивность циркуляционного перемешивания зависит от кратности циркуляции то есть отношения подачи циркуляционного насоса в
единицу времени к объёму жидкости в аппарате. В ряде случаев вместо насосов могут применяться паровые инжекторы.
Статическое перемешивание жидкостей невысокой вязкости а так же газа с жидкостью осуществляется в статических смесителях за счёт кинетической энергии жидкостей и газов. Простейшими статическими смесителями являются устройства с винтовыми вставками различной конструкции. Статические смесители устанавливают в трубопроводах перед реактором или другой аппаратурой или непосредственно в реакционном аппарате. Статические смесители используют так же при получении эмульсии.
Механическое перемешивание используют для интенсификации гидромеханических процессов (диспергирования) тепло- и массообменных биохимических процессов в системах жидкость-жидкость газ-жидкость газ – жидкость - твёрдое тело. Осуществляют его с помощью различных перемешивающих устройств – мешалок.
Мешалки представляют собой комбинацию лопастей насажанных на вращающийся вал. Все перемешивающие устройства применяемые в производствах можно разделить на две группы:
В первую группу входят лопастные турбинные и пропеллерные;
Во вторую – специальные – винтовые шнековые ленточные рамные ножевые и другие служащие для перемешивания пластических и сыпучих масс.
По частоте вращения рабочего органа перемешивающие устройства делятся на тихо- и быстроходные.
Традиционный вид оборудования для перемешивания – вертикальный цилиндрический аппарат с мешалкой ось вращения которой совпадает с осью аппарата. Такая конструктивная схема наиболее рациональна. В настоящее время в промышленности применяют различные модификации аппаратов для перемешивания. Объём аппаратов с мешалкой составляет от 10 до 2000 . Основными элементами таких аппаратов является корпус привод уплотнения вал и мешалка. Корпус аппаратов традиционной конструкции имеет вертикальную цилиндрическую обечайку крышку на которой устанавливается привод мешалки и днище. При работе под атмосферным давлением (“под наливом”) аппараты снабжаются плоскими крышками и днищами. На крышке размещаются патрубки предназначенные для подвода и отвода веществ для установки контрольно – измерительных приборов и т. п. Размещение патрубков на корпусе аппарата менее желательно.
Для подвода и отвода теплоты корпуса аппаратов снабжаются теплообменными рубашками. Чаще всего используются гладкие рубашки повторяющие форму корпуса аппарата. Приводом перемешивающего устройства практически всегда служит электродвигатель соединённый с валом мешалки. Герметизация аппаратов достигается посредством торцовых сальниковых и манжетных уплотнений а так же гидрозатворов. Конструктивным элементом непосредственно предназначенным для приведения жидкости в вынужденное движение служит мешалка. В частности для перемешивания высоковязких сред при ламинарном режиме их течения применяют обычно шнековые ленточные и скребковые мешалки.
Шнековые мешалки могут применяться в сочетании с направляющей трубой.
Скребковые мешалки используются почти исключительно для увеличения интенсивности теплообмена. В крупных аппаратах скребки устанавливают иногда в сочетании с ленточной мешалкой.
Конструктивные типы мешалок применяемых для перемешивания сред малой и средней вязкости при турбулентном режиме гораздо более многочисленны.
По величине отношения радиусов аппарата и перемешивающего устройства мешалки подразделяются на две категории. Якорные и рамные мешалки применяются при значительных их принято использовать для перемешивания жидкостей повышенной вязкости особенно в случаях подвода или отвода теплоты через рубашку. Ко второй категории относятся лопастные турбинные и другие мешалки используемые обычно при . При расчётах мощности поля скоростей и т. д. оказывается достаточным использование коэффициента сопротивления мешалки который рассчитывается исходя из геометрии лопастей. В связи с тем что набор стандартных частей вращения мощностей и крутящих моментов приводов ограничен оказывается целесообразным применение мешалок с различными значениями коэффициента сопротивления. Целесообразность использования мешалок тех или иных конструкций часто определяется так же особенностями технологии изготовления.
Интенсивность перемешивания в значительной мере зависит от наличия тех или иных внутренних неподвижных устройств. По функциональному назначению эти устройства могут быть разделены на три группы:
Устройства для организации потока;
Теплообменные устройства;
Технологические трубопроводы а так же трубы для размещения контрольно – измерительных приборов.
В качестве внутренних теплообменных устройств в аппаратах с мешалкой чаще всего применяют змеевики. Конструкция внутренних устройств и узлов их крепления должна обеспечивать возможность внутреннего осмотра и чистки аппарата. Предотвращение вибрации обеспечивается путём жёсткого крепления внутренних устройств к корпусу аппарата.

icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (корпус).spw

Днище 1400-6-350 ГОСТ6533-78
Штуцер 100-6-155-ВСт3сп4-
Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76
Пластина крепежная 8х20х15
Опора 1-40000 ОСТ26-665-79
Накладной лист 1-40000-16

icon СПЕЦИФИКАЦИЯ (аппарат).spw

Гайка М18 ГОСТ 5915-81
Гайка М20 ГОСТ5915-81
Шайба 20. 65Г ГОСТ11371-78
Шайба 18. 65Г ГОСТ11371-78
Шайба 20. 65Г ГОСТ6402-70

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 8 часов 12 минут
up Наверх