РОССИЙСКИЙ ХИМИКО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Имени Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Кафедра механики

ХИМИЧЕСКИЙ АППАРАТ

С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

типа ВКЭ – 21

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

205.284.00.00.000 ПЗ

Студент группы ТМ – 22 __________________________

(Ф.И.О) (подпись)

Руководитель проекта __________________________

(должность, Ф.И.О.) (подпись)

Оценка за курсовой проект _________________________

«__»_________ 20__г. (подпись руководителя)

Москва 2016 г.

Оглавление

Техническое задание 3

Введение 4

1. Определение расчетных параметров химического аппарата 6

1.1 Выбор конструкционных материалов 6

1.2 Определение пробных давлений 7

1.3 Определение геометрических размеров аппарата 8

1.4 Расчет элементов корпуса аппарата 10

1.4.1 Расчет толщины стенки корпуса 10

1.4.2 Расчет толщины стенки рубашки 11

1.5 Выбор фланцевого соединения 12

1.6 Выбор привода 13

2. Расчет перемешивающего устройства 14

2.1 Выбор мешалки 14

2.2 Расчет мешалки на прочность 15

2.3 Расчет шпонки в ступице мешалки 16

2.4 Расчет вала мешалки на виброустойчивость 17

3. Выбор комплектующих элементов 18

3.1 Выбор штуцеров 19

3.2 Выбор люка 20

3.3 Выбор опор 21

Библиографический список 22

Техническое задание

Номер варианта………………………………………………….. 300

Шифр корпуса…………………………………………………… ВЭЭ-01

Номинальный объем V, м3……………………………………… 6,3

Диаметр аппарата D_a, мм ……………………………………….. 1600

Шифр мешалки ………………………………………………….. 01

Диаметр мешалки d_м, мм ……………………………………….. 450

Частота вращений n, об/мин…………………………………….. 400

Мощность мешалки N, кВт …………………………………….. 1,3

Давление в аппарате P_a, МПа…………………………………… 0,6

Остаточное давление в аппарате P_ост, МПа……………………. 0,04

Давление в рубашке P_руб, МПа………………………………….. 0,4

Среда в аппарате ………………………………………………… H₂O

Температура среды Т,֯С ………………………………………… 100

Введение

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством типа ВЭЭ – 01 предназначен для проведения различных физико – химических и механических процессов в жидких средах (растворах, суспензиях, эмульсиях) для протекания которых требуется поддержание повышенной температуры и давления.

Химические аппараты данной конструкции применяются в промышленности для проведения органических и неорганических синтезов, протекающих при повышенных температурах и давлении в агрессивных средах, а так же требующих постоянного перемешивания реакционной массы. Кроме этого аппараты применяются для получения различных жидкостных растворов и механических смесей.

При разработке химического аппарата обеспечено соответствие правилам Госгортехнадзора. Основные параметры аппарату соответствуют ГОСТ 20680 – 75. Выбор материалов, методов испытания аппарата пробным давлением, а также требования к контрольной и предохранительной арматуре в соответствии с ОСТ 26292 – 71.

Химический аппарат с механическим перемешивающим устройством состоит из следующих основных частей: корпуса аппарата, крышки аппарата, рубашки аппарата, механического перемешивающего устройства. Корпус аппарата состоит из приваренного эллиптического днища и цилиндрической обечайки. Корпус аппарата предназначен для проведения в нем физико – химических процессов, а также для крепления к нему остальных частей аппарата, таких как: рубашка (приваренная сверху – к обечайке корпуса, снизу – к днищу), крышка аппарата (съемная, соединенная с корпусом с помощью фланцевого соединения), а также штуцер для выгрузки продукта. приваренный к нижней части днища корпуса. К крышке аппарата крепится стойка, с закрепленным на ней сальниковым уплотнением, подшипниковой опорой с двумя подшипниками, и муфтой, соединяющей вал мотор – редуктора, закрепленный в верхней части стойки, с валом трехлопастного перемешивающего устройства. Также к крышке приварены смотровой люк, штуцер ввода и два штуцера для крепления манометра и термопары.

Корпус и крышка скреплены между собой посредством фланцевого соединения типа плоский с паронитовой прокладкой, обеспечивающей надежное уплотнение. Материалы болтов и гаек: сталь 35 ХМ. Рубашка аппарата служит для подачи (через штуцер) пара, обогревающего содержимое корпуса. Конденсат выходит из рубашки через штуцер, приваренный к нижней ее части. Также, к рубашке приварены четыре опоры. Для более равномерного распределения местной нагрузки от опоры на корпусе рубашки под опорой приваривается накладной лист. Материал корпуса, крышки. рубашки, мешалки и ее вала – сталь 10Х17Н132. Эта сталь выбрана, потому что она технологична в обработке, хорошо деформируется в холодной и горячих средах, т.е. обладает хорошей штампуемостью. Она хорошо сваривается всеми видами сварки и не требует обязательной термической обработки изделия после сварки. Но самое важное – сталь отлично противостоит рабочей среде – воде, обладающей большой коррозийной активностью. Удорожание аппарата следствие применения нержавеющей стали компенсируется долговечностью конструкции и повысившейся безопасностью ее эксплуатации.

1. Определение расчетных параметров химического аппарата

1.1 Выбор конструкционных материалов

Материал корпуса аппарата, рубашки, фланцев – 10Х17Н132Т

Скорость коррозии

П= 0.1 мм/год

Срок службы аппарата

Т_а= 10 лет

Прибавка на компенсацию коррозии

С_к = П*Т_а= 0.1*1 = 1 мм

Допускаемое напряжение

[σ]_t=100֯C = 139 МПа, [σ]_t=20֯C= 146 МПа

Модуль упругости первого рода

Е= 2*10⁺⁵ МПа

Материал болтов – сталь 35ХМ

Допускаемое напряжение

[σ]_б = 230 МПа

1.2 Определение пробных давлений

Пробные давления для аппарата

Р_пр = 1.25*Р_а = 1.25*0.6* = 0.8 МПа

Пробное давление для рубашки

Р_пр = 1.25*Р_руб = 1.25*0.4* = 0.5 МПа

1.3 Определение геометрических размеров аппарата

Высота крышки аппарата

Н_кр = = = 400 мм

Высота отбортовки крышки

= 40 мм

Высота днища

Н_дн = = = 400 мм

Высота отбортовки днища

= 40 мм

Высота цилиндрической части аппарата

Н_ц.ч. = , где

V_кр = = = 0.536 м³

V_дн = = 0.536 м³

Н_ц.ч.= = = 2.602 м= 2602 мм

Высота обечайки

Н_об= Н_ц.ч. - - - 2*H_фл = 2602 – 40 – 40 – 2*50 = 2422 мм

Принимаем 2500

Высота цилиндрической части рубашки

Н_руб = 2200

Диаметр рубашки

D_p= D_a +100= 1700 мм

1.4 Расчет элементов корпуса аппарата

1.4.1 Расчет толщины стенки корпуса

При воздействии внутреннего давления

S_ц = + 2*C_к + C_в = + 2*1 + С_о = 8

При воздействии наружного давления

S_ц = + 2*C_к + С_о, где

Р_ан = Р_руб + Р_атм – Р_ост = 0.4 + 0.1 - 0.04= 0.46 МПа

Е=2*10⁵ МПа

n_y= 2.4

l_p= H_руб + ₊ ,где

= === 133.33 мм

= 2200 + 40 + 133.3 = 2373.3 мм

S_ц=14

Вывод

S_ц= max (8;14) = 14 мм

1.4.2 Расчет толщины стенки рубашки

S_p=+ С_к + С_о = С_о = 4 мм

1.5 Выбор фланцевого соединения

Таблица П-8

Dy, мм	Py, мм	Dф, мм	Dб, мм	D1, мм	H, мм	s, мм	d, мм	число отверстий
1600	0,6	1730	1690	1648	55	10	23	60

d_б=М20

S_п=2 мм

b= 15

1.6 Выбор привода

По техническому заданию

N= 1,3 кВт

n= 400 об/мин

Привод тип – 4

Коэффициент полного действия привода

ŋ=ŋ₁*ŋ₂*ŋ₃*ŋ₄= 0,96*0,99*0,96*0,99=0,9

N_пр == = 1,444 кВт

Выбираем N

n=400 об/мин

N=1,5 кВт

Рис. П-6. Привода тип 4:

1- электродвигатель; 2 - ременная передача; 3 – вал промежуточный; 4 – стойка; 5 – муфта фланцевая; 6 – вал мешалки; 7 – уплотнение; 8 - мешалка

Габарит 1

Габа- рит	d, мм	L, мм	B, мм	H, мм	H1, мм	H2, мм	h1, мм	l1, мм	s, мм	D, мм	D1, мм	Масса, кг
1	65,55	760	360	1220	500	250	620	350	14	300	390	350