Аппарат вертикальный с трёхлопастной мешалкой

Введение

  Химические  препараты предназначены для  проведения различных технологических  процессов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и т.д. промышленности, а также для хранения и транспортировки различных химических веществ.

  В зависимости  от назначения (чаще всего от протекающего технологического процесса) различают  следующие химические аппараты: реактор, испаритель, теплообменник, колонна  и т.д. как правило, химические аппараты делают цилиндрической формы. Наибольшее распространение получило вертикальное расположение аппаратов.

  Для проведения ряда технологических процессов  применяют сварные стальные аппараты (реакторы с перемешивающими устройствами). Перемешивание обеспечивает интенсификацию процесса и часто является необходимым  условием его эффективного протекания.

  Аппарат состоит из корпуса и перемешиваемого  устройства с приводом. Корпус включает в себя цилиндрическую обечайку с  приводным эллиптическим днищем и отъёмной  эллиптической крышкой. Аппарат снабжён штуцером для подачи и слива продуктов.

  На крышке корпуса расположен люк для осмотра  и ремонтных работ внутри аппарата.

  Для наружного  нагревания отработанных продуктов  аппарат снабжён рубашкой. Аппарат  установлен на лапах.

  Привод  состоит из мотор редуктора, укреплённого на стойке, которая крепится на опоре, привариваемой к крышке аппарата.

  Выходной  вал мотор редуктора муфтой соединяется  с валом, на котором установлена  мешалка.

  Нижний  конец вала опирается на кольцевой  подшипник. 
 

1. Данные  для курсового  проекта
1. Характеристика аппарата

Внутренний  объём                                                                              3,2 м³

Внутренний  диаметр                                                                          1600 мм

Тип                                                                                                       ВЭЭ

Исполнение                                                                                         2 

2. Давление  в аппарате                                                                     1 МПа

 

3. Давление  в рубашке                                                                     0,2 МПа

 
 

4. Параметры среды             

Наименование                                                              NH₄OH водный раствор

Концентрация                                                                                   30 %

Температура                                                                                    25 ^оС 

5. Параметры мешалки

Диаметр                                                                                            360 мм

Частота вращения                                                                            180 об./мин. 

Мощность                                                                                         5 кВт

Тип                                                                                                 трёхлопастная 
 
 
 

1. Конструкция химического аппарата

  Стальной  аппарат с мешалкой состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус включает в себя: цилиндрическую обечайку с приварным  днищем и отъёмной крышкой. Аппарат снабжён штуцерами и т.д., которые служат для подачи исходных компонентов, выгрузки готовой продукции, установки контрольно-измерительных приборов и т.д. для поддержания заданного температурного режима ведения процесса аппарат имеет рубашку. Устанавливают аппарат на опоры стойки или боковые опоры лапы.

  Привод  состоит из моноблочного мотор-редуктора  или (электродвигателя с различными механическими передачами), который  устанавливается на стойке, закреплённой на опоре привода, приваренной к  крышке аппарата. Выходной вал редуктора  соединён с валом мешалки муфтой. Для герметизации аппарата в месте  входа вала в крышку установлено  уплотнение. Опорами вала являются подшипники, расположенные в узле. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Подбор  и расчёт элементов  корпуса аппарата
1. Выбор размеров корпуса аппарата

  Корпус  аппарата состоит из цилиндрической обечайки, днища и крышки. Для  нагревания или охлаждения обрабатываемых в аппарате продуктов аппарат  снабжён приварной рубашкой. Типы и основные размеры ёмкостных  аппаратов стандартизированы. Общим  критерием для выбора элементов  корпуса является внутренний номинальный  объём 3,2 м³ и внутренний диаметр 1600 мм.

Из таблицы 1, выпишем размеры корпуса типа ВЭЭ

 

Из таблицы 5, выпишем размеры эллиптических  отбортованных днищ

 

2. Цилиндрические  обечайки

     Расчёт на прочность и устойчивость производится по ГОСТ 14249 – 89.

    Расчёт обечаек, нагруженных избыточным внутренним давлением.

  Толщину стенок определяют по формулам

                                         .

    Допускаемое внутренне избыточное давление: 

  где  p_R – давление в аппарате, МПа p_R=1МПа;

  s_R – расчётное значение толщины стенки, мм;

  D – внутренний диаметр обечайки, мм  D=1600 мм;

   - допускаемое напряжение, МПа (зависит от  марки стали и  рабочей температуры).

  Марку стали  выбирают в зависимости от свойств  перерабатываемой среды по таблицы 7. Определим марку стали –  ВСт3.

  Допускаемое напряжение из таблицы 8. =139,625 МПа 

    Для стыковых и тавровых двухсторонних швов, выполняемых автоматической сваркой, коэффициент прочности сварного шва =1; для тех же швов, выполняемых в ручную, =0,9. Прибавка на коррозию c определяется по формуле , где V – скорость коррозии (обычно принимают 0,1 – 0,2 мм/г), T – срок службы аппарата (обычно принимают 10-12 лет). Для материалов, стойких к перерабатываемой среде, и при отсутствии данных о скорости коррозии рекомендуют принимать c=2 мм.

  мм

  Принимаем s=8 мм 

  Расчёт  цилиндрических обечаек, нагруженных наружным давлением.

  Под наружным давлением находятся вакуумные  аппараты и аппараты с рубашками. Тонкостенные обечайки под действием  наружного давления могут потерять первоначальную форму (устойчивость) с  образованием нескольких волн смятия. Давление, при котором оболочка начнёт деформироваться, называется критическим.

  Толщину стенки обечайки, нагруженной наружным давлением, приближённо определяется по формуле 

  где  - давление в рубашке, МПа МПа 

  Принимаем s=4 мм

   Полученное  значение толщины стенки следует  проверить на допускаемое наружное  давление по формуле (ГОСТ 1429-80) 

  Здесь допускаемое  давление из условия прочности определяется по формуле, полученной из уравнения  Лапласа: 
 

  а допускаемое  давление из условия устойчивости в  пределах упругости рассчитывается по формуле 

  где Е – модуль упругости, Е=1,985 МПа; n_u - коэффициент устойчивости (для рабочих условий n_u =2,4); l_R – расчётная длина обечайки.

  Для эллиптического днища 

  Здесь l длина цилиндрической части корпуса, l=1060 мм, - высота от бортовки днища, , - высота днища, , 
 
 

  Давление  в рубашке оказалось больше допускаемого, поэтому необходимо увеличить толщину  стенки обечайки.

  Примем  s=10 мм, тогда  
 
 

  В результате  расчёта давление в рубашке меньше, чем допускаемое, то принятые ранее  значения толщины оставляем неизменными.

3. Днища и крышки аппаратов приварные.

  Толщину стенки эллиптического отбортованного днища определяют по формулам:

  а) днища, нагруженного внутренним давлением  

         . 
 

  Принимаем s=8 мм

  б) днища, нагруженного наружным давлением

  . 

  .

  Принимаем s=4 мм

  При действии наружного давления полученное значение толщины стенки s необходимо проверить по формуле. В этом случае допускаемое давление из условия прочности  в пределах упругости: 
 

а допускаемое  давление из условия устойчивости в  пределах упругости определяется по формуле 
 

4. Расчёт  элементов рубашки

Толщину стенки цилиндрической части рубашки определяют по формуле 

где  p_R – давление в аппарате, МПа p_R=1МПа;

s_R – расчётное значение толщины стенки, мм;

D – внутренний диаметр обечайки, мм  D=1600 мм;

- допускаемое напряжение, МПа (зависит от  марки стали и  рабочей температуры).

  Эллиптическое днище рассчитывают по формуле 

  В качестве расчётного давления p_R принимают давление в рубашке. Для корпусов с внутренним давлением диаметр рубашки принимают больше внутреннего диаметра аппарата D на 100 мм. 

  Принимаем s=4 мм 

Принимаем s=4 мм

5. Крышки отъёмные

  Отъёмные  крышки присоединяются к корпусу  аппарата с помощью фланцев. Эллиптические  крышки состоят из стандартных днищ, сваренных стандартными фланцами.

  При определении  толщины стенки эллиптической крышки используют формулу 
 

  Принимаем s=8 мм