проектирование аппарата

В аппаратах с мешалками проводятся многие гидромеханические и массообменные процессы в одно- и многофазных средах (растворах, эмульсиях, суспензиях). В качестве рабочей среды используются вещества с различными свойствами, в том числе агрессивные, взрывоопасные, пожароопасные и токсичные. Процессы часто проводятся при повышенных температурах, но не в нашем случае, при избыточном давлении или вакууме. Перемешивание обеспечивает интенсификацию тепло- и массообменных процессов. Химические аппараты подлежат периодическим проверкам и планово-предупредительным ремонтам.
Аппараты бывают как вертикальными, так и горизонтальными, наш – вертикальный. Основными элементами являются корпус и механическое перемешивающее устройство.
Оболочка корпуса состоит из цилиндрической части, соединенной с днищем и крышкой. В нашем случае днище и крышка имеют эллиптическую форму. Корпуса аппаратов стандартизированы (ГОСТ 9931-85). Типы и основные параметры вертикальных аппаратов с мешалками объемом от 0,01 до 100 м3 регламентируются ГОСТ 20680-2002.
Корпусы изготавливают двух исполнений: цельносварные и с отъемной крышкой. Для подачи или отвода тепла, т.е. для поддержания заданной температуры рабочей среды, корпус аппарата оснащается теплообменными устройствами.
Для загрузки исходных компонентов, отвода готовых продуктов, подвода теплоносителя, ввода датчиков контрольно-измерительных приборов используются штуцеры, расположенные на крышке, обечайке и днище.
Механические перемешивающие устройства (МПУ) состоят из привода и вала с мешалкой. Большинство элементов стандартизировано.
МПУ.075.00.00.000

1 Цель и задачи проекта

Цель задания – проектирование аппарата с механическим перемешивающим устройством. Конкретно: разработка в соответствии с исходными данными эскизного, технического проектов и фрагментов рабочей конструкторской документации на типовой аппарат с механическим перемешивающим устройством, предназначенным для проведения процесса перемешивания в жидкофазной системе при заданных технологических параметрах и свойствах рабочей среды, с обеспечением работоспособности в рабочих условиях в течении заданного срока службы.
Задачи проекта.
Эскизный проект: выбор конструкционных материалов, определение допускаемых напряжений, определение рабочего, расчетного, пробного и условного давлений, выбор комплектующих элементов, выполнение эскиза компоновки и оценка надежности аппарата.
Технический проект: расчет элементов корпуса аппарата, расчет элементов механического перемешивающего устройства, расчет долговечности подшипников вала, расчет мешалки, шпоночного соединения и муфты.
Разработка рабочей конструкторской документации.










2 Эскизный проект
2.1 Расчетная температура, выбор конструкционных материалов

Расчетная температура – наибольшая температура рабочей среды:
(1)
где - расчетная температура стенок корпуса аппарата, °С;
– температура среды, соприкасающейся со стенкой аппарата, °С.
=20°С.
Из таблиц выбираем материалы для среды – азотная кислота НNО3.
Для корпуса при концентрации 10% и температуре среды 20°: 12Х18Н10Т (нормативное допускаемое напряжение [σ]=184 МПа); для прокладок: резина на основе каучука СКН, паронит кислостойкий ПК, паронит электролизерный – ПЭ, 08Х18Н10Т.
Из стали 12Х18Н10Т выполняются оболочка корпуса, фланец корпуса, люк, штуцер, отражательные перегородки, труба передавливания, мешалка, крепеж мешалки, вал, шпонка, опора аппарата, цапфа.
Крепеж стойки привода, муфты и уплотнения – сталь 40Х ([σ]=230 МПа); прокладки для фланцев – сталь 05кп; шайбы пружинные – сталь 65Г; шайба стопорная с лапками 12Х18Н10Т. Крепеж фланцевого соединения корпуса и люка - 12Х18Н10Т. Типовая теплообменная рубашка изготавливается из стали Ст3сп5.

Таблица 1 – Основные материалы и допускаемые напряжения элементов аппарата
Элементы аппарата
Марка материала
Допускаемые напряжения, МПа


σ
[σ]
σ20
[σ]20
Есть контакт с рабочей средой
1.Корпус
12Х18Н10Т
165,6
184
165,6
184
а) обечайка, днище, крышка
12Х18Н10Т
165,6
184
165,6
184
б) фланцы корпуса, люка
12Х18Н10Т
-
-
-
-
в) прокладка уплотнительная
Паронит электролизерный
-
-
-
-
2. Внутренние устройства
12Х18Н10Т
-
-
-
-
3. Мешалка
12Х18Н10Т
165,6
184
165,6
184
4. Вал
12Х18Н10Т
112,5
125
112,5
125
5. Крепежные изделия мешалки

а) болт, гайка, шайба
12Х18Н10Т
-
-
-
-
б) шпонка
12Х18Н10Т
165,6
184
165,6
184
Нет контакта с рабочей средой

165,6

165,6
6. Рубашка
12Х18Н10Т
165,6
184
165,6
184
7. Опоры аппарата, цапфы
Ст3




8. Стойка привода
Чугун
-
-
-
-
9. Крепежные изделия
а) для фланцевых соединений
40Х
230
230
230
230
б) для муфты вала (шпонка)
40Х
230
230
230
230
в) для уплотнения (шпилька)
40Х
230
230
230
230



2.2 Определение допускаемых напряжений конструкционного материала

Допускаемые напряжения для рабочих и нормальных условий, а это у нас одно и тоже, определяются по формуле:
(2)
- нормативное допускаемое напряжение МПа;
– поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки рассчитываемого элемента ( для листового проката, для отливок);
- поправочный коэффициент, учитывающий степень опасности рабочей среды при расчете элементов корпуса под давлением, .