Расчёт и проектирование химического аппарата с трёхлопастной мешалкой

Задание
На курсовой проект по кафедре машиноведения
Студенту группы № Иванов
Тема проекта: «Расчет и проектирование химического аппарата с трехлопастной мешалкой».
Исходные данные к проекту.
Характеристика аппарата:
Внутренний объем, м3 – 2.
Внутренний диаметр, мм – 1400.
Тип – ВКП.
Исполнение – 2.
Давление в аппарате, МПа – 1,0.
Давление в рубашке, МПа – 0,3.
Параметры среды:
Наименование – NH4OH.
Температура, °С – 100.
Концентрация, % - 30.
Скорость коррозии – с = 1,0·10-3 м/год.
Параметры мешалки:
Диаметр, мм – 630.
Частота вращения, об/мин. – 135.
Мощность на валу, кВт – 5.
Тип – 3 – х лопастная.

Введение
Аппараты с мешалками широко используются в химической и многих других отраслях промышленности. В аппаратах этого типа 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, взрывопожароопасные и токсичные. Процессы обычно проводятся при повышенных температурах, при избыточном давлении или вакууме. Перемешивание обеспечивает интенсификацию процессов тепло – и масса - обмена и часто является необходимым условием эффективного течения химических реакций. Конструкция аппарата должна обеспечивать его надёжную работу в заданном технологическом режиме в течении заданного срока службы. Химически аппараты подлежат периодическим проверкам и планово – предупредительным ремонтам.
Аппарат состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус включает в себя цилиндрическую обечайку с эллиптической (плоской) крышкой и коническим (эллиптическим) приварным днищем.
Для подачи или отвода тепла, а, следовательно, и для поддержания заданной температуры рабочей среды корпус аппарата оснащается теплообменными устройствами – наружными в виде теплообменной рубашки или внутренними в виде змеевика. Для загрузки исходных компонентов, отвода готовых продуктов, подвода теплоносителя, ввода датчиков контрольно – измерительных приборов используется штуцеры, расположенные на крышке, на обечайке и на днище.
Механические перемешивающие устройства (МПУ) всех аппаратов представляют собой конструкции, состоящие из привода, вала и мешалки. Привод перемешивающего устройства аппаратов состоит из электродвигателя, механической передачи в виде редуктора (мотор - редуктора) или ременной передачи и стойки привода.

1 Подбор и расчет элементов корпуса аппарата
1.1 Основные размеры корпуса типа ВКП
По Vном = 2,0 м3 и D = 1400 мм, по табл. 4 [1, с.57] принимаем длину цилиндрической части корпуса аппарата ℓ = 1220 мм при угле конусной части α = 60°.
Внутренняя поверхность корпуса – Fв = 9,96 м2.
Высота конического отбортованного днища – 1254 мм [1, табл. 6, с.61].
Высота отбортовки конического днища – 50 мм.
2 Расчет элементов корпуса
Выбор марки материала:
по среда - NH4OH, концентрация – 30%, температура t = 100° С, выбираем стойкую сталь ВСт3 [1, табл. 7, с.66] Х – для П ≤ 1,0·10-3 м/год.
Нормативное допускаемое напряжение для этой стали:
[σ] = 134 МПа [1, табл. 8, с.68].
Коэффициент прочности сварного шва:
φ =1 – для автоматической сварки.
Проницаемость среды в материал (скорость коррозии):
П = V = 1,0 мм/год - 1,0·10-3 м/год.
Срок службы аппарата:
τк = Т = 10 ÷ 12 лет, принимаем 10 лет.
Прибавка к расчетной толщине стенки для компенсации коррозии:
с = П·τк = VТ = 1·10-3·10 = 10·10-3 м/год.

2.1 Элементы аппарата, работающего под внутренним давлением
2.1.1 Цилиндрическая обечайка
Расчетную толщину стенки обечайки определяем по формуле [1, с.10]:
sR = = = 5,2·10-3 м.
s´ = sR +с = 5,2·10-3 + 10·10-3 = 15,2·10-3 м.

Принимаем лист 16 мм по ГОСТ 10885 – 75.
Исполнительная толщина стенки обечайки:
s = s´ + сокр = 15,2·10-3 + 0,8·10-3 = 16,0·10-3 м = 16 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
[p] = = = 1,14 МПа.
pR/[p] = 1,0/1,14 = 0,88 < 1,0 условие выполняется.

2.1.2 Коническое днище
Толщину стенки конического отбортованного днища с углом при вершине 2α < 140°, нагруженного внутренним давлением определяем следующим образом.
Определяем толщину стенки цилиндрической части днища по формуле:
sR = = = 8,12 мм = 8,12·10-3 м.
где y – коэффициент формы днища, который выбирают по табл. 10 [1, c. 68] в зависимости от угла α и отношения внутреннего радиуса отбортовки к диаметру днища. При D = 800 ÷ 1500 мм, Rв = 160 мм. При Rв/D = 160/1400 = 0,114, y = 3,11.
Определяем толщину стенки конической части днища:
sR = · = · = 7,3 мм = 7,3·10-3м.
где Dp = D - 2· = 1400 - 2· = 1400 – 421 = 979 мм.
Из двух значений выбираем большее, т.е 8,12 мм.
Расчетная толщина стенки днища (с учетом коррозии):
s´ = sR +с = 8,12·10-3 + 10·10-3 = 18,12·10-3 м. принимаем лист 18 мм.
Исполнительная толщина стенки конической части днища:
s = s´ + сокр = 18,0·10-3 + 1,052·10-3 = 19,052·10-3 м ≈ 19,1 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:

[p] = = = 1,73 МПа.
pR/[p] = 1,0/1,73 = 0,59 < 1,0 условие выполняется.