Пояснительная записка

1. Введение…………………………………………………………………...............

2. Выбор материалов и комплектующих элементов………………………………

2.1. Описание среды…...……………………………………………...............

3.Расчетная часть…………………………………………………………………….

3.1. Расчет элементов корпуса аппарата…………………………………….

3.1.1. Расчет геометрических параметров аппарата…………………….

3.1.2. Расчет оболочек нагруженных внутренним давлением………….

3.1.3. Расчет толщины стенки эллиптической крышки и днища………

3.1.4. Расчет оболочек нагруженных наружным давлением……………

3.2. Подбор и расчет привода…………………………………………………

3.3. Подбор и расчет уплотнения вращающихся валов……………………..

3.4. Расчет элементов механического перемешивающего устройства…….

3.4.1. Расчет вала перемешивающего устройства на виброустойчивость………………………………………………………..

3.4.2. Расчет вала на прочность…………………………………………..

3.4.3. Расчет вала на жесткость…………………………………………..

3.5. Подбор и расчет подшипников качения…………………………………

3.6. Подбор муфты…………………………………………………………….

3.7. Расчет мешалки……………………………………………………………

3.8. Проверочный расчет шпонки на смятие…………………………………

3.9. Расчет опор аппарата……………………………………………………..

3.9.1. Проверочный расчет опор- стоек……………………………….....

3.9.2. Расчет опор-лап……………………………………………………..

3.10. Расчет фланцевого соединения………………………………………..

3.11. Подбор штуцеров и люков…………………………………………….

3.12. Подбор змеевика……………………………………………………….

4. Заключение………………………………………………………………………..

5. Список использованной литературы……………………………………………..

1. Введение

Химические аппараты предназначены для введения в них одного или нескольких химических, физических или физико-химических процессов.

Перерабатываемые в аппарате вещества могут быть в любом агрегатном состоянии и различной химической активности. Различными могут быть температурные режимы и давления.

Аппараты с перемешивающими устройствами являются наиболее распространенным видом оборудования, используемого в химической технологии для проведения различных физических и химических процессов. Выбор аппаратов с перемешивающими устройствами и конструктивные особенности аппаратов определяются характеристикой процесса, свойствами перемешиваемой среды, производительностью технологической линии, температурными параметрами процесса и давлением, при котором процесс осуществляется. Такое многообразие факторов, влияющих на выбор конструкции, затрудняют задачу оптимального проектирования аппаратов. Решение этой задачи требует знания гидродинамических, физических и химических механизмов процесса, зависит от наличия конструкционных материалов, степени разработки стандартных конструкционных решений и от возможностей расчета нетривиальных конструкций в тех случаях, когда стандартные методы конструирования становятся неприемлемыми.

Перемешивание в жидких средах широко применяется в химической и биохимической промышленности для приготовления суспензий, эмульсий и получения гомогенных систем (растворов). Перемешивание необходимо так же для ускорения некоторых химических реакций. Самым распространенным способом перемешивания в жидких средах является механическое перемешивание, которое производится при помощи специальных технических агрегатов – пропеллерных, лопастных, турбинных, якорных и рамных мешалок.

Процесс перемешивания механическими мешалками сводится к внешней задаче гидродинамики – обтеканию тел потоком жидкости. Различают 2 режима перемешивания- ламинарный и турбулентный. Ламинарный режим (Re_м<30) соответствует неинтенсивному перемешиванию, при котором жидкость плавно обтекает кромки лопасти мешалки, захватывается лопастями и вращается вместе с ними. При ламинарном режиме перемешиваются только те слои, которые непосредственно примыкают к лопастям мешалки.

С увеличением числа оборотов мешалки возрастает сопротивление среды вращению мешалки, вызванное турбулизацией пограничного слоя и образованием турбулентного кормового следа в пространстве за движущимися лопастями. При Re_м >10² возникает турбулентный режим перемешивания.

Цель перемешивания определяется назначением процесса. При приготовлении эмульсий для интенсивного дробления дисперсной фазы

необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие усилия, зависящие от величины градиента скорости. В тех зонах аппарата, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, происходит наиболее интенсивное дробление диспергируемой фазы.

В случае гомогенизации, приготовления суспензий, нагревания или охлаждения перемешиваемой гомогенной среды целью перемешивания является снижение концентрационных или температурных градиентов в объеме аппарата.

При использовании перемешивания для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода вещества в зону реакции, к границе раздела фаз или к поверхности теплообмена. Посредством перемешивания достигается тесное соприкосновение частиц, уменьшение пограничного слоя и непрерывное обновление, увеличение поверхности взаимодействия веществ, благодаря возрастанию степени турбулентности системы. Вследствие этого при перемешивании значительно ускоряются процессы массообмена, например растворение твердых веществ в жидкостях, процессы теплообмена и протекание многих химических реакций.

Перемешивание используют для ускорения процессов абсорбции, выпаривания, экстрагирования и других основных процессов химической технологии.

Наиболее важными характеристиками перемешивающих устройств, которые могут быть положены в основу их сравнительной оценки, являются: 1)эффективность перемешивающего устройства; 2) интенсивность его действия.

Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по-разному в зависимости от цели перемешивания. Например, при суспендировании эффективность перемешивания характеризуется равномерностью распределения твердых частиц в жидкости и скоростью достижения достаточной равномерности.

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса. Чем выше интенсивность перемешивания, тем меньше времени требуется для достижения заданного эффекта перемешивания. Интенсификация процессов перемешивания приводит к уменьшению размеров проектируемой аппаратуры и увеличению производительности действующей.

Химические перемешивающие аппараты делают, как правило, вертикальной цилиндрической формы, так как она удобна при работе под давлением и лучше обеспечивает герметичность.

Специфические условия работы химической аппаратуры, характеризуемые диапазоном давлений от глубокого разрежения (вакуума) до избыточных давлений порядка 250Мн/м² и выше, большим интервалом рабочих температур от -254 до +1000°С и выше при агрессивном воздействии

среды, предъявляют высокие требования к выбору конструкционных материалов проектируемой аппаратуры.

Наряду с обычными требованиями высокой коррозионной стойкости в определенных агрессивных средах к конструкционным материалам, применяемым в химическом аппаратостроении, одновременно предъявляются также требования высокой механической прочности, жаростойкости и жаропрочности, сохранения удовлетворительных пластических свойств при высоких и низких температурах, устойчивости при знакопеременных или повторных однозначных нагрузках (циклической прочности), малой склонности к старению и др.

При выборе конструкционных материалов для химической аппаратуры необходимо также учитывать физические свойства материалов (теплопроводность, линейное температурное расширение), а также некоторые другие соображения технико-экономического порядка, такие, как технология изготовления аппаратуры, дефицитность и стоимость материала, наличие стандарта или утвержденных технических условий на его поставку, освоенность материала промышленностью и др.

Аппаратуру не рекомендуется изготовлять целиком из дорогостоящих и дефицитных материалов. Технико-экономическая нецелесообразность применения монолитных толстолистовых высоколегированных материалов не вызывает сомнения. Коррозии обычно подвержена лишь внутренняя поверхность аппаратов. Для обеспечения амортизационного срока службы аппарата достаточен слой коррозионностойкого металла толщиной в несколько миллиметров.

Таким образом конструкция аппарата или машины зависит от параметров процесса (давление, температура, коррозионные свойства среды, наличие осадков и отложений, свойств конструкционных материалов и многих других).

Материалы, выбранные для деталей и сборочных единиц, должны обеспечивать надежность аппарата в работе и экономичность в изготовлении.