1.Выбор материала.

Материалами для изготовления стальных сварных аппаратов являются полуфабрикаты, поставляемые металлургической промышленностью.

Материалы должны быть химически и коррозионностойкими в заданной среде при её рабочих параметрах, обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать горячую и холодную механическую обработку, а также, иметь возможно низкую стоимость и быть недефицитными.

При выборе конструкционного материала основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в заданной среде. Обычно выбирают материал, абсолютно или достаточно стойкий в среде при её рабочих параметрах и к расчетным толщинам на коррозию соответствующие прибавки в зависимости от срока службы аппарата. Вместе с тем следует учитывать и другие виды коррозии (межкристаллитную, точечную, коррозионное растрескивание), которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах. Другим критерием при выборе материала является расчетная температура стенок аппарата, а также, если эта температура является положительной, для аппаратов, устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемом помещении, необходимо учитывать абсолютную минимальную зимнюю температуру наружного воздуха, при которой аппарат может находиться под давлением или вакуумом.

Таким образом, выбор материала должен производиться из учёта его коррозионной стойкости в заданной среде и рабочих условий. [1]

Для таких параметров, как:

• наименование среды: водный раствор серной кислоты

• концентрация 40%

• температура среды:60 °С

наиболее рациональным выбором является сталь ОХ23Н28М3Д3Т, т.к. она химически и коррозионноустойчива в данной среде при данной температуре (П < 1,0* мм/год), наиболее экономически целесообразна, достаточно прочная и относительно дешёвая а т.ж. широко распространённая.Такой вид стали подходит для изготовления не только оболочки аппарата, но и мешалки и её приводного вала, а также для изготовления фланцевого соединения.

Коэффициент линейного расширения в интервале температур от 20°С до 100°С для стали ОХ23Н28М3Д3Т:

Расчетная часть

Расчетная часть курсового проекта включает в себя проверочные расчеты составных частей аппарата с мешалкой по главным критериям работоспособности (прочность, устойчивость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.).

3.1 Расчет геометрических частей аппарата

Расчет обечаек, днищ, крышек корпуса аппарата на прочность и устойчивость под действием внутреннего и наружного давления с учетом термостойкости и коррозионной стойкости материалов выполняется в соответствии с ГОСТ 14249-80.

Определение расчетного давления в аппарате.

Расчетное давление – давление, при котором производится расчет на прочность и устойчивость элементов корпуса аппарата. По стандарту за рабочее давление принимается внутреннее давление среды в аппарате. Расчетное давление – это рабочее давление в аппарате без учета кратковременного повышения давления при срабатывании предохранительных устройств.

,

где Р_изб – избыточное давление среды. Задается условиями технологического процесса.

- гидростатическое давление;

ρ – плотность жидкой среды, .

.

g=9,8 - ускорение свободного падения.

Н_ж – высота столба жидкости.

Р_гидр учитывается, если оно превышает 5% от давления .

- не учитывается.

Расчетное внутреннее давление

.

Расчет наружного давления, для проверки стенок корпуса на устойчивость.

Для элементов находящихся под рубашкой:

,

где Р_а – атмосферное давление, Р_а=0,1МПа.

Р_о – остаточное давление. Р_о=0,05МПа.

Р_руб – избыточное давление в рубашке. Р_руб=0,35МПа.

Определяем допускаемое напряжение для выбранного материала

,

где - допускаемое напряжение

- поправочный коэффициент, учитывающий взрывоопасность среды ;

- нормативное допускаемое напряжение .

Поправка на коррозию

,

где П – скорость коррозии в рабочей среде. П=0,1 ;

- срок службы аппарата.

Расчет оболочек, нагруженных внутренним давлением

Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки

,

где D – внутренний диаметр корпуса;

- расчетное давление;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент прочности продольного сварного шва обечайки, для стыковых и тавровых швов с двусторонним проваром и выполненных автоматической сваркой:

C – поправка на коррозию;

С₀ – прибавка для округления до стандартного значения.

По сортаменту выбираем толщину стенки S=10мм

Расчет эллиптической крышки и конического днища.

По сортаменту S=10мм.

Расчетный диаметр конического днища:

По сортаменту S=10мм.

Расчет оболочек, нагруженных наружным давлением.

Определяем предварительно толщину стенки цилиндрической обечайки.

n_у = 2.4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;

Е = 1.99∙10⁵ МПа – модуль продольной расчетной упругости для материала обечайки при расчетной температуре;

L – длина гладкой обечайки;

D – внутренний диаметр аппарата;

L = H₂ – H₆ = 2960-1160=1800 мм

K₂ определяем по номограмме в учебнике Лощинского .

K₂ = 0.8

Проверяем допускаемое наружное давление.

Допускаемое давление из условия прочности:

Вспомогательный коэффициент:

Допускаемое давление из условия устойчивости:

Определяем допускаемое наружное давление:

Условие выполняется если

0.4МПа < 1,17 МПа – условие выполняется.

Проверка на прочность стенок конического днища.

Вспомогательный коэффициент:

Расчетная длина

Внутренний диаметр нижнего штуцера

Расчетный диаметр конической обечайки

Допускаемое давление из условия устойчивости:

Допускаемое давление из условия устойчивости:

Допускаемое наружное давление для конического днища:

0,379 МПа > 0.35 МПа – условие выполняется

Эскиз корпуса представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Эскиз корпуса

3.2 Подбор и расчет привода

Определение мощности потребляемой приводом

,

где N_эл.дв. – мощность, потребляемая приводом, кВт;

Nвых. – мощность, потребляемая на перемешивании, кВт;

- К.П.Д. подшипников, в которых крепится вал мешалки,

- К.П.Д., учитывающий потери в компенсирующих муфтах,

- К.П.Д. механической части привода,

- К.П.Д., учитывающий потери мощности в уплотнении,

Выбираем стандартный по мощности двигатель. Для двигателя полученной мощности по таблице рекомендован привод типа 2, привод со встроенными в редуктор опорами вала мешалки. Исполнение привода – 1 (для установке на крышке). Номинальное давление в аппарате – 3,2 МПа.

Определение расчетного крутящего момента на валу:

,

где k_д – коэффициент динамической нагрузки для рамных мешалок k_д=2,0

Определение диаметра вала.

Размер привода выбирается по диаметру вала

,

где [τ_кр] – допускаемое напряжение при кручении, МПа.

[τ_кр]=20 МПа.

d_станд. = 60 мм по ОСТ 26-01-1225-75.

Стандартный привод по условиям работы подшипников и наиболее слабых элементов конструкции рассчитан на определенное допустимое осевое усилие [F], которое для привода типа 2, исполнения 1, габарита 2 равно 23400. Действующее осевое усилие на вал привода аппарата определяется по формуле:

А_упл – дополнительная площадь уплотнения, м;

G – масса части привода;

F_м – осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой.

G=(m_в + m_меш + m_муф)∙g

где m_в – масса вала;

m_меш – масса мешалки, m_меш = 75 кг.

m_муф – масса муфты, m_муф = 50,6 кг.

L_в – длина вала;

ρ – плотность стали, .

h_м=0,3d_м=0,3*1600=480;

L_в = 2660 +400+645 + 30 – 480 = 3255 мм.

G = (75+50.6+72.24)∙9,81 = 1940H.

Осевая составляющая сила взаимодействия мешалки с рабочей средой находится по следующей формуле:

Сравниваем полученные значения сил F_вверх и F_вниз с допустимой нагрузкой [F]:

1878 H < 23400 H

-3194 H < 23400 H.

Условие выполняется

Основные размеры привода типа 2, исполнения 1, габарита 2 определяем по таблицам в соответствии с ОСТ-26-01-1225-75.

В = 575 мм; l₂ = 400 мм;

L = 235 мм; S = 14мм;

H₁ = 630 мм; D = 300 мм;

h = 1150 мм; D₁ = 390 мм;

h₁ = 645мм; m_прив = 308 кг.

Эскиз привода представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Эскиз привода