Определение расчетной температуры и допускаемых

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема АППАРАТ С МЕШАЛКОЙ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Студент       

(Ф.И.О)

Руководитель               

                    (должность, Ф.И.О.)

Оценка за курсовой проект ___________ ____________________

                                                                     (подпись руководителя)

Дата защиты проекта ________________

Санкт-Петербург

2012

Содержание

 Введение                                                                                                                                         4

1. Цель и задачи проекта                                                                                                              5

2. Эскизный проект                                                                                                                          6

2.1.   Выбор конструкционных материалов                                                                  6

2.2.   Определение расчетной температуры и допускаемых напряжений                7

2.3.   Определение рабочего, расчётного, пробного и условного давлений             8                                                                         

2.4.   Выбор комплектующих элементов. Эскиз компановки                                         9

2.5.   Оценка надежности выбранного варианта компоновки аппарата                  10

Технический проект                                                                                            

3.1.    Расчёт элементов корпуса аппарата                                                                       11

3.1.1. Расчет толщины стенок оболочек из условия прочности                           11

3.1.2. Расчет толщины стенок оболочек из условия устойчивости                      12

3.1.3. Определение исполнительной толщины стенок оболочек                        14

3.1.4. Определение допускаемых напряжений                                                        15

3.1.5. Фланцевые соединения                                                                                       17

3.1.6. Расчет опор и монтажных цапф аппарата                                                       21

3.2.      Расчёт элементов механического перемешивающего устройства                   24

3.2.1. Расчет вала мешалки на прочность и виброустойчивость                          24

3.2.2. Расчет подшипников вала мешалки                                                                 34

3.2.3. Мешалки                                                                                                                  38

3.2.4. Шпоночные соединения ступицы мешалки с валом                                      40

3.2.5. Муфты                                                                                                                       42

Заключение                                                                                                                                       43

Список использованных источников                                                                                    44             

Введение

Современное технологическое оборудование включает в себя разнообразные машины, аппараты и приборы. Под термином аппарат в химической промышленности понимают устройство, в котором технологический процесс осуществляется за счет физико-химических превращений. Технологические процессы протекают при определенных давлении и температуре обрабатываемой среды. Аппараты обычно оснащаются различными машинами, механизмами и приборами, а также теплообменными устройствами.

При проектировании технологического оборудования необходимо учитывать следующие общие требования: экономичность и надежность. Экономичность определяется общими затратами средств на проектирование, изготовление, монтаж, эксплуатацию и утилизацию оборудования после истечения его срока службы. Надежность – это свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение заданного срока службы.

Аппараты с мешалками широко используют в химической и многих других видах промышленности. В аппаратах этого типа проводятся многие гидромеханические и массообменные процессы в одно- и многофазных средах. В качестве рабочей среды используются вещества с различными свойствами, в том числе агрессивные, взрывоопасные и токсичные. Аппараты могут быть вертикальными и горизонтальными. Основными элементами аппарата являются корпус и механическое перемешивающее устройство. Под корпусом аппарата понимают герметически закрытый сосуд, находящийся под давлением, в котором осуществляется перемешивание. Для подачи и отвода тепла и для поддержания заданной температуры рабочей среды корпус аппарата оснащается теплообменными устройствами – наружными в виде теплообменной рубашки. Корпусы вертикальных аппаратов могут быть двух типов: ВЭЭ (вертикальный, эллиптическое днище, эллиптическая крышка); ВКЭ (вертикальный, коническое днище, эллиптическая крышка). Механические перемешивающие устройства (МПУ) всех аппаратов представляют собой конструкции, состоящие из привода, вала и мешалки. Привод перемешивающего аппарата состоит из электродвигателя, механической передачи в виде редуктора или ременной передачи и стойки привода. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Редуктор передает вращательное движение от вала электродвигателя с понижением скорости вращения и увеличением крутящего момента на выходном валу привода. Стойка привода, объединяя части привода в единый агрегат, служит для крепления элементов МПУ. Выходной вал редуктора при помощи муфты (продольно-разъемной или фланцевой) соединяется с валом. На конце вала установлена мешалка: трехлопастная, лопастная, турбинная открытая или рамная.

Химические аппараты подлежат периодическим проверкам и планово-предупредительным ремонтам.

Цель и задачи проекта

Целью проекта является разработка в соответствии с исходными данными эскизного, технического проектов и фрагментов рабочей конструкторской документации на типовой аппарат с механическим перемешивающим устройством, предназначенный для проведения процесса перемешивания в жидкофазной системе при заданных давлении, температуре и свойствах рабочей среды, с сохранением работоспособности в рабочих условиях в течение заданного срока службы.

Задачами проекта на стадии технического задания является ознакомление с назначением и устройством аппарата, а также заполнение бланка технического задания. На стадии эскизного проекта – это выбор конструкционных материалов, определение расчетной температуры, выбор допускаемых напряжений; определение рабочего, расчетного, пробного и условного давлений. На этой стадии также происходит выбор комплектующих элементов, выполняется эскиз компоновки и оценка надежности аппарата.

На стадии технического проекта проводится расчет элементов корпуса аппарата и элементов механического перемешивающего устройства, оформляется техническая документация. Стадия рабочей конструкторской документации – это конструирование сборочной единицы аппарата, заполнение спецификации и конструирование деталей.

Эскизный проект.

2.1 Выбор конструкционных материалов.

Первоначально подбирается основной конструкционный материал, т.е. для корпуса, теплообменной рубашки, опор корпуса, вала и мешалки. Выбор этого материала рассчитывается по главным критериям работоспособности, а именно по температуре среды tc = 20 ºС , наименованию среды – глицерин. Для данных параметров подходит марка стали – 12X18H10T.

 Марки выбранных материалов, а также значения допускаемых напряжений при расчетной температуре [σ] и при температуре 20 ºС - [σ]20 заносятся в таблицу:

Таблица 1 – Материалы и допускаемые напряжения элементов аппарата.

Определение расчетной температуры и допускаемых

Напряжений

Механические характеристики материалов существенно изменяются в зависимости от температуры.

Расчетная температура – температура, при которой определяются физико-механические характеристики, допускаемые напряжения и проводится расчет на прочность элементов сосуда. Расчетная температура определяется на основании тепловых расчетов или результатов испытаний.

                                                                                                      (1)

Где tp – расчетная температура стенок корпуса аппарата, °C; tc – температура среды, соприкасающейся со стенкой аппарата, °C .

Допускаемые напряжения материалов для рабочих условий определяются по формуле:

                                                                                                      (2)

гдеσ*- нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре для выбранного материала, Па; η1 - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки рассчитываемого элемента; η2 - поправочный коэффициент, учитывающий степень опасности рабочей среды.