Проектирование аппаратов химической промышленности с мешалкой

Допускаемые напряжения для рабочих условий определяются по формуле:

                                                         [σ]=η₁·η₂·σ*

где σ*- нормативное допускаемое напряжение при расчётной температуре для выбранного материала, Па; η₁ – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки рассчитываемого элемента; η₂ – коэффициент, учитывающий взрыво- и пожаробезопасность среды (см. п. 2.3. [1] стр. 19).

σ*- для стали 12X18H10T σ*=174 МПа.

η₁ - в нашем случае детали изготовлены из листового проката, следовательно, η₁=1

η₂ - примем η₂=0,9 для деталей, соприкасающихся со средой и η₂=1 для деталей, не имеющих с ней контакта.

а) Расчёт допускаемых напряжений для стали 12X18H10T

        σ*=174·1·0,9=156,6 (МПа)

                                                                                                                                           Таблица 1

Материалы и допускаемые напряжения элементов аппарата

Контакт с  рабочей средой	Элементы аппарата	Марка Материала	Допускаемые напряжения МПа
			[σ]	[σ]20
ЕСТЬ	1. Корпус: Обечайка, днище, крышка, фланцы 2. Внутренние устройства 3. Мешалка 4. Вал	12X18H10T 12X18H10T 12X18H10T 12X18H10T 12X18H10T	156,6 156,6 156,6 156,6 156,6	165,6 165,6 165,6 165,6 165,6
НЕТ	5. Рубашка 6. Опоры аппарата	Ст3Сп5 Ст3Сп5	154 154	154 154

2.3. Определение рабочего, расчётного, пробного и условного давлений

Рабочее, расчётное, пробное и условное давление относятся к параметрам, которые подлежат предварительному определению. Они устанавливаются в соответствии с правилами Госгортехнадзора и ГОСТ 14249-89.

Рабочее давление – максимальное внутреннее избыточное p_и давление, возникающее  при нормальном протекании рабочего процесса без учёта гидростатического давления среды и без учёта допустимого кратковременного повышения давления во время срабатывания предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

                        p_и=0,5 МПа

Расчётное внутреннее давление p_р.в. – давление, по которому производится расчёт на прочность.

Расчётное внутреннее давление, как правило, принимается равным рабочему или больше него:

p_рв=p_и + p_г

p_г=ρ_г·g·H_с ,

 

где p_и – избыточное, а p_г – гидростатическое давление, а ρ_г – плотность рабочей среды, кг/м3;

g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения; H_с – уровень жидкости в аппарате, м.

Если на элемент корпуса аппарата действует гидростатическое давление меньше 5% от избыточного, т.е. (p_г · p_и)·100% < 5%, то в расчёт принимается только избыточное:

                                                                    p_рв=p_и

ρ_г=1280·9,8·1,6=20090,9 (Па)

Таким образом, гидростатическим давлением мы пренебрегаем, так как оно мало по сравнению с избыточным (составляет 4%), имеем:

                                           p_рв=p_и=0,5 (МПа)

При расчёте на прочность стенок рубашки принимается:

                                        p_рв=p_руб=0,35 (МПа)

p_руб – рабочее давление теплоносителя.

Наружное давление является основной характеристикой для тех элементов тех аппаратов, которые работают под рубашкой или при остаточном давлении, т.е. под вакуумом. Схема для определения расчётного наружного давления, действующего на аппарат с рубашкой представлена на рис.2.2.б).

Расчётное наружное давление p_р.н.  определяется по формулам: а). для элементов корпуса без рубашки (крышка аппарата):

p_р.н.=p_атм–p₀=10⁵– 0,01·10⁶=0,9·10⁵  (Па),

где p_атм =10⁵ - атмосферное давление, Па; p₀ – остаточное давление в корпусе, Па.

                                                                                                              б). для элементов корпуса под рубашкой (обечайка и днище)

                      p_р.н.=p_атм–p₀+p_руб=10⁵-0,01·10⁶+0,35·10⁶=4,4·10⁵ (Па),

где p_{руб ­}– давление в рубашке, (Па).

Пробное давление p_пр – максимальное избыточное давление, создаваемое при гидравлических (пневматических) испытаниях сосудов и аппаратов с целью проверки их на прочность и герметичность. Это давление определяется  по формуле:

                                        p_пр=1,25·p_р.в.·[σ]₂₀/[σ]

p_пр=1,25·0,5·10⁶·156,6·10⁶/165·10⁶=0,8 (МПа)

Условное давление p_у – расчётное давление, при температуре 20 ⁰C, используемое при

выборе и расчёте на прочность стандартных элементов аппарата (узлов, деталей, арматуры). Условное давление рассчитывается по формуле:

                          p_у=p_р.в.·[σ]₂₀/[σ]=0,5·10⁶·165,6·10⁶/1,56·10⁸=0,56·10⁶  (Па)

для расчёта условного давления в рубашке p_{у руб.} будем использовать аналогичную формулу:

                              p_{у руб.}=p_{р.в. руб}·[σ]₂₀/[σ]=0,5·10⁶·138,6·106/1,38·10⁶=0,5·10⁶ (Па)

полученное значение округляем до 0,6 МПа.

    Все полученные значения давлений сводим в таблицу:

                                                                                                                                                              Таблица 2.

Оболочка аппарата	Расчётное внутреннее давление pр.в., МПа	Расчётное наружное давление pр. н., МПа	Пробное давление pпр, МПа	Условное давление (стандартное значение) pу, МПа
Корпус: Обечайка Крышка Днище	0,5  0,5  0,5	0,4 0,4 0,4	0,66 0,66 0,66	0,6 0,6 0,6
Рубашка: Обечайка Днище	0,35 0,35	-                -		0,46 0,46

2.4. Выбор комплектующих элементов.

Эскиз компоновки

Выделяются следующие основные составные элементы аппарата с мешалкой:

1.  Корпус, включающий ряд элементов и устройств (перегородки, крышка корпуса, фланцевое соединение отъёмной крышки и т. д.);

2.  Привод механического перемешивающего устройства;

3.  Вал мешалки;

4.  Мешалка;

5.  Муфта вала;

6.  Уплотнение вала мешалки.

     Каждый из перечисленных типовых элементов имеет несколько конструктивных разновидностей. Разнообразие связано как с их функциональным назначением