Апаратите с бъркалки се използват широко в химическата и много други индустрии. В устройства от този тип много хидромеханични и масови процеси се извършват в едно- и многофазни среди (разтвори, емулсии, суспензии). Като работна среда се използват вещества с различни свойства, включително агресивни, експлозивни и токсични. Процесите обикновено се извършват при повишени температури, под налягане или вакуум. Смесването осигурява интензификация на процесите на пренос на топлина и маса и често е необходимо условие за ефективното протичане на химичните реакции. Конструкцията на апарата трябва да осигурява неговата надеждна работа в даден технологичен режим за определен срок на експлоатация. Химическите устройства подлежат на периодични проверки и планови профилактични ремонти.
Устройствата могат да бъдат вертикални и хоризонтални. Основните елементи на апарата са корпусът и механичната бъркалка. Корпусите на устройствата са стандартизирани (GOST 9931-85). Видовете и основните параметри на вертикалните апарати с бъркалки с обем от 0,01 до 100 m3 се регулират от GOST 20680-86. Установени са редица номинални обеми и съответните стойности на височината на тялото H и неговия вътрешен диаметър D.
Под тялото на апарата се разбира херметически затворен съд под налягане, в който се извършва смесването. Изработват се корпуси на вертикални устройствасъгласно GOST 9931-85 и може да бъде два вида: VEE (вертикално, елипсовидно дъно, елипсовидно покритие). ВКЕ (вертикално, конично дъно, елипсовидно покритие). Цилиндричната обвивка на тялото се нарича черупка. Касите се изработват в два варианта: изцяло заварени или с подвижен капак. В последния случай за закрепване на капака се използва фланцова връзка, която осигурява херметичността на разглобяемата връзка между капака и тялото. Подвижният капак позволява извършване на монтажни и ремонтни работи вътре в кутията. В дадените примери дъната на корпусите са заварени. Преходът от цилиндричната част към коничното или елипсовидно дъно трябва да бъде плавен, което се осигурява с помощта на специален елемент (участък от корпуса) - фланец.
Фланговането намалява допълнителните напрежения, възникващи в зоната на конюгиране на черупки с различни радиуси на кривина, и позволява отстраняването на заваръчния шев от тази зона.
За подаване или отстраняване на топлина и следователно за поддържане на определена температура на работната среда тялото на апарата е оборудвано с топлообменни устройства - външни под формата на топлообменна риза или вътрешни под формата на намотка. За зареждане на първоначалните компоненти, отстраняване на готовите продукти, подаване на охлаждаща течност, въвеждане на сензори на контролни и измервателни устройства се използват фитинги, разположени на капака, на корпуса и на дъното. Люкът служи за проверка и проникване на човек в тялото с цел извършване на ремонтни дейности. При устройства със заварен капак е предвиден люк с диаметър най-малко 400 mm за монтиране на бъркалката и ремонтни работи. В тялото на апарата могат да се монтират различни вътрешни устройства, например четири прегради, които предотвратяват образуването на централна фуния в смесената среда иинтензифициране на процеса на смесване; тръбата за свръхналягане се използва за отстраняване на продукти през капака на апарата поради свръхналягане в тялото. Устройствата се монтират върху основата с помощта на опори - лапи или с помощта на стелажни опори. Използването на един или друг вид опора се диктува от височината на цеха (стандартната височина на помещението е 6 м) или от особеностите на разположението на технологичното оборудване на няколко нива на цеха.
Механичните смесителни устройства (MPU) на всички устройства са конструкции, състоящи се от задвижване, вал и миксер. Задвижването на смесителното устройство на апарата се състои от електрически двигател, механична трансмисия под формата на скоростна кутия (предавка) или ремъчно задвижване и задвижваща рейка. Електрическият мотор преобразува електрическата енергия в механична. Скоростна кутия или ремъчно задвижване предава въртеливо движение от вала на двигателя с намаляване на скоростта на въртене и увеличаване на въртящия момент на изходния вал на задвижването. Задвижващият стек, който ги комбинира в едно цяло, служи за закрепване на елементите на MPU. Изходящият вал на редуктора или двигателят на редуктора е свързан към вала посредством надлъжно разделен или фланцов съединител. В края на вала е монтиран миксер: трилопатен, лопатков, рамка, отворена турбина. По време на въртене бъркалката предава механична енергия на разбъркваната среда. Валовете на бъркалките са монтирани в задвижващите стелажи с помощта на търкалящи лагери. В някои случаи, за да се увеличи устойчивостта на вибрации на вала, се използва краен лагер, върху който лежи долният край на вала. Херметичността на въртящия се вал се осигурява от уплътнение (уплътнителна кутия или механично), което е прикрепено към капака на апарата. Видът на уплътнението зависи от налягането в апарата и от свойствата на работната среда.
Целта на курсапроект - развитие на умения за практическо приложение на знанията, придобити от студентите в хода на изучаване на цикъл от общоинженерни дисциплини.
Отчитайки естеството на бъдещата инженерна дейност, темата на курсовия проект е „Проектиране на апарат с бъркалка“. Апаратът с бъркалка е един от най-разпространените видове химико-технологично оборудване. Състои се от типични елементи, намиращи се в много устройства за различни цели: корпус, задвижване, топлообменници, фланцови връзки, уплътнения на валове и др. Методите за изчисляване, използвани при проектирането на апарат с бъркалка, са типични за много други видове оборудване.
При завършване на курсов проект студентите решават следните основни задачи:
- овладяване на основите на методологията на проектиране;
- избор на материали и проектиране на конструкцията на апарата в съответствие със зададените технологични параметри на процеса;
- компетентно използване на общобългарски и отраслови нормативни материали (ГОСТи, ОСТове, правила на Госгортехнадзор и др.) относно проектирането, избора на работни параметри и правила за експлоатация на оборудването на предприятията от химическата промишленост;
- извършване на изчисления за проектиране и проверка за идентифициране на съответствието на устройството с изискванията за експлоатация (в този случай трябва да се обърне специално внимание на отварянето на резерви за увеличаване на носещата способност на стандартизираните елементи и производителността на оборудването);
- компетентен доклад и защита на приетите технически решения на заседание на комисията за приемане на курсови проекти.
Курсовият проект е самостоятелна работа на студента, който носи пълна отговорност за неговото качество (правилни изчисления, изпълнение на чертежи, ясен доклад при защита на проекта) и навременностзавършване на всички етапи на работа. Учителят-ръководител на проекта ръководи работата на студента, съветва по неясни въпроси, определя степента на завършеност на отделните етапи на проектиране. Етапите на проектиране се задават от преподавателя в съответствие с календарния план на дисциплината Приложна механика. В случай на системно неспазване на работния график, установен от катедрата, студентът самостоятелно изпълнява етапите на курсовия проект. В този случай учителят само оценява готовността на проекта за защита.
2.1. Избор на строителни материали
Икономиката на производството и надеждността на работата на апарата с бъркалка до голяма степен зависят от правилния избор на материали. В проекта се избират материали за тези елементи, които се изчисляват според основните критерии за изпълнение. Първоначално се избира основният конструктивен материал за корпуса, намотката, опорите, вала и др. Материалите за производство на уплътнения, болтове, шпилки могат да бъдат избрани при изпълнение на съответния раздел.
При избора на марка стомана, на първо място, се взема предвид нейната устойчивост на корозия в работната среда. Препоръчително е да се използват въглеродни или легирани стомани със скорост на корозия не повече от 0,1 mm/година, т.е. доста упорит.
В съответствие с техническото задание, използвайки референтните таблици [1, таблици B.1, B.1a, B.5, B.6, p.106-114], ние избираме конструктивни материали за съответните елементи на апарата с бъркалка.
Средата в апарата еглицерол.
Класовете на материалите, избрани за производството на устройството, са показани в таблица 1.
2.2. Определяне на проектната температура
Механичните характеристики на материалите се променят значително с температурата.
Изчислената температура на стенатае температурата, при която се определят физическите и механичните характеристики, допустимите напрежения и се изчислява якостта на елементите на съда.
При положителни температури максималната стойност на температурата трябва да се приеме като изчислена температура на стената на елемента на апарата. По този начин,
където tP е изчислената температура на стените на корпуса на апарата, 0 С;
tC е температурата на средата в контакт със стената на апарата, 0 С.
За елементи на устройството, които нямат контакт с работната среда tP = 20 0 С.
2.3. Избор на допустими напрежения на конструкционния материал
Допустимите напрежения за работни условия се определят по формулата:
където σ* е стандартното допустимо напрежение при проектна температура за избрания материал;
η1 е корекционен коефициент, който отчита вида на детайла на изчисления елемент;
η2 е корекционен коефициент, който отчита опасността от експлозия и пожар на околната среда.
За производството на тялото на апарата, опори, вал, миксер и други елементи се използват валцовани заготовки, за които η1 =1 [1, с. 21].
Средата в апарата -глицерин- е огнеупорна, следователно приемаме η2 =1.
В съответствие с референтните таблици определяме стандартните допустими напрежения за избраните материали при проектната температура и при температура 20 ° C [1, Таблица B.2, стр.110-111], след което, използвайки формула (2), определяме допустимите напрежения. Резултатите от изчислението са показани в таблица 1.
Таблица 1. Материали и допустими напрежения на елементите на апарата
|