Введение
Химические аппараты предназначены для ведения 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.
Характер работы аппаратов бывает непрерывный и периодический, а установка их может быть стационарной (в помещении или на открытой площадке) и не стационарной (предусматривающей или допускающей перемещение аппарата).
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.
Столь сложные проблемы могут быть решены лишь на основе детального изучения отдельных характеристик оборудования с тем, чтобы на этой основе выбрать те основные параметры аппарата, которые ответственны за скорость протекания процесса в целом и оказывают влияние на конструктивное его оформление.
Расчет заключается в определении конструктивных размеров аппарата и в выборе на их основе стандартной конструкции аппарата.
Исходные данные
Объем аппарата V= 0,40 м3.
Внутренний диаметр аппарата D=800 мм.
Высота корпуса аппарата Н=950мм.
Внутреннее давление в аппарате Р= 1,0 МПа,
Давление в рубашке Рруб =0,5 МПа.
Среда в аппарате: анилин.
Концентрация вещества: С* = 3%.
Температура среды в аппарате t= 20°С.
Срок службы аппарата τ = 5 лет.
Тип мешалки: лопастная.
Число оборотов мешалки в минуту n = 85 об/мин.
Плотность: ρ = 1020 кг/м3.
Коэффициент динамической вязкости: М= 4,4 Па∙с
Марка стали: 08Х18Н10Т, любая толщина.
Скорость коррозии: П = 0,1 мм/год.
Рисунок 1 - Корпус аппарата Вода пресная: 20К.
Расчет выполняем по методике, изложенной в [1] ÷ [6].
Выбор конструкционных материалов и их механических характеристик
Согласно задания проекта применяем высоколегированную сталь 08Х18Н10Т. Это сталь аустенитного класса, обладает стойкостью почти ко всем средам, хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии, легко сваривается. Скорость коррозии этой стали принята П=0,1 мм/год.
Допускаемые напряжения и модуль упругости.
Для стали 08Х18Н10Т (табл. Б1, приложение Б) находим:
Допускаемое напряжение при температуре 20°С [σ] 20 =168 МПа, модуль упругости Е20=2·105 МПа, при температуре 100°С значения этих характеристик следующие: [σ] 100=156 МПа =156 Н/мм2, Е100=2·105 МПа.
Для материала рубашки (сталь 20К) допускаемое напряжение и модуль упругости также находим линейным интерполированием аналогично рассмотренному:
при 20°С [σ] 20=147 МПа, Е20=1,99·105 МПа,
при 100°С [σ] 100=142 МПа, Е100=1,91·105 МПа.
Значит принимаем, при t= 20°С:
[σ] 20 =168 МПа (1)
Е20=2,00·105 МПа (2)
Расчет основных элементов аппарата
Определение расчетных параметров аппарата
Высота корпуса аппарата
Высоту корпуса аппарата находим, используя рис.1:
h1=H- (Hэ+100), (3)
где Нэ=0,25·D - высота эллиптической части крышки,
100 мм - размер, который примерно учитывает высоту цилиндрической отбортовки крышки и толщину фланца крышки.
Получаем:
h1 =950- (200+100) = 950 - 300 = 650 мм.