Общие сведения. Выполнение курсового проекта является заключительным этапом изучения студентами дисциплины «Прикладная механика»

Введение

Выполнение курсового проекта является заключительным этапом изучения студентами дисциплины «Прикладная механика». Объектами проектирования являются емкостные аппараты с механическими перемешивающими устройствами.

При выполнении курсового проекта студенты решают следующие основные задачи:

а) выбор материалов и конструктивное оформление аппарата в соответствии с заданными технологическими параметрами протекающего процесса;

б) выполнение проверочных расчетов, позволяющих выявить соответствие аппарата требованиям эксплуатации.

Разработка конструкции аппарата и его расчет выполняются в соответствии с техническим заданием, которое, в свою очередь, определяется техническими требованиями, предъявляемыми к аппарату – уровень эффективности, надежности, безопасности, и характеристиками процесса, к которым относятся свойства перерабатываемой среды и параметры технологического процесса.

Производство химических заводов характеризуется большим разнообразием процессов, сырья и продуктов, режимов и параметров работы, поэтому оборудование здесь весьма разнообразно. Значительную долю всего химического оборудования составля­ет емкостная аппаратура, расчету и конструированию которой в программе подготовки инженера-технолога уделяется большое внимание. Для многих классов химического оборудования, таких как смесители, дробилки, диспергаторы, сепараторы, центрифуги, центробежные насосы и другие, характерны высокие скорости вращения, возможность ин­тенсивных вибраций и динамических нагрузок на опоры, корпус и фундамент. Только тщательная проработка всех элементов конструкции, в первую очередь подвижных и опорных узлов, может обеспечить хороший технический уровень машины.

В данной работе приводится инженерная методика ра­счета элементов химического оборудования в соответствии с современными нормативными документами.

Общие сведения

1.1. Назначение и характеристики аппаратов

Химические аппараты предназначены для проведения различных технологических процессов в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и т.д. промышленности, а также для хранения и транспортировки различных химических веществ.

В зависимости от назначения (чаще всего от протекающего технологического процесса) различают следующие химические аппараты: реактор, испаритель, теплообменник, колонна и т.д.

Корпуса аппаратов по условиям протекания в них процессов должны быть достаточно прочными и в подавляющем большинстве случаев герметичными. Главным составным элементом корпуса является обечайка. Форма корпуса, а следовательно, и обечайки определяется химико-технологическими требованиями, предъявляемыми к аппарату, а также конструктивными соображениями и может быть цилиндрической, конической, сферической и т.д. Наибольшее распространение получили цилиндрические обечайки, отличающиеся простотой изготовления, рациональным расходом материала и хорошей сопротивляемостью давлению среды. Поэтому при конструировании аппаратов, если это не противоречит каким-то особым требованиям, предъявляемым к аппарату, рекомендуется применять цилиндрические обечайки.

В зависимости от назначения цилиндрические аппараты находят применение, как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении, причем предпочтение следует отдавать вертикальному исполнению, особенно для тонкостенных аппаратов, работающих под избыточным давлением. В таком случае исключаются дополнительные изгибающие напряжения в корпусе от силы тяжести аппарата и среды, характерные для горизонтальных аппаратов, лежащих на отдельных опорах.

Обечайки, работающие под наружным давлением или при вакууме в аппарате, подвержены опасности потери устойчивости (вдавливания стенки внутрь). Эта опасность возрастает при отклонении обечайки от правильной геометрической формы и с увеличением ее длины. Поэтому длину целесообразно выбирать по возможности меньше. Применение цельных обечаек с отношением не рекомендуется. В таких случаях на обечайке целесообразно предусматривать кольца жесткости, которые могут быть расположены как снаружи, так и внутри обечайки, что определяется конструктивными и технологическими соображениями.

Вещества, содержащиеся и перерабатываемые в аппаратах, бывают в разном агрегатном состоянии (чаще в жидком и газообразном, реже в твердом), различной химической активности по отношению к конструкционным материалам (от инертных до весьма агрессивных), от безвредных до токсичных для обслуживающего персонала и от безопасных до огне – взрывоопасных в эксплуатации.

Различные химико-технологические процессы в аппаратах осуществляются при различных, свойственных каждому процессу, давлениях - от глубокого вакуума до избыточного давления в несколько сот тысяч килопаскалей и самых разнообразных температурах - от – 250⁰С до +950⁰С.

Различают следующие режимы работы аппаратов: периодический, полунепрерывный и непрерывный, а в зависимости от установки аппараты делятся на стационарные и нестационарные.

Все химические аппараты в зависимости от предъявляемых к ним технологических требований разделяются на подведомственные и не подведомственные Госгортехнадзору.

Подведомственными Госгортехнадзору являются аппараты, в которых под избыточным давлением (свыше 0,7 МПа) содержатся огне – и взрывоопасные и сильно токсичные среды; горючие и агрессивные среды, не зависимо от их рабочих параметров, и аппараты без избыточного давления, но при эксплуатации, в которых возможно повышение избыточного давления до 0,7МПа. Не подведомственными Госгортехнадзору являются все остальные аппараты, в том числе работающие под вакуумом и наливом.

Наиболее распространенным типом оборудования, используемого для проведения различных физических и химических процессов, являются аппараты с перемешивающими устройствами. Перемешивание обеспечивает интенсификацию процесса и часто является необходимым условием его эффективного протекания.

1.2 .Конструкция химического аппарата

На рис.1.1 показан стальной аппарат с мешалкой. Он состоит из корпуса и перемешивающего устройства с приводом. Корпус 1 включает в себя: цилиндрическую обечайку с приварным днищем и отъемной крышкой 2. Аппарат снабжен штуцерами 3, 4 и т.д., которые служат для подачи исходных компонентов, выгрузки

		Рис.1.1.Конструкция типового химического аппарата: а – общий вид; б - схема

готовой продукции, установки контрольно-измерительных приборов и т.д. Для поддержания заданного температурного режима ведения процесса аппарат имеет рубашку 5. Устанавливают аппарат на опоры-стойки или боковые опоры-лапы 6.

Привод состоит из моноблочного мотор - редуктора (или электродвигателя с различными механическими передачами)7, который устанавливается на стойке 8, закрепленной на опоре привода 9, приваренной к крышке аппарата. Выходной вал редуктора 10 соединен с валом 12 мешалки 13 муфтой 11. Для герметизации аппарата в месте входа вала в крышку установлено уплотнение 14. Опорами вала являются подшипники, расположенные в узле 15.

Указанные элементы и узлы являются общими для всех аппаратов. Конструкция и расчет этих элементов рассматриваются в следующих разделах.

1.3 .Выбор материалов для изготовления деталей аппарата

Конструкционные материалы для изготовления элементов химического аппарата выбирают в зависимости от химического и коррозионного действия среды, температуры и давления. При выборе материалов для аппаратов, работающих при низких или высоких температурах, необходимо учитывать, что механические свойства материалов существенно изменяются в зависимости от температуры. Как правило, прочностные свойства металлов и сплавов повышаются при низких температурах и понижаются при высоких. Так как основным способом изготовления химических аппаратов является сварка, то одним из необходимых условий, определяющих выбор материала, является хорошая свариваемость.

Следовательно, к материалам, предназначенным для изготовления химических аппаратов, должны предъявляться следующие требования:

1) химическая и коррозионная стойкость материала к перерабатываемой среде с учетом заданных технологических параметров (температура, давление и т.д.);

2) механическая прочность при заданных параметрах с учетом требований, предъявляемых при испытании аппаратов (на прочность, герметичность и т.п.) и эксплуатации;

3) технологичность, что предполагает в первую очередь способность материала свариваться с обеспечением высоких механических характеристик сварных соединений и коррозионной стойкости их в агрессивной среде.

1.4. Последовательность выполнения проекта

Проект выполняется в следующей последовательности:

1-й этап - ознакомление с заданием, рекомендуемой литературой, требованиями, предъявляемыми к курсовому проекту;

2-й этап - выполнение расчётов элементов корпуса на прочность;

3-й этап - разработка эскизного варианта аппарата;

4-й этап - проектирование и расчет вала перемешивающего устройства;

5-й этап - выполнение графической части проекта;

6-й этап - защита проекта.

Одновременно с выполнением 2, 4, 5 этапов оформляется пояснительная записка.

Поиск по сайту: