Методика расчета лопастной мешалки

Расчет основных параметров аппарата проводится в зависимости от объема подаваемого, типа мешалки и конструкционного материала.

1 Выбор материалов

При выборе материалов необходимо учитывать рабочую температуру в аппарате, давление и коррозионную активность рабочей среды. Устанавливается прибавка на коррозию, м:

С_K=П·L_h, (1)

где П – скорость коррозии в рабочей среде, м/год;

L_h – срок службы аппарата, лет.

Скорость коррозии в рабочей среде выбирают в зависимости от рабочей среды.

Различают:

-вполне стойкие (В) – П ≤ 0, 1* 10^-3 м/год;

-стойкие (Х) – П ≤ 1, 0 *10^-3 м/год;

- относительно стойкие (О) – П ≤ 3, 0*10^-3 м/год;

- нестойкие (Н) – П > 3, 0 *10^-3 м /год.

Рекомендуется выбирать П = 0, 1*10^-3 м/год; L_h =20 лет.

В соответствии с рабочей средой в аппарате и температурой выбирают материал для корпуса аппарата по Приложению В.

По Приложению Г в зависимости от температуры t выбирают нормативные допускаемые напряжения. Затем рассчитывают допускаемое напряжение:

[σ ]=η ·[σ ]*, (2)

где η =0, 9 – коэффициент взрывоопасности;

[σ ]*- нормативное допускаемое напряжение.

2 Расчет геометрических размеров аппарата

2.1 Расчет оболочки, нагруженной внутренним давлением

Расчетное давление определяется по формуле

Р_р=Р_и+Р_гидр, (3)

где Р_и – избыточное давление, МПа;

Р_гидр – гидростатическое давление, МПа;

Р_гидр=ρ ·g·H_ж·10^-6, (4)

где H_ж=0, 6·D – высота столба жидкости, м.

Если P_гидр< 0, 05·Р_и, то гидростатическое давление не учитывается. Тогда

Р_р = Р_и (5)

1) Расчет толщины цилиндрической обечайки, мм:

где D – внутренний диаметр корпуса, м;

– расчетное давление, МПа;

= 1 – коэффициент прочности продольного сварного шва;

– прибавка на коррозию, мм;

- прибавка на округление до стандартного значения толщины листа, мм.

Принимают S’ по ГОСТ 5681-57. Находят ( 0, 8).

1) Расчет эллиптической крышки, мм:

2) Расчет конического днища, мм:

где D_P =0, 8·D – расчетный диаметр конического днища, мм.

Принимают по ГОСТ 5681-57. Находят ( 0, 8).

2.2 Расчет корпуса под наружным давлением

1) Расчет толщины цилиндрической обечайки

S=max{K₂·D·10^-2; 1, 1·P_РН·D/(2·[σ ])}+C_K+C_O, (9)

где С_о > 0, 6 мм.

Р_рн – расчетное наружное давление, МПа

Р_рн=Р_а-Р_о, (10)

где Р_а =0, 1 МПа – атмосферное давление,

Р_о – остаточное давление, MПа.

К₂ – коэффициент, определяемый в зависимости от вспомогательных коэффициентов К₁ и К₃.

где = 2, 4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочем состоянии;

– модуль упругости для материала обечайки при расчетной температуре, определяется по Приложению Д, исходя из заданной температуры t.

где – расчетная длина гладкой обечайки:

Н₁ и Н₂ находят по Приложению Ж в зависимости от номинального объема V.

Пo номограмме (Приложение И) определяем К₂.

После определения толщины стенки определяют допускаемое наружное давление, МПа:

где [P_P]- допустимое давление, МПа, определяется из условия прочности;

[P_E] - допускаемое давление, МПа, определяется из условия устойчивости;

где

Должно соблюдаться условие Р_рн ≤ [Р].

2) Расчет конического днища

После определения толщины стенки проверяют допускаемое наружное давление, МПа:

 

где D – внутренний диаметр аппарата, мм;

– внутренний диаметр нижнего штуцера;

– угол при вершине конуса, а = 45°;

Должно соблюдаться условие Р_рн ≤ [Р].

Исходя из проверочных расчетов и условий прочности и устойчивости, принимают толщину стенки (максимальную):

цилиндрической обечайки,

эллиптической крышки,

конического днища.

 

3 Расчет перемешивающего устройства

1) Площадь лобовой поверхности лопатки, вытесняющей жидкости, м²:

, (25)

где b — длина (вылет) лопасти, м;

h — высота лопасти, м. Определяется по Приложению Е и Приложению 3 в зависимости от диаметра мешалки.

- угол наклона лопасти к направлению движения ( = 90° - для двухлопастной мешалки, = 25°- для трехлопастной мешалки).

2) Окружная скорость центра тяжести лопасти, м/с:

где – расстояние от центра тяжести лопасти до оси вращения, м, в расчетах принимается =b=R.

n – частота вращения мешалки, об/мин.

З) Масса жидкости, вытесняемая лопастью, кг:

, (28)

где – плотность жидкости, кг/м³;

4) Неподвижная лопасть приводится во вращение с заданной частотой и, сообщив при этом скорость жидкости , совершает работу равную живой силе движущейся массы жидкости, кгс·м/с:

где Т- работа, кгс·м/с.

5) При одной и той же площади лобовой поверхности лопасть совершает различную работу, которая зависит от отношения b/h, поэтому действительная работа в кгс·м/с, затрачиваемая для приведения во вращение одной лопасти с частотой n об/мин:

где – коэффициент, зависящий от формы лопасти.

Для прямоугольных лопаток определяется отношением b/h

Таблица 1 – Зависимость от b/h

b/h
	1, 1	1, 15	1, 19	1, 29	1, 4

 

Когда b/h имеет промежуточное значение, коэффициент находят методом прямолинейной интерполяции [5].

Расчет лопастной мешалки

1 Выбор материалов

1) В соответствии с рекомендациями выбираем П = 0, 1*10^-3 м/год; L_h = 20 лет

Устанавливается прибавка на коррозию по формуле (1):

Ск = 0, 1·10^-3·20 = 2·10^-3 м

2)Рабочая среда – нефтепродукты

Температура = 100 °С

Материал для корпуса – Ст.3

3) Расчет допускаемого напряжения по формуле (2):

[σ ]* = 134 МПа

[σ ] = 0, 9·134 = 120, 6 МПа

2 Расчет геометрических размеров аппарата

2.1 Расчет оболочки, нагруженной внутренним давлением

Высота столба жидкости:

H_ж = 0, 6·1, 2 = 0, 72 м

Расчет гидростатического давление по формуле (4):

Р_гидр = 890·9, 8·0, 72·10^-6 = 0, 0063 МПа

Т.к. 0, 0063< 0, 04, то гидростатическое давление не учитывается. Тогда расчетное давление рассчитаем по формуле (5):

Р_р = 0, 8 МПа

1)Расчет толщины цилиндрической обечайки по формуле (6):

Пусть

Так как 0, 007 < 0, 8 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

Так как 1 > 0, 8 мм (по условию), данное значение подходит.

2) Расчет эллиптической крышки по формуле (7):

Пусть

Так как 0, 013 < 0, 8 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

Так как 1 > 0, 8 мм (по условию), данное значение подходит.

3) Расчет конического днища по формуле (8):

Пусть

D_p=0, 8·1200=960 мм

Так как 0, 436 < 0, 8 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

Так как 1, 436 > 0, 8 мм (по условию), данное значение подходит.

2.2 Расчет корпуса под наружным давлением

1) Расчет толщины цилиндрической обечайки по формулам (9-14):

Р_рн = 0, 1 – 0, 05 = 0, 05 МПа

Пусть

S=max{0, 26·1200·10^-2; 1, 1·0, 05·1200/(2·120, 6)}+2+0, 38= =max{3, 12; 0, 3}+2+0, 38 = 5, 5 мм

Так как 0, 38 < 0, 6 мм (по условию), данное значение не подходит;

Пусть

S=max{0, 26·1200·10^-2; 1, 1·0, 05·1200/(2·120, 6)}+2+0, 88= =max{3, 12; 0, 3}+2+0, 88=6 мм

Так как 0, 88 > 0, 6 мм (по условию), данное значение подходит.

Расчет допускаемого наружного давления по формулам (15-18):

Условие соблюдается 0, 05 < 0, 08 МПа

2) Расчет конического днища

Расчет допускаемого наружного давления по формулам (19-24):

Условие соблюдается 0, 05< 0, 19 МПа.

Исходя из проверочных расчетов и условий прочности и устойчивости, принимают толщину стенки (максимальную):

цилиндрической обечайки ,

эллиптической крышки ,

конического днища .

 

3 Расчет перемешивающего устройства

1) Расчет площади лобовой поверхности лопатки, вытесняющей жидкости по формулам (25-26):

Методом интерполяции получаем h = 0, 095;

м²

2) Расчет окружной скорости центра тяжести лопасти по формуле (27):

3) Расчет массы жидкости, вытесняемой лопастью по формуле (28):

4)Расчет работы по формуле (29):

5) Расчет затрачиваемой работы по формуле (30):

Так как b/h=5, методом интерполяции получаем φ =1, 2067;

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте рассмотрели методы регенерации индустриальных масел. Регенерация отработанных масел стала необходимой ввиду следующих причин: отработанные масла представляют собой серьезную угрозу, тем что обладают канцерогенными свойствами и длительное время не разлагаются в окружающей среде, но в то же время являются ценным сырьем или топливом [5].

Были рассмотрены установки Р-1000М, РИМ-1000 и УПТМ-8К. Произведен расчет лопастной мешалки в составе установки УПТМ – 8К. По результатам рассчитанных данных:

1) выбран материал Ст. 3;

2) допускаемое напряжение [σ ] = 120, 6 МПа;

3) толщина стенки (максимальная), нагруженной внутренним давлением:

– цилиндрической обечайки ;

– эллиптической крышки ;

– конического днища ;

4) толщина стенки цилиндрической обечайки под наружным давлением

S = 6 мм;

5) допускаемое наружное давление цилиндрической обечайки

6) допускаемое наружное давление конического днища

7) работа неподвижной лопасти

8) действительная работа, затрачиваемая для приведения во вращение одной лопасти .

Таким образом, установка УПТМ-8К является перспективной для регенерации индустриальных масел. Выход регенерированного масла составляет не менее 85%.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: