- •Одеса – 2005 Завдання до курсової роботи
- •1. Технологічний розрахунок та вибір апарату
- •1.1 Технологічний розрахунок реактору
- •1.2. Вибір стандартного апарату у якості реактору
- •2. Вибір мішалки
- •2. 1. Вибір типу мішалки
- •2.2. Розрахунок потужності перемішування
- •3. Тепловий розрахунок апарата з мішалкою
- •4. Механічний розрахунок апарата на міцність
- •4.1. Розрахунок циліндричної обичайки апарату
- •4.2. Розрахунок днища
- •4.3. Розрахунок кришки
- •4.4. Розрахунок обичайки сорочки
- •4.5. Розрахунок днища сорочки
- •Висновки:
- •Література
1.2. Вибір стандартного апарату у якості реактору
Виходячи з підбираємо ємкостний стандартний апарат найближчого об’єму. При аналізі суміші, що подається в апарат, було зроблено висновок щодо агресивності суміші[7]. Оскільки суміш агресивна (завдяки наявності соляної кислоти), то обираємо емальований апарат. Вибір типу апарату проводимо за каталогом «Эмалированное оборудование». Найближчий об’єм стандартного апарату з мішалкою становить 0,63 м3(апарат стальний мальований Р10). Згідно каталогу обираємо сталь для емальованих апаратів Ст.10.
Обраний апарат має наступні основні розміри:
-
диаметр апарату Dап=900 мм;
-
висота апарату Нап=2730 мм.
2. Вибір мішалки
2. 1. Вибір типу мішалки
Згідно в’язкості суміші обираємо якірну мішалку, оскільки вона забезпечить найкраще перемішування, якірна мішалка є найбільш поширеною у хімічно-фармацевтичному виробництві і має домить приємну ціну.
Число обертів мішалки при гомогенізації рідини визначається із залежності:
n∙τ = сτ = const |
(2.1) |
де: n – число оборотів мішалки, об/с;
τ – час перемішування (300 с),
Сτ - коефіцієнт, для якірної мішалки Сτ =30, знаходимо за[1].
|
(2.2) |
Обираємо якірну мішалку Dм =0,65 м з числом обертів n=0,83 об/с.
2.2. Розрахунок потужності перемішування
Потужність Np (в Вт), яку вживає мішалка у робочий період знаходимо за формулою:
|
(2.3) |
де: - число обертів мішалки, об/с;
- густина суміші, ;
dм – диаметр мішалки, м;
Кп - критерій потужності, розраховується у залежності від критерію Рейнольдсу.
Критерій Рейнольдсу для процесу визначаємо по формулі:
, |
(2.4) |
де μ – в’язкысть суміші, 10-3 Па∙с.
|
(2.5) |
Критерій потужності для турбулентного режиму знаходимо по графіку[1, мал.1] лінія 29:
KN =0,138.
Перевіримо критерій потужності для нашого випадку:
, |
(2.5) |
де М=6,2, с=0,25
|
(2.5) |
Потужність перемішування буде дорівнювати:
Вт |
(2.6) |
Враховуючи, що привід у пусковий період роботи розвиває потужність у 2 – 3 рази більше, ніж у робочому стані, приймаємо:
|
(2.7) |
Вт |
(2.8) |
Потужність електродвигуна знаходиться з рівняння:
, |
(2.9) |
де - коефіцієнт, враховуючий запас потужності (30%), =1,3;
- КПД електродвигуна (=0,8)
Вт |
(2.10) |
Потужність електродвигуна приймаємо рівною 0,75 кВт згідно каталогу «Эмалированное оборудование».
Марка електродвигуна перемішуючого механізму обраного апарату В71В4У2, марка редуктора МПО2М – 10ВК – 28,2 – 0,75/50.
3. Тепловий розрахунок апарата з мішалкою
Метою даного теплового розрахунку є перевірка поверхні теплопередачі обраного апарату для забезпечення передачі тепла з необхідною швидкістю. Тепловий розрахунок виконується по відомому рівнянню теплопередачі:
Q = K· F· Δtср , |
(3.1) |
де К – коефіцієнт теплопередачі, Вт/м2 · град;
F – поверхня теплообміну, м2 ;
Δtср – середня різниця температур між перемішуваємою середой та теплоносієм, град.;
Q – кількість відводимого або підводимого тепла, Вт.
Кількість тепла знаходимо по рівнянню теплового балансу :
|
(3.2) |
де: Q – кількість тепла, яке необхідне для нагрівання суміші, Дж;
Gсум – маса суміші, кг;
Ср см – теплоємність суміші, Дж/кг∙К
t1k, t1н – відповідно початкова та кінцева температура суміші, 50 та 250С.
τн – час охолодження суміші – 30 хв.
Оскільки у суміші вода знаходиться у концентрації значно більшій, ніж інші компоненти, то приймаємо теплоємність суміші рівною теплоємності води, тобто 4190 Дж/кг∙К.
кВт |
(3.3) |
Для розрахунка поверхні теплопередачі знаходимо коефіцієнт теплопередачі:
, |
(3.4) |
де: α1 – коефіцієнт тепловіддачі від перемішуваємої рідини до стінки апарату,
Вт/м2 · град;
α2 – коефіцієнт тепловіддачі від стінки апарата до теплоносія, Вт/м2 · град;
δст – товщина стінки апарата, м;
λст – теплопровідність стінки аппарата, Вт/м2 · град.
По довіднику [3] знаходимо коефіцієнти α1 та α2:
α1 = 3500 Вт/(м2 ∙К);
α2 = 2100 Вт/(м2∙К).
Для емальованої сталі находимо по довіднику [3] теплопровідність стінки аппарата λст:
λст= 17,5 Вт/(м2∙К).
Приймаємо, що товщина стінки буде дорівнюватиме 0,006 м. Знаходимо коефіцієнт теплопередачі:
|
(3.5) |
За рекомендаціями табл. 4.8 стр. 168, приблизне практичне значення коефіцієнту тепловіддачі 800 Вт/(м2∙К). Тому далі у розрахунках будемо використовувати саме це значення.
Температурна схема процесу нагрівання розчину має вигляд:
Середню температуру процесу Δ tс р знаходимо з рівняння:
|
(3.6) |
де: Δ t б – більша різниця температур, 0С;
Δ t м – менша різниця температур, 0С.
|
(3.7) |
По знайденим значенням Q, K, и Δ tср визначаємо поверхню теплообміну теплопередаючої поверхні, за формулою:
|
(3.8) |
м2 |
(3.9) |
Таким чином розрахункова поверхня теплопередачі в апараті дорівнює F=1,05 м2.
Стандартна площа поверхні в апараті встановлює 2,5 м2.
На підставі отриманого значення F знаходимо висоту зони нагріва:
|
(3.10) |
де: Н – висота зони нагріва в апараті, м;
D – діаметр апарату, м.
м |
(3.11) |
Таким ином, висота нагріва зони складає: 370 мм.