Конструкция мешалки и принцип ее действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

механический мешалка

Данная курсовая работа содержит в себе расчет вариантов конструкций механических перемешивающих устройств, их описание и выбор оптимального варианта мешалки для заданных условий. В работе рассмотрены виды механических перемешивающих устройств (мешалок), их классификация преимущества и недостатки.

Основной целью работы был выбор оптимального варианта конструкции мешалки. В результате расчетов была выбрана конструкция лопастной мешалки. Курсовая содержит полное описание конструкции мешалки и принцип ее действия.

Курсовая работа состоит из девяти разделов: введение содержит описание технологического процесса перемешивания, аппаратов для этого применяемых; выбор возможных вариантов конструктивно решения, в данном разделе многообразие аппаратов сводится к пяти вариантам наиболее распространенных технологических объектов, которые подробно описываются; расчет технико-экономических характеристик и критериев развития - для каждого из выбранных вариантов рассчитываются численные величины целого комплекса параметров, которые дают возможность для количественно сравнения типов аппаратов; анализ, выбор и обоснование оптимального варианта конструкции - для каждого варианта численные значения рассчитанных технико-экономических характеристик и критериев развития оцениваются по десятибалльной системе, и составляется таблица, по сумме баллов выбирается оптимальный вариант конструкции; описание конструкции - полное и исчерпывающее описание лопастной мешалки, как оптимального варианта; выбор конструкционных материалов; описание технологии изготовления лопастной мешалки; технические условия; заключение.

Графическая часть работы состоит из двух форматов А1, на одном из них приведена конструкция лопастной мешалки в разрезе, на втором деталировка основных конструкционных элементов.

Введение

Перемешивание в жидких средах широко применяется в химической промышленности для приготовления эмульсий, суспензий и получения гомогенных систем (растворов), а также для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов. В последнем случае перемешивание осуществляют непосредственно в предназначенных для проведения, этих процессов аппаратах, снабженных перемешивающими устройствами.

Цель перемешивания определяется назначением процесса. При приготовлении эмульсий для интенсивного дробления дисперсной фазы необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные срезающие усилия, зависящие от градиента скорости, в тех зонах аппарата, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, происходит наиболее интенсивное дробление диспергируемой фазы.

В случае гомогенизации, приготовления суспензий, нагревания или охлаждения перемешиваемой гомогенной среды целью перемешивания является снижение концентрационных или температурных градиентов в объеме аппарата;

При использовании перемешивания для интенсификации химических, тепловых и диффузионных процессов в гетерогенных системах создаются лучшие условия для подвода вещества в зону реакции, к границе раздела фаз или к поверхности теплообмена.

Увеличение степени турбулентности системы, достигаемое при перемешивании, приводит к уменьшению толщины пограничного слоя, увеличению и непрерывному обновлению поверхности взаимодействующих фаз. Это вызывает существенное ускорение процессов тепло- и массо-обмена.

Перемешивание применяют в процессах абсорбции, выпаривания, экстрагирования и других процессах химической технологии.

Способы перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов. Широкое распространение в химической промышленности получили процессы перемешивания в жидких средах.

Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью -- газ, жидкость или твердое сыпучее вещество,-- различают два основных способа перемешивания в жидких средах: механический (с помощью мешалок различных конструкций) и пневматический (сжатым воздухом или инертным газом). Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах и перемешивание с помощью сопел и насосов.

Механическое перемешивание жидкостей осуществляют лопастными, пропеллерными, турбинными и специальными мешалками.

Лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей с небольшой вязкостью [до 0,01 кг/(м-с)], растворения и суспендирования твердых веществ с малым удельным весом, а также для грубого смешения жидкостей вязкостью меньше 2 кг/(м-с). Эти мешалки не пригодны для быстрого растворения, тонкого диспергирования и получения суспензий, содержащих твердую фазу с большим удельным весом.

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания маловязких жидкостей, взмучивания осадков, содержащих до 10% твердой фазы с размерами частиц до 0,15 мм, а также для приготовления суспензий и эмульсий. Пропеллерные мешалки не пригодны для совершенного смешивания жидкостей значительной вязкости [более 0,06 кг/(м-с)] или жидкостей, включающих твердую фазу большого удельного веса.

Турбинные мешалки применяют для интенсивного перемешивания и смешения жидкостей с вязкостью до 1,0 кг/(м-с) для мешалок открытого типа и до 5,0 кг/(м-с) для мешалок закрытого типа; для тонкого диспергирования, быстрого растворения пли выделения осадков в больших объемах (5--6 м3 и более). Эти мешалки используют для взмучивания осадков в жидкостях, содержащих до 60% твердой фазы (мешалки открытого типа) и более (мешалки закрытого типа); причем максимальные размеры твердых частиц до 1,5 мм для мешалок открытого типа и до 2,5 мм для мешалок закрытого типа. Специальные мешалки применяют в случаях, когда непригодны лопастные, пропеллерные и турбинные. Так, для перемешивания очень вязких жидкостей и пастообразных материалов используют так называемые ленточные мешалки, которые при вращении очищают стенки реактора от налипающей реакционной массы. Для проведения реакций между газом и жидкостью применяют мешалки барабанного типа с лопастным барабаном, имеющим форму беличьего колеса, и другие конструкции.

Процессы перемешивания характеризуются двумя основными факторами: эффективностью перемешивания и расходом энергии. Под эффективностью перемешивания обычно понимают качество достигаемого результата перемешивания по времени. Поэтому указанная величина зависит от различных факторов, определяемых прежде всего целью проводимого процесса (приготовление суспензии, ускорение химической реакции и т. д.). В настоящее время нет надежных методов для определения эффективности перемешивания, но расход энергии на механическое перемешивание можно рассчитать достаточно точно.

Процесс перемешивания в гидродинамическом отношении сводится к внешнему обтеканию твердых тел потоком набегающей жидкости. В общем случае лопасти мешалки при вращении выполняют работу, связанную с преодолением сопротивления сил инерции и сил трения перемешиваемой жидкости. Удельное значение этих сил различно в пусковой и рабочий периоды работы мешалки. Так, при пуске мешалки ее лопатки встречают особенно большое сопротивление со стороны жидкости, инерцию массы которой необходимо преодолеть. По мере приведения жидкости в движение работа мешалки все больше затрачивается на преодоление внутренних сопротивлений в жидкости (трения, вихревых движений, ударов жидкости о стенки и т. д.). Поэтому пусковая мощность всегда превышает рабочую. Поскольку пусковой период относительно небольшой, электродвигатель обычно подбирают по рабочей мощности мешалки, учитывая возможность кратковременного увеличения крутящего момента на его валу в пусковой период и используя в расчетах известную критериальную зависимость Еи=f(ReM). Однако существующие формулы для расчета мощности мешалок еще недостаточно совершенны; в них не учитывается расход энергии, связанный с шероховатостью стенок и наличием дополнительных устройств в аппарате (змеевиков, гильз, перегородок и т. д.).

Как показывает практика работы конструкторских бюро ряда крупных заводов, для правильного выбора электродвигателя мощность, подсчитанную по формуле для рабочей мощности, в подавляющем большинстве случаев приходится увеличивать в 1,5--2 раза и более. Примерно, во столько же раз пусковая мощность превышает рабочую. Принимая это во внимание, мощность, необходимую для нормальной работы мешалки, лучше рассчитывать по формулам, полученным для пускового периода.

1.Выбор возможных вариантов конструктивного решения

механический мешалка лопастный

1.Лопастные мешалки.

Лопастные мешалки отличаются простой конструкцией и низкой стоимостью изготовления. Они обеспечивают вполне удовлетворительное перемешивание жидкостей с умеренной вязкостью. Наиболее просты по устройству мешалки с плоскими лопастями из полосовой или угловой стали, установленными перпендикулярно или наклонно к направлению их движения (рис.1). Частота вращения таких мешалок колеблется от 18 до 80 об/мин; при увеличении частоты вращения выше указанной эффективность перемешивания резко снижается. Диаметр лопастей составляет 0,7 диаметра сосуда, в котором работает мешалка.

Рисунок 1. Лопастная мешалка: 1 -- подпятник; 2 -- шпонка; 3 -- лопасть; 4 -- накладка; 5 -- вал; 6 -- зубчатая передача

К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Вследствие незначительности осевого потока лопастные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки. Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика. Поэтому лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 0,01 кг/(м-с). Эти мешалки непригодны для перемешивания в протоке, например в аппаратах непрерывного действия. Некоторое увеличение осевого потока жидкости достигается при на клоне лопастей под углом 30--45° к оси вала. Такая мешалка способна удерживать во взвешенном состоянии частицы, скорость осаждения которых невелика. Лопастные мешалки с наклонными лопастями используют при проведении медленных химических реакций, для которых стадия, определяющая скорости подвода реагентов в зону реакции, не является лимитирующей.

С целью увеличения турбулентности среды при перемешивании лопастными мешалками в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру используют многорядные двухлопастные мешалки с установкой на валу нескольких рядов мешалок, повернутых друг относительно друга на 90°. Расстояние между отдельными рядами выбирают в пределах (0,3--0,8d), где d -- диаметр мешалки, в зависимости от вязкости перемешиваемой среды.

2.Якорные мешалки



Рисунок 2. Якорные мешалки

Рамные мешалки являются производными от лопастных. Они применяются для перемешивания жидкостей вязкостью не более 2 кг/(м-с), а также для перемешивания в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки или внутренних змеевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение теплопередающей поверхности, применяют или якорные (рис.2) мешалки. Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата, и диаметр, близкий к внутреннему диаметру аппарата или змеевика. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений. Якорная мешалка более эффективна по своим характеристикам, чем лопастная. Их используют при перемешивании вязких и тяжелых жидкостей, интенсификации теплообмена, предотвращения выпадения осадка на стенках и днище, суспендировании в вязких средах.

3.Рамные мешалки

Рамные мешалки являются производными от лопастных. Они применяются для перемешивания жидкостей вязкостью не более 2 кг/(м-с), а также для перемешивания в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки или внутренних змеевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение теплопередающей поверхности, применяют или рамные (рис.3) мешалки. Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата, и диаметр, близкий к внутреннему диаметру аппарата или змеевика. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений.

Рамная мешалка более эффективна по своим характеристикам, чем лопастная. Их используют при перемешивании вязких и тяжелых жидкостей, интенсификации теплообмена, предотвращения выпадения осадка на стенках и днище, суспендировании в вязких средах.

4.Турбинные мешалки

Турбинные мешалки. Эти мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу (рис. 4). В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. При работе турбинных мешалок с большим числом оборотов наряду с радиальным потоком возможно возникновение тангенциального (кругового) течения содержимого аппарата и образование воронки. В этом случае в аппарате устанавливают отражательные перегородки. Закрытые турбинные мешалки в отличие от открытых создают более четко выраженный радиальный поток.

Рисунок 3. Турбинные мешалки.

Закрытые мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски сверху и снизу привариваются к плоским лопастям. Жидкость поступает в мешалку параллельно оси зала, выбрасывается мешалкой в радиальном направлении и достигает наиболее удаленных точек аппарата. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата.

При больших значениях отношения высоты к диаметру аппарата применяют многорядные турбинные мешалки.

Мощность, потребляемая турбинными мешалками, работающими в аппаратах с отражательными перегородками, при турбулентном режиме перемешивания практически не зависит от вязкости среды. Поэтому мешалки этого типа могут применяться для смесей, вязкость которых во время перемешивания изменяется.

Турбинные мешалки широко применяют для образования взвесей (размер частиц для закрытых мешалок может достигать 25 мм), растворения, при проведении химической реакции, абсорбции газов и интенсификации теплообмена, для перемешивания в больших объемах (например, при гомогенизации жидкостей в хранилищах, объем которых достигает 2500 м3 и более) турбинные мешалки менее пригодны, чем пропеллерные мешалки или сопла.

5.Пропеллерные мешалки

Рабочей частью пропеллерной мешалки является пропеллер (рис.5) -- устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю грешного винта. Наибольшее распространение получили трехлопастные пропеллеры. На валу мешалки, который может быть расположен вертикально, горизонтально или наклонно, в зависимости от высоты слоя жидкости, устанавливают один или несколько пропеллеров.

Вследствие более обтекаемой формы пропеллерные мешалки при одинаковом числе Рейнольдса потребляют меньшую мощность, чем мешалки прочих типов. Переход в автомодельную область для них наблюдается при относительно низких значениях критерия Рейнольдса (Re=104). К достоинствам пропеллерных мешалок следует отнести также относительно высокую скорость вращения и возможность непосредственного присоединения мешалки к электродвигателю, что приводит к уменьшению механических потерь.

Рисунок 4. Пропеллерная мешалка

Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки перемешиваемой среды и, как следствие этого, большой насосный , эффект, что позволяет существенно сократить продолжительность перемешивания. Вместе с тем пропеллерные мешалки отличаются сложностью конструкции и сравнительно высокой стоимостью изготовления. Их эффективность сильно зависит от формы аппарата и расположения в нем мешалки. Пропеллерные мешалки следует применять в цилиндрических аппаратах с выпуклыми днищами. При установке их в прямоугольных баках или аппаратах с плоскими или вогнутыми днищами интенсивность перемешивания падает вследствие образования застойных зон.

Для улучшения перемешивания больших объемов жидкостей и организации направленного течения жидкости (при большом отношении высоты к диаметру аппарата) в сосудах устанавливают направляющий аппарат, или диффузор (рис.6). Диффузор представляет собой короткий цилиндрический или конический стакан, внутри которого помещают мешалку. При больших скоростях вращения мешалки в отсутствие диффузора в аппарате устанавливают отражательные перегородки. Пропеллерные мешалки применяются при вязкости не более 4 Па*с.

2. Расчет технико-экономических характеристик и критериев развития конструкции

Исходные параметры нашего перемешивающего устройства: объем аппарата V=2м3, внутренний диаметр аппарата D=1400мм, диаметр мешалки dм=1000мм. Перемешиваемая среда - Анилин, температура среды - t=40°, плотность среды - с=1004кг/м3, коэффициент динамической вязкости м=2,3МПа*с. Срок использования аппарата Н=10 лет.

Для выбора оптимальной конструкции аппарата проведем расчет лопастной, якорной, рамной, турбинной и пропеллерной мешалок при данных параметрах. Дополнительные, необходимые параметры для расчетов приведены в сводной таблице 1.

Таблица 1.

Вид мешалки	Ст-сть аппарата С тенге	Критерий ремонтосложн зрем	Кол-во материала аппарата G кг	Кол-во изотовлен за год аппаратов n	Площадь на которой допуст загрязн Sн м2	Площадь на которой имеются загрязн Sк м2	Площадь заним аппарат S м2
Лопастная	100000	0,7	560	50	12	4,5	1,9
Якорная	120000	0,75	600	50	12	5	1,9
Рамная	120000	0,75	630	50	12	5,5	1,9
Турбинная	140000	0,8	680	50	12	4,5	1,9
Пропел-лерная	140000	0,8	620	50	12	6	1,9

1.Расчет лопастной мешалки.

По рекомендациям приведенным в табл. 9.1 [1], перемешивание при указанных условиях может быть обеспечено лопастной мешалкой. Выбираем трехлопастную мешалку.

Согласно данным, представленным в табл. 9.4 [1], нормализованный реактор с номинальным объемом V=2,0 м3 имеет диаметр D=1400 мм, диаметр мешалки dм=1000 мм.

Примем окружную скорость мешалки щ=3м/с (по табл. 9.1 [1]). В этом случае частота вращения мешалки:

n=щ/(рdм)=3/(3,14*1)=0,955 с-1

В соответствии с этими данными по табл. 11 приложения [1] принимаем частоту вращения мешалки n=1,05 с-1.

Для определения глубины воронки в сосуде найдем значения параметров Г и Reцб. При коэффициенте заполнения сосуда ц=0,75 высота уровня жидкости Hж=1,09 м (табл. 9.4 [1]). В этом случае:

Г=8Hж/D+1=8*1,09/1,4+1=7,228

Критерий Рейнольдса при перемешивании:

Reцб=n(dм)2сж/м=1,09*12*1004/0,0023=475808

Значение параметра ом=0,86 по табл. 9.1 [1], тогда:

Е=Г/(омz(Reцб)0,25)=7,228/(0,86*1*4758080,25)=0,32

При этом значении по рис. 9.2 [1] находим В=7,5. Глубина воронки в сосуде без перегородок:

hв=Вn2(dм)2/2=7,5*1,052*12/2=4,134

При установке мешалки согласно табл. 9.1 [1] на высоте h=0,5dм=0,5*1=0,5 м предельно допустимая глубина воронки:

hпр=Нж-h=1,09-0,5=0,59 м.

Так как расчетная глубина воронки hв=4,134 м намного превосходит hпр=0,59 м, в аппарате следует установить отражательные перегородки.

Для выбора торцевого уплотнения рассчитаем предварительно диаметр вала мешалки:

dв=С*dм=0,166*1=0,166 м2.

В соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 9.4 [1] принимаем диаметр вала dв=110 мм2.

По данным табл. 9.3 и условию задачи выбираем торцевое уплотнение ТСК (одинарное).

Мощность, теряемая в торцевом уплотнении:

Nуп=6020(dв)1,3=6020*0,111,3=342 Вт.

По рис 9.3 [1] для лопастной мешалки в аппарате с перегородками при Reцб=475808 находим значение критерия КN=0,24. В этом случае мощность, затрачиваемая на перемешивание:

N=КNсn3(dм)5=0,24*1004*1,053*12=279 Вт.

Для расчета мощности электродвигателя примем дополнительные условия: в аппарате установлена гильза термопары и труба передавливания, тогда Уki=2*1,2=2,4.

Коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате:

kн=(Hж/D)0,5=(1,09/1)0,5=1,044

При этих данных получаем необходимую мощность:

Nэ=(kпkнУkiN+Nуп)/з=(1,044*2,4*279+342)/0,85=1224 Вт.

По табл. 11 приложения [1] выбираем в качестве привода мешалки мотор-редуктор типа МПО-2 с мощностью электродвигателя N=1,5 кВт.

При ежедневной работе число рабочих дней в году составит: Dр=286 дней.

Расчет экономических критериев.

Годовое число рабочих часов аппарата:

h=Dр*tсм*ц=288*16*0,75=3456 часов.

где tсм=16 часов - при двухсменной работе,

ц=0,75 - коэффициент заполнения аппарата.

Общее число рабочих часов в году:

Нгод=365*24=8760 часов.

Коэффициент использования аппарата:

зисп=h/Hгод=3456/8740=0,395

Долговечность аппарата:

D=зисп*H=0,395*10=3,95 года.

где Н=10 лет - срок эксплуатации аппарата.

Годовая производительность:

Пд=V*8760*ц=2,0*8760*0,75=13140 м3/год.

Годовой расход за электроэнергию:

Эн=h*N*Сэн=3456*1,5*5=25920 тенге/год.

где Сэн=5 тенге - стоимость одного кВТ энергии.

Стоимость аппарата - С=100000 тенге

Заработная плата одного рабочего - Тр=192000 тенге/год

Годовая отдача:

Qг=С*D=105*3,95=395000 тенге

Суммарный экономический эффект за период эксплуатации:

Q=Qг-(Эн+Тр)=395000-(25920+192000)=177080 тенге/год

Окупаемость:

Нок=С/[зисп(Qг-(Эн+Тр)-С/D)]=105/[0,395(177080-105/3,95)]=1,668 года

Рентабельность:

q=Qг/(Эн+Тр)=395000/(25920+192000)=1,81

Расчет критериев развития конструкции.

Критерий долговечности:

Dд=D/зрем=3,95/0,7=5,643

где зрем=0,7 - критерий ремонтосложности

Критерий расхода материалов:

Км=G/Q=560/177080=3,16*10-4

Критерий расхода энергии:

Кэ=Эн/(DNСэн)=25920/(3,95*1,5*5)=874,9

Критерий габаритных размеров:

Кг=V/G=2,0/560=0,00357

Критерий трудоемкости изготовления:

Кт=С/Q=100000/177080=0,565

Критерий использования материала:

х=V/(Dn) =2,0/(5,643*50)=0,007

Критерий экологичности:

Кэ=(Sн-Sк)/S=(12-4,5)/1,9=3,95

Полученные данные и коэффициенты занесем в сводную таблицу №2.

Расчет якорной мешалки

По рекомендациям, приведенным в табл. 9.1 [1], перемешивание при указанных условиях может быть обеспечено лопастной мешалкой. Выбираем трехлопастную мешалку.

Согласно данным, представленным в табл. 9.4 [1], нормализованный реактор с номинальным объемом V=2,0 м3 имеет диаметр D=1400 мм, диаметр мешалки dм=1000 мм.

Примем окружную скорость мешалки щ=2,5м/с (по табл. 9.1 [1]). В этом случае частота вращения мешалки:

n=щ/(рdм)=2,5/(3,14*1)=0,796 с-1

В соответствии с этими данными по табл. 11 приложения [1] принимаем частоту вращения мешалки n=1,05 с-1.

Для определения глубины воронки в сосуде найдем значения параметров Г и Reцб. При коэффициенте заполнения сосуда ц=0,75 высота уровня жидкости Hж=1,09 м (табл. 9.4 [1]). В этом случае:

Г=8Hж/D+1=8*1,09/1,4+1=7,228

Критерий Рейнольдса при перемешивании:

Reцб=n(dм)2сж/м=1,09*12*1004/0,0023=475808

Значение параметра ом=1,2 по табл. 9.1 [1], тогда:

Е=Г/(омz(Reцб)0,25)=7,228/(1,2*1*4758080,25)=0,229

При этом значении по рис. 9.2 [1] находим В=15,35. Глубина воронки в сосуде без перегородок:

hв=Вn2(dм)2/2=15,35*1,052*12/2=8,46

При установке мешалки согласно табл. 9.1 [1] на высоте h=0,5dм=0,5*1=0,5 м предельно допустимая глубина воронки:

hпр=Нж-h=1,09-0,5=0,59 м.

Так как расчетная глубина воронки hв=8,46 м намного превосходит hпр=0,59 м, в аппарате следует установить отражательные перегородки.

Для выбора торцевого уплотнения рассчитаем предварительно диаметр вала мешалки:

dв=С*dм=0,04*1=0,04 м.

В соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 9.4 [1] принимаем диаметр вала dв=50 мм.

По данным табл. 9.3 и условию задачи выбираем торцевое уплотнение ТСК (одинарное).

Мощность, теряемая в торцевом уплотнении:

Nуп=6020(dв)1,3=6020*0,051,3=123 Вт.

По рис 9.3 [1] для якорной мешалки в аппарате с перегородками при Reцб=475808 находим значение критерия КN=0,3. В этом случае мощность, затрачиваемая на перемешивание:

N=КNсn3(dм)5=0,3*1004*1,053*12=349 Вт.

Для расчета мощности электродвигателя примем дополнительные условия: в аппарате установлена гильза термопары и труба передавливания, тогда Уki=2*1,2=2,4.

Коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате:

kн=(Hж/D)0,5=(1,09/1)0,5=1,044

При этих данных получаем необходимую мощность:

Nэ=(kпkнУkiN+Nуп)/з=(1,044*2,4*123+349)/0,85=773 Вт.

По табл. 11 приложения [1] выбираем в качестве привода мешалки мотор-редуктор типа МПО-2 с мощностью электродвигателя N=0,75 кВт.

При ежедневной работе число рабочих дней в году составит: Dр=286 дней.

Расчет экономических критериев

Годовое число рабочих часов аппарата:

h=Dр*tсм*ц=288*16*0,75=3456 часов.

где tсм=16 часов - при двухсменной работе,

ц=0,75 - коэффициент заполнения аппарата.

Общее число рабочих часов в году:

Нгод=365*24=8760 часов.

Коэффициент использования аппарата:

зисп=h/Hгод=3456/8740=0,395

Долговечность аппарата:

D=зисп*H=0,395*10=3,95 года.

где Н=10 лет - срок эксплуатации аппарата.

Годовая производительность:

Пд=V*8760*ц=2,0*8760*0,75=13140 м3/год.

Годовой расход за электроэнергию:

Эн=h*N*Сэн=3456*0,75*5=12960 тенге/год.

где Сэн=5 тенге - стоимость одного кВТ энергии.

Стоимость аппарата - С=120000 тенге

Заработная плата одного рабочего - Тр=192000 тенге/год

Годовая отдача:

Qг=С*D=120000*3,95=474000 тенге

Суммарный экономический эффект за период эксплуатации:

Q=Qг-(Эн+Тр)=474000-(12960+192000)=269040 тенге/год

Окупаемость:

Нок=С/[зисп(Qг-(Эн+Тр)-С/D)]=120000/[0,395(269040-120000/3,95)]=1,27 года

Рентабельность:

q=Qг/(Эн+Тр)=474000/(12960+192000)=2,31

Расчет критериев развития конструкции.

Критерий долговечности:

Dд=D/зрем=3,95/0,75=5,267

где зрем=0,75 - критерий ремонтосложности

Критерий расхода материалов:

Км=G/Q=600/269040=2,23*10-3

Критерий расхода энергии:

Кэ=Эн/(DNСэн)=12960/(3,95*0,75*5)=874,9

Критерий габаритных размеров:

Кг=V/G=2,0/600=0,00333

Критерий трудоемкости изготовления:

Кт=С/Q=120000/269040=0,446

Критерий использования материала:

х=V/(Dn) =2,0/(5,267*50)=0,0076

Критерий экологичности:

Кэ=(Sн-Sк)/S=(12-5)/1,9=3,68

Полученные данные и коэффициенты занесем в сводную таблицу №2.

3. Расчет рамной мешалки

По рекомендациям, приведенным в табл. 9.1 [1], перемешивание при указанных условиях может быть обеспечено лопастной мешалкой. Выбираем трехлопастную мешалку.

Согласно данным, представленным в табл. 9.4 [1], нормализованный реактор с номинальным объемом V=2,0 м3 имеет диаметр D=1400 мм, диаметр мешалки dм=1000 мм.

Примем окружную скорость мешалки щ=2,5м/с (по табл. 9.1 [1]). В этом случае частота вращения мешалки:

n=щ/(рdм)=2,5/(3,14*1)=0,796 с-1

В соответствии с этими данными по табл. 11 приложения [1] принимаем частоту вращения мешалки n=1,05 с-1.

Для определения глубины воронки в сосуде найдем значения параметров Г и Reцб. При коэффициенте заполнения сосуда ц=0,75 высота уровня жидкости Hж=1,09 м (табл. 9.4 [1]). В этом случае:

Г=8Hж/D+1=8*1,09/1,4+1=7,228

Критерий Рейнольдса при перемешивании:

Reцб=n(dм)2сж/м=1,09*12*1004/0,0023=475808

Значение параметра ом=1,28 по табл. 9.1 [1], тогда:

Е=Г/(омz(Reцб)0,25)=7,228/(1,28*1*4758080,25)=0,215

При этом значении по рис. 9.2 [1] находим В=15. Глубина воронки в сосуде без перегородок:

hв=Вn2(dм)2/2=15*1,052*12/2=8,26

При установке мешалки согласно табл. 9.1 [1] на высоте h=0,5dм=0,5*1=0,5 м предельно допустимая глубина воронки:

hпр=Нж-h=1,09-0,5=0,59 м.

Так как расчетная глубина воронки hв=8,26 м намного превосходит hпр=0,59 м, в аппарате следует установить отражательные перегородки.

Для выбора торцевого уплотнения рассчитаем предварительно диаметр вала мешалки:

dв=С*dм=0,05*1=0,05 м.

В соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 9.4 [1] принимаем диаметр вала dв=50 мм.

По данным табл. 9.3 и условию задачи выбираем торцевое уплотнение ТСК (одинарное).

Мощность, теряемая в торцевом уплотнении:

Nуп=6020(dв)1,3=6020*0,051,3=123 Вт.

По рис 9.3 [1] для рамной мешалки в аппарате с перегородками при Reцб=475808 находим значение критерия КN=0,3. В этом случае мощность, затрачиваемая на перемешивание:

N=КNсn3(dм)5=0,3*1004*1,053*12=349 Вт.

Для расчета мощности электродвигателя примем дополнительные условия: в аппарате установлена гильза термопары и труба передавливания, тогда Уki=2*1,2=2,4.

Коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате:

kн=(Hж/D)0,5=(1,09/1)0,5=1,044

При этих данных получаем необходимую мощность:

Nэ=(kпkнУkiN+Nуп)/з=(1,044*2,4*123+349)/0,85=773 Вт.

По табл. 11 приложения [1] выбираем в качестве привода мешалки мотор-редуктор типа МПО-2 с мощностью электродвигателя N=0,75 кВт.

При ежедневной работе число рабочих дней в году составит: Dр=286 дней.

Расчет экономических критериев.

Годовое число рабочих часов аппарата:

h=Dр*tсм*ц=288*16*0,75=3456 часов.

где tсм=16 часов - при двухсменной работе,

ц=0,75 - коэффициент заполнения аппарата.

Общее число рабочих часов в году:

Нгод=365*24=8760 часов.

Коэффициент использования аппарата:

зисп=h/Hгод=3456/8740=0,395

Долговечность аппарата:

D=зисп*H=0,395*10=3,95 года.

где Н=10 лет - срок эксплуатации аппарата.

Годовая производительность:

Пд=V*8760*ц=2,0*8760*0,75=13140 м3/год.

Годовой расход за электроэнергию:

Эн=h*N*Сэн=3456*0,75*5=12960 тенге/год.

где Сэн=5 тенге - стоимость одного кВТ энергии.

Стоимость аппарата - С=120000 тенге

Заработная плата одного рабочего - Тр=192000 тенге/год

Годовая отдача:

Qг=С*D=120000*3,95=474000 тенге

Суммарный экономический эффект за период эксплуатации:

Q=Qг-(Эн+Тр)=474000-(12960+192000)=269040 тенге/год

Окупаемость:

Нок=С/[зисп(Qг-(Эн+Тр)-С/D)]=120000/[0,395(269040-120000/3,95)]=1,27 года

Рентабельность:

q=Qг/(Эн+Тр)=474000/(12960+192000)=2,31

Расчет критериев развития конструкции.

Критерий долговечности:

Dд=D/зрем=3,95/0,75=5,267

где зрем=0,75 - критерий ремонтосложности

Критерий расхода материалов:

Км=G/Q=630/269040=2,34*10-3

Критерий расхода энергии:

Кэ=Эн/(DNСэн)=12960/(3,95*0,75*5)=874,9

Критерий габаритных размеров:

Кг=V/G=2,0/630=0,00317

Критерий трудоемкости изготовления:

Кт=С/Q=120000/269040=0,446

Критерий использования материала:

х=V/(Dn) =2,0/(5,26*50)=0,0101

Критерий экологичности:

Кэ=(Sн-Sк)/S=(12-5,5)/1,9=3,42

Полученные данные и коэффициенты занесем в сводную таблицу №2.

Расчет турбинной мешалки

По рекомендациям, приведенным в табл. 9.1 [1], перемешивание при указанных условиях может быть обеспечено лопастной мешалкой. Выбираем трехлопастную мешалку.

Согласно данным, представленным в табл. 9.4 [1], нормализованный реактор с номинальным объемом V=2,0 м3 имеет диаметр D=1400 мм, диаметр мешалки dм=1000 мм.

Примем окружную скорость мешалки щ=6м/с (по табл. 9.1 [1]). В этом случае частота вращения мешалки:

n=щ/(рdм)=6/(3,14*1)=1,91 с-1

В соответствии с этими данными по табл. 11 приложения [1] принимаем частоту вращения мешалки n=2,08 с-1.

Для определения глубины воронки в сосуде найдем значения параметров Г и Reцб. При коэффициенте заполнения сосуда ц=0,75 высота уровня жидкости Hж=1,09 м (табл. 9.4 [1]). В этом случае:

Г=8Hж/D+1=8*1,09/1,4+1=7,228

Критерий Рейнольдса при перемешивании:

Reцб=n(dм)2сж/м=2,08*12*1004/0,0023=907963

Значение параметра ом=8,4 по табл. 9.1 [1], тогда:

Е=Г/(омz(Reцб)0,25)=7,228/(8,4*1*9079630,25)=0,028

При этом значении по рис. 9.2 [1] находим В=7,5. Глубина воронки в сосуде без перегородок:

hв=Вn2(dм)2/2=7,5*2,082*12/2=16,224

При установке мешалки согласно табл. 9.1 [1] на высоте h=0,5dм=0,5*1=0,5 м предельно допустимая глубина воронки:

hпр=Нж-h=1,09-0,5=0,59 м.

Так как расчетная глубина воронки hв=16,224 м намного превосходит hпр=0,59 м, в аппарате следует установить отражательные перегородки.

Для выбора торцевого уплотнения рассчитаем предварительно диаметр вала мешалки:

dв=С*dм=0,117*1=0,117 м.

В соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 9.4 [1] принимаем диаметр вала dв=130 мм.

По данным табл. 9.3 и условию задачи выбираем торцевое уплотнение ТСК (одинарное).

Мощность, теряемая в торцевом уплотнении:

Nуп=6020(dв)1,3=6020*0,131,3=424 Вт.

По рис 9.3 [1] для турбинной мешалки в аппарате с перегородками при Reцб=475808 находим значение критерия КN=1. В этом случае мощность, затрачиваемая на перемешивание:

N=КNсn3(dм)5=1*1004*2,083*12=9034 Вт.

Для расчета мощности электродвигателя примем дополнительные условия: в аппарате установлена гильза термопары и труба передавливания, тогда Уki=2*1,2=2,4.

Коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате:

kн=(Hж/D)0,5=(1,09/1)0,5=1,044

При этих данных получаем необходимую мощность:

Nэ=(kпkнУkiN+Nуп)/з=(1,044*2,4*424+9034)/0,85=11878 Вт.

По табл. 11 приложения [1] выбираем в качестве привода мешалки мотор-редуктор типа МПО-2 с мощностью электродвигателя N=132 кВт.

При ежедневной работе число рабочих дней в году составит: Dр=286 дней.

Расчет экономических критериев

Годовое число рабочих часов аппарата:

h=Dр*tсм*ц=288*16*0,75=3456 часов.

где tсм=16 часов - при двухсменной работе,

ц=0,75 - коэффициент заполнения аппарата.

Общее число рабочих часов в году:

Нгод=365*24=8760 часов.

Коэффициент использования аппарата:

зисп=h/Hгод=3456/8740=0,395

Долговечность аппарата:

D=зисп*H=0,395*10=3,95 года.

где Н=10 лет - срок эксплуатации аппарата.

Годовая производительность:

Пд=V*8760*ц=2,0*8760*0,75=13140 м3/год.

Годовой расход за электроэнергию:

Эн=h*N*Сэн=3456*132*5=2,2*106 тенге/год.

где Сэн=5 тенге - стоимость одного кВТ энергии.

Стоимость аппарата - С=140000 тенге

Заработная плата одного рабочего - Тр=192000 тенге/год

Годовая отдача:

Qг=С*D=140000*3,95=553000 тенге

Суммарный экономический эффект за период эксплуатации:

Q=Qг-(Эн+Тр)=553000-(2,2*106+192000)=-1,83*106 тенге/год

Рентабельность: исходя из наших данных и условий процесса, данная конструкция мешалки при применении к нашему процессу нерентабельна.

Расчет критериев развития конструкции.

Критерий долговечности:

Dд=D/зрем=3,95/0,8=4,94

где зрем=0,8 - критерий ремонтосложности

Критерий расхода материалов:

Км=G/Q=680/1,83*106=3,71*10-3

Критерий расхода энергии:

Кэ=Эн/(DNСэн)=2,2*106/(3,95*132*5)=843,8

Критерий габаритных размеров:

Кг=V/G=2,0/680=0,00294

Критерий использования материала:

х=V/(Dn) =2,0/(4,94*50)=0,0101

Критерий экологичности:

Кэ=(Sн-Sк)/S=(12-4,5)/1,9=3,95

Полученные данные и коэффициенты занесем в сводную таблицу №2.

Расчет пропеллерной мешалки

По рекомендациям приведенным в табл. 9.1 [1], перемешивание при указанных условиях может быть обеспечено лопастной мешалкой. Выбираем трехлопастную мешалку.

Согласно данным, представленным в табл. 9.4 [1], нормализованный реактор с номинальным объемом V=2,0 м3 имеет диаметр D=1400 мм, диаметр мешалки dм=1000 мм.

Примем окружную скорость мешалки щ=5м/с (по табл. 9.1 [1]). В этом случае частота вращения мешалки:

n=щ/(рdм)=5/(3,14*1)=1,592 с-1

В соответствии с этими данными по табл. 11 приложения [1] принимаем частоту вращения мешалки n=1,67 с-1.

Для определения глубины воронки в сосуде найдем значения параметров Г и Reцб. При коэффициенте заполнения сосуда ц=0,75 высота уровня жидкости Hж=1,09 м (табл. 9.4 [1]). В этом случае:

Г=8Hж/D+1=8*1,09/1,4+1=7,228

Критерий Рейнольдса при перемешивании:

Reцб=n(dм)2сж/м=1,67*12*1004/0,0023=728991

Значение параметра ом=0,56 по табл. 9.1 [1], тогда:

Е=Г/(омz(Reцб)0,25)=7,228/(0,56*1*7289910,25)=0,441

При этом значении по рис. 9.2 [1] находим В=5,2. Глубина воронки в сосуде без перегородок:

hв=Вn2(dм)2/2=5,2*1,052*12/2=2,82

При установке мешалки согласно табл. 9.1 [1] на высоте h=0,5dм=0,5*1=0,5 м предельно допустимая глубина воронки:

hпр=Нж-h=1,09-0,5=0,59 м.

Так как расчетная глубина воронки hв=2,82 м намного превосходит hпр=0,59 м, в аппарате следует установить отражательные перегородки.

Для выбора торцевого уплотнения рассчитаем предварительно диаметр вала мешалки:

dв=С*dм=0,116*1=0,116 м.

В соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 9.4 [1] принимаем диаметр вала dв=110 мм.

По данным табл. 9.3 и условию задачи выбираем торцевое уплотнение ТСК (одинарное).

Мощность, теряемая в торцевом уплотнении:

Nуп=6020(dв)1,3=6020*0,111,3=342 Вт.

По рис 9.3 [1] для трехлопастной мешалки в аппарате с перегородками при Reцб=718991 находим значение критерия КN=0,2. В этом случае мощность, затрачиваемая на перемешивание:

N=КNсn3(dм)5=0,2*1004*1,673*12=935 Вт.

Для расчета мощности электродвигателя примем дополнительные условия: в аппарате установлена гильза термопары и труба передавливания, тогда Уki=2*1,2=2,4.

Коэффициент высоты уровня жидкости в аппарате:

kн=(Hж/D)0,5=(1,09/1)0,5=1,044

При этих данных получаем необходимую мощность:

Nэ=(kпkнУkiN+Nуп)/з=(1,044*2,4*342+935)/0,85=2069 Вт.

По табл. 11 приложения [1] выбираем в качестве привода мешалки мотор-редуктор типа МПО-2 с мощностью электродвигателя N=3 кВт.

При ежедневной работе число рабочих дней в году составит: Dр=286 дней.

Расчет экономических критериев

Годовое число рабочих часов аппарата:

h=Dр*tсм*ц=288*16*0,75=3456 часов.

где tсм=16 часов - при двухсменной работе,

ц=0,75 - коэффициент заполнения аппарата.

Общее число рабочих часов в году:

Нгод=365*24=8760 часов.

Коэффициент использования аппарата:

зисп=h/Hгод=3456/8740=0,395

Долговечность аппарата:

D=зисп*H=0,395*10=3,95 года.

где Н=10 лет - срок эксплуатации аппарата.

Годовая производительность:

Пд=V*8760*ц=2,0*8760*0,75=13140 м3/год.

Годовой расход за электроэнергию:

Эн=h*N*Сэн=3456*3*5=51840 тенге/год.

где Сэн=5 тенге - стоимость одного кВТ энергии.

Стоимость аппарата - С=140000 тенге

Заработная плата одного рабочего - Тр=192000 тенге/год

Годовая отдача:

Qг=С*D=140000*3,95=553000 тенге

Суммарный экономический эффект за период эксплуатации:

Q=Qг-(Эн+Тр)=553000-(51840+192000)=309160 тенге/год

Окупаемость:

Нок=С/[зисп(Qг-(Эн+Тр)-С/D)]=140000/[0,395(309160-140000/3,95)]=1,29 года

Рентабельность:

q=Qг/(Эн+Тр)=553000/(51840+192000)=2,27

Расчет критериев развития конструкции.

Критерий долговечности:

Dд=D/зрем=3,95/0,8=4,94

где зрем=0,8 - критерий ремонтосложности

Критерий расхода материалов:

Км=G/Q=620/309160=2*10-4

Критерий расхода энергии:

Кэ=Эн/(DNСэн)=51840/(3,95*3*5)=874,9

Критерий габаритных размеров:

Кг=V/G=2,0/620=0,00322

Критерий трудоемкости изготовления:

Кт=С/Q=140000/309160=0,453

Критерий использования материала:

х=V/(Dn) =2,0/(4,94*50)=0,008

Критерий экологичности:

Кэ=(Sн-Sк)/S=(12-6)/1,9=3,16

Полученные данные и коэффициенты занесем в сводную таблицу №2.

4.Анализ, выбор и обоснование оптимального варианта конструкции

Таблица 2(а). Технические данные мешалок

Вид мешалки	Окружная скорость вращения мешалки м/с	Диаметр вала мешалке мм2	Необходимая мощность электродвигателя Вт	Выбранный вид двигателя
Лопастная	3	110	1224	МПО-2 N=1,5кВт
Якорная	2,5	50	773	МПО-2 N=0,75кВт
Рамная	2,5	50	773	МПО-2 N=0,75кВт
Турбинная	6	130	9034	МПО-2 N=132кВт
Пропеллерная	5	110	2069	МПО-2 N=3кВт

Таблица 2(б). Экономические критерии аппарата

Вид мешалки	Коэффициент использования аппарата зисп	Долговечность D год	Годовая производительность Пд м3	Годовой расход на электро энергию Эн тенге	Суммарный экономический эффект Q тенге	Окупаемость Нок год	Рентабельность Q
Лопастная	0,395	3,95	13140	25920	177080	1,67	1,81
Якорная	0,395	3,95	13140	12960	269040	1,27	2,31
Рамная	0,395	3,95	13140	12960	269040	1,27	2,31
Турбинная	0,395	3,95	13140	2200000	-183000
Пропеллерн	0,395	3,95	13140	51840	309160	1,29	2,27

Исходя, из вычисленных экономических критериев следует, что для использования в наших условиях наиболее подходит лопастная мешалка. Произведем сравнение конструкций по критериям окупаемости и рентабельности. Итак, окупаемость лопастной, якорной, рамной, турбинной и пропеллерной мешалок, соответственно, составляет: 1,67; 1,27; 1,27; и для пропеллерной мешалки - 1,29 года. Конструкция турбинной мешалки является наиболее дорогостоящей, а ее расход электроэнергии настолько велик, что окупаемость данной конструкции практически равна нулю. Следовательно, оценивая, по десятибалльной системе конструкции 1-5 получаем, следующие рейтинги: лопастная - 7 баллов, якорная и рамная - 10 баллов, турбинная - 0, пропеллерная -9.

Оценивая, по десятибалльной системе, рентабельность конструкций 1-5 получим: для лопастной мешалки - 10 баллов, для рамной и якорной - 6 баллов, для турбинной - 0, для пропеллерной - 7.

Суммируя, количество баллов по экономическим показателям получим, что наибольший балл набрала лопастная мешалка - 17.

Таблица 2(в). Критерии развития конструкции

Вид мешалки	Критерий долговечности	Критерий расхода материалов	Критерий расхода электроэнергии	Критерий габаритных размеров	Критерий трудоемкости изготовления	Критерий использования материалов	Критерий экологичности
Лопастная	5,643	3,16*10-4	874,9	0,00357	0,565	0,007	3,95
Якорная	5,267	2,23*10-3	874,9	0,00333	0,446	0,00757	3,68
Рамная	5,267	2,34*10-3	874,9	0,00317	0,446	0,0076	3,42
Турбинная	4,94	3,71*10-3	874,9	0,00294	0,453	0,0081	3,95
Пропеллерн	4,94	2*10-4	874,9	0,00322	0,453	0,008	3,16

Оценивая критерии развития конструкции лопастной, якорной, рамной, турбинной и пропеллерной мешалок получим, что по критерию долговечности наибольший балл 10 получает лопастная мешалка, якорная и рамная - 8 баллов, турбинная и пропеллерная - 6 баллов.

Оценивая критерий расхода материалов, получим, что наименьшее количество материалов пойдет на изготовление лопастной мешалки.

Исходя из критерия габаритных размеров, наибольший балл 10 получает лопастная мешалка, якорная -9 баллов, рамная -9, турбинная - 8 баллов, пропеллерная -8.

По критерию трудоемкости изготовления: лопастная мешалка -10 баллов, якорная и рамная - 8 баллов, турбинная и пропеллерная - 6.

Критерии расхода электроэнергии, использования материалов и экологичности у всех видов конструкций практически одинаковы.

Показатель	Лопастная мешалка	Якорная мешалка	Рамная мешалка	Турбинная мешалка	Пропеллерная мешалка
Окупаемости	7	10	10	0	9
Рентабельности	10	6	6	0	7
Критерий долговечности	10	8	8	6	6
Критерий габаритных размеров	10	9	9	8	8
Критерий трудоемкости изготовления	10	8	8	6	6
Критерий экологичности	10	8	5	10	3
Критерий расхода материалов	8	6	5	2	10
Критерий использования материалов	3	5	6	9	10
Итого	68	60	57	41	59

Проведя сравнительный анализ конструкций мешалок, мы получили, что оптимальной конструкцией является конструкция лопастной мешалки.

Описание конструкции

После предварительных расчетов мы установили, что наиболее подходящей конструкцией мешалок является лопастная.

Лопастные мешалки отличаются простой конструкцией и низкой стоимостью изготовления. Они обеспечивают вполне удовлетворительное перемешивание жидкостей с умеренной вязкостью. Наиболее просты по устройству мешалки с плоскими лопастями из полосовой или угловой стали, установленными перпендикулярно или наклонно к направлению их движения (рис.7). Частота вращения таких мешалок колеблется от 18 до 80 об/мин; при увеличении частоты вращения выше указанной эффективность перемешивания резко снижается. Диаметр лопастей составляет 0,7 диаметра сосуда, в котором работает мешалка.

Мешалка состоит из отдельных нормализованных элементов: сосуда с теплообменной рубашкой, перемешивающего устройства, привода перемешивающего устройства, трубы передавливания, термопары.

Объем сосуда равен 2м3, коэффициент заполнения -0,75. Теплообменная рубашка необходима для поддержания постоянной температуры в реакторе, так как большинство процессов перемешивания происходит с выделением тепла, то на необходимо нормализовать температуру. Перемешивающее устройство представляет собой металлические пластины, прикрепленные с двух сторон к сварной ступице. Термопары необходимы для контроля температур. Привод перемешивающего устройства: вал, на котором закреплена мешалка, посредством муфты соединен с выходным валом редуктора.

В качестве привода к данному аппарату выбран моноблочный мотор-редуктор, с жестким соединением валов мотора-редуктора и мешалки.

Одним из основных элементов аппарата для перешивания в жидких средах является его корпус, в котором осуществляется процесс перемешивания. Он с помощью опор-лап устанавливается на фундаменте. На крышке корпуса имеются плоские фланцы для присоединения уплотнений и привода, а также ряд патрубков, предназначенных для подвода среды к аппарату и отвода готового продукта от аппарата, для установки приборов контроля за ведением процесса и его управлением.

Вал мешалки представляет собой элемент конструкции, предназначенный для передачи момента от мотора-редуктора к мешалке. В нижней консольной части валов имеется монтажная втулка, предназначенная для удержания вала при его монтаже.

Труба передавливания. Трубой передавливания называется устройство, состоящее из фланца, укрепленного на одном из патрубков крышки корпуса, и фигурной трубы, опущенной внутрь корпуса, нижний срез которой установлен на минимальном расстоянии от наиболее низкой точки корпуса. Труба передавливания служит для непрерывной или периодической выгрузки перемешиваемой среды из аппарата. Выгрузка перемешиваемого продукта через Трубу передавливания обычно осуществляется путем создания перепада давления между срезом трубы на входе в нее и патрубком на выходе.

При включении электродвигателя вал с закрепленной на нем мешалкой начинает вращаться. При вращении лопастей мешалки в аппарате создаются тангенсальные потоки жидкости. При тангенсальном течении жидкость в аппарате движется преимущественно по концентрическим окружностям, параллельным плоскости вращения мешалки. Перемешивание происходит за счет вихрей, возникающих на кромках мешалки. Качество перемешивания будет наихудшим, когда скорость вращения жидкости равна скорости в ращения мешалки.

Перемешивание в данном аппарате происходит в турбулентном режиме. Это связано с тем, что при увеличении числа оборотов мешалки возрастает сопротивление среды вращению мешалки, вызванное турбулизацией пограничного слоя и образованием турбулентно кормового следа в пространстве за движущимися лопастями.

К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Вследствие незначительности осевого потока лопастные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки. Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика. Поэтому лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 0,01 кг/(м-с).

5.Выбор конструкционных материалов

механический мешалка лопастный

Прежде чем начать выбор конструкционных материалов дадим описание среды перемешиваемой в нашем аппарате, ее физические и химические свойства, температуру, давление.

Перемешиваемой средой в аппарате является анилин (C6H5NH2) - бесцветная жидкость, tкип=184,4°C, применяется в производстве красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, полимеров и др.

Давление в аппарате равно атмосферному давлению и составляет 0,1 МПа.

Температура среды равна 40°C.

При данной температуре плотность вещества составляет с=1004 кг/м3.

Данная перемешиваемая среда является достаточно агрессивной, поэтому аппарат рекомендуется изготовлять из различных хром-титановых сплавов [2]. Исходя из данных таблицы «Рекомендуемых конструкционных материалов» [2] стр.280 в качестве основного конструкционного материала выбираем сталь марки Х18Н10Т (ГОСТ 5632-61).

Целесообразно для снижения экономических затрат на изготовление аппарата в качестве материала корпуса и крышки аппарата выбирать двухслойную сталь ВМСт.3сп+Х18Н10Т. ВМСт.3сп.(ГОСТ 380-60) в качестве заготовок выбираем прокат сталь толстолистовая (ГОСТ 500-58) по таблице 2.1[2], Х18Н10Т (ГОСТ 5632-61) в качестве заготовок выбираем прокат сталь тонколистовая (ГОСТ 5582-61 гр. II-а) по таблице 2.1[2].

Для изготовления теплообменной рубашки и лопастей мешалки выбираем сталь Х18Н10Т (ГОСТ 5632-61) в качестве заготовок используем прокат сталь тонколистовая (ГОСТ 5582-61 гр. II-а) по таблице 2.1[2].

В качестве материала для валов нашего перемешивающего устройства выбираем сталь Х18Н10Т (ГОСТ 5632-61), заготовки изготавливаем из стали Х18Н10Т сортовой (ГОСТ 5949-61) по таблице 2.1[2].

6.Описание технологии изготовления аппарата

Основное количество аппаратов с перемешивающими устройствами, выпускаемых отечественной промышленностью, изготавливается на заводах химического и нефтяного машиностроения, поэтому выбор аппаратов в проектных и технологических организациях, разрабатывающих тот или иной технологический процесс, в первую очередь, должен производиться на основании действующих отраслевых каталогов и стандартов на аппараты с перемешивающими устройствами, насчитывающих более 1500 типоразмеров аппаратов объемом от 0,01 до 100 м3 (на различные давления и из различных материалов). Выбранные по отраслевым каталогам аппараты не требуют разработки технических проектов, что существенно сокращает сроки их поставки, а также повышает серийность изготовления на заводах химического машиностроения.

Разработка индивидуальных технических проектов аппаратов производится на основании технического задания, в соответствие с действующей в стране «Единой системой конструкторской документации» (ЕСКД). Технические задания на аппараты с перемешивающими устройствами разрабатывают по исходным данным заказчика с учетом действующих стандартов на аппараты и на основные элементы конструкции.

Разработка технической документации и изготовление аппаратов с мешалками производится в строгом соответствии с ЕСКД, действующими отраслевыми и государственными стандартами, «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» и «Правилами техники безопасности труда и охраны здоровья». Аппараты с перемешивающими устройствами должны удовлетворять следующим показателям надежности и долговечности:

а) наработка на отказ от 800 до 8000 ч (определяется видом уплотнительного устройства вала);

б) ресурс до первого капитального ремонта не менее 17 200 ч;

в) срок службы не менее 10 лет;

г) коэффициент технического использования не менее 0,93.

Аппараты с мешалками в сборе должны быть транспортабельны, их габаритные размеры должны соответствовать габаритам подвижного железнодорожного состава МПС (ГОСТ 9238 -- 73). Если аппарат в собранном виде нетранспортабелен, его транспортирую! по частям, в минимальном количестве и с минимальной степенью негабаритности. Любая степень негабаритности при перевозке железной дорогой согласуется с главным управлением движения МПС.

В состав рабочей документации обязательно должен входить проект установки аппарата при транспортировке, включающий чертежи закрепления и защиты вала мешалки внутри корпуса аппарата от возможных наружных ударов и вибрации, закрепления корпуса аппарата на платформе и т. д.

При невозможности выполнения закрепления вала мешалки внутри корпуса аппарата или необходимости поставки привода отдельно допускается раздельная поставка корпуса, привода и внутренних устройств аппарата. Сборка аппарата в этом случае производится на предприятии заказчика заводом-изготовителем.

Как показывает опыт работы, качество консервации и упаковки аппаратов, обеспечивающих их защиту от повреждений и атмосферных влияний в период транспортировки и хранения, оказывает весьма серьезное влияние на сохранение технического состояния и работоспособность аппарата, поступающего на монтажную площадку. Правильность упаковки и крепления аппарата должна подтверждаться соответствующей записью в свидетельстве об упаковке.

Особая требовательность должна предъявляться к качеству изготовлений привода аппарата, в том числе к изготовлению вала и корпусов подшипников, а также к качеству проверки и сборки комплектующих узлов -- привода и уплотнения.

Валы, состоящие из частей, соединенных при помощи продольно-разъемной муфты, в собранном виде должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к неразрезным валам. Проверка сборных валов должна производиться в центрах.

Отклонения вала от вертикали при установке в аппарате не должно быть более 0,3 мм на 1 м длины. При центровке вала редуктора с промежуточным валом или валом мешалки с помощью продольно-разъемной или фланцевой муфты несоосность не должна превышать вследствие смещения осей 0,05 мм и вследствие излома осей 0,05 мм на 1 м длины Радиальное биение поверхности вала в месте установки уплотнительного устройства в зависимости от типа уплотнения и диаметра вала не должно превышать 0,1--0,25 мм: