Recipient sub presiune cu dispozitiv de amestecare

Recipient sub presiune cu dispozitiv de amestecare

Sa se proiecteze un recipient sub presiune cilindric vertical in constructie sudata, cu manta de incalzire prevazut cu dispozitiv de amestecare, care are urmatoarele caracteristici:

Recipientul va fi folosit pentru amestecare a doua lichide iar amestecul rezultat dupa omogenizare are urmatoarele proprietati:

Timpul de functionare al recipientului este de 10 ani.

La alegerea solutiei constructive se va avea in vedere ca lichidul este netoxic, neletal,si neexploziv.

Incalzirea recipientului se va face cu abur saturat sau difil.

Recipientul va fi dotat cu urmatoarele racorduri:

-umplere;

-golire:

-aerisire;

-manometru;

-termometru;

-intrare si iesire agent termic;

-evacuare condens;

-gaura de vizitare;

Capacul recipientului va fi de tip semielipsoidal,demontabil,asamblat de corpul recipientului prin flanse stranse prin suruburi.

Fundul recipientului va fi semielipsoidal sudat de corpul recipientului.

Recipientul va fi montat pe suporti laterali sau de fund.Materialul din care este construit recipientul este otel-carbon sau otel inoxidabil

CUPRINSUL PROIECTULUI

1. Memoriu justificativ de calcul:

1. Descrierea unui recipient cu amestecator(schita)
2. stabilirea geometriei recipientului si a "h" de lichid in recipient (schita A4 la scara).
3. proiectarea corpului recipientului:

alegerea materialului si determinarea tensiunilor admisibile pentru materialele adoptate.

calculul de dimensionare a virolei cilindrice a capacului si fundului recipientului solicitate la presiune interioara.

alegerea agentului termic si stabilirea presiunii acestuia.

verificarea grosimii virolei cilindrice a capacului si a fundului recipientului solicitat la presiunea exterioara si stabilirea grosimii finale.

4. calculul de rezistenta pentru sistemul de incalzire (manta).
5. alegerea flansei dintre capac si corpul recipientului.
6. alegerea racordurilor si compensarea orificiilor (acolo unde este cazul).
7. proiectarea dispozitivelor de amestecare: alegerea amestecatorului (tip si dimensiuni, amplasare in recipient).

calculul puterii necesare amestecarii.

calculul puterii instalate si alegerea motorului pentru actionare.

alegerea materialului de constructie pentru arboreal amestecatoruluisi stabilirea tesnsiunilor admisibile ale acestuia.

predimensionarea arborelui la torsiune.

trasarea diagramei de putere si a diagramei momentelor de torsiune.

stabilirea geometriei arborelui (schita A4 la scara).

verificarea arborelui la solicitari compuse (schita A4).

alegerea rulmentilor.

alegerea cuplajului dintre motor si arbore.

8. alegerea sistemului de rezemare.

calculul greutatii recipientului.

stabilirea sistemului de rezemare.

9. calculul ecuatiilor pentru utilajul proiectat.

2. Partea grafica:

Desenul de ansamblu al utilajului care contine sectiunea principala verticala so vedere de sus , cu detalii flansa si un record:

C. Bibliografie

--V.V. Jinescu-"Utilaj tehnologic pentru industrii de process"

Vol.1,2,3,4.-Ed. Tehnica,Buc 1983,1988,1989

--V.V. Jinescu,C.D. Taca,M. Paunescu-"Elemente constructive pentru dispozitive de amestecare"

Stabilirea Geometriei Recipientului si a Inaltimii Lichidului in Recipient

Orice utilaj sau componenta a unui utilaj care este supusa presiunii in

timpul functionarii face parte din categoria utilajelor tip recipient.

Recipientul sub presiune este un invelis dintr-un anumit material care contine un

fluid la o anumita presiune in conditii sigure de rezistenta,rigiditate si etanseitate.

Rezervoarele servesc la depozitarea substantelor fluide(lichide si gaze) si a substantelor pulberulente sau granulare.

In functie de destinatia lor,rezervoarele sunt:

-cilindrice(verticale,orizontale)

-sferice

-prismatice

Rezervoarele cilindrice se realizeaza cu fund plat,conic,convex(sferic sau elipsoidal),concav(sferic sau elipsoidal).

Volumul total:

; unde h_c=40..100mm;

a=0,5D_n;

b=0,25D_n;

Coeficientul de umplere φ → Volumul util:

→V_u= φ.V_t (1)

V_u= (2)

Din (1) si (2) → Calculul inaltimii cilindrice umplute cu lichid:

→ H_lichid=

=0,25.D_n

Alegem h_c=50mm=0.05m

=2 (3)

D_n[mm]=1200=1,2m (4)

→ a=0.5D_n=0.6m;

→ b=0.25D_n=0.3m;

Din (3) si (4) → H=2.4 m

3.279822

→ V_u=

V_u= (5)

Dar V_u= φ.V_t (1) → 1.9678932 (6)

Din (5) si (6) →196.78932=

→H_lc=1.7345

→Calculul inaltimii totale a lichidului din vas:

H_t=H+2.h_c+H_f+H_c

H_t=2.4+2.0.05+0.3+0.3

H_t=3.1

Calculul presiunii totale:

P_c-presiunea de calcul

P_h-presiunea hidrostatica

p_n-presiunea nominala

p_c=p_n+p_h

[MPa]

Numai in cazul in care se ia in calcul.

In caz contrar rezulta p_c=p_n

P_h=0.015 MPa

0.015<0.03

=>pc=pn=0.6MPa

3. Proiectarea Corpului Materialului

3.1 Alegerea Materialului si Determinarea Tensiunilor Admisibile Pentru Materialele Adoptate

Scara rezistentei la coroziune:

SR. EN 100628-2

SR EN 13445-3

Am ales otel inoxidabil X7CrAl13 cu R_p0,2/Tag=235

Calculul tensiunii admisibile a materialului.

τ_a^t tensiunea admisibila a materialului la temperatura T_n.

c_r=20;

c_c=1.5

T_n=100⁰

Rm=450N/mm

Rp0,2=241.25N/mm

Pentru recipient:

N/mm²

Pentru manta:

N/mm²

Agentul termic il reprezinta vaporii difili

Acelasi material ales pentru recipient se alege si penru manta:

In formula se va folosi temperatura agentului termic.(T_ag=100⁰C)

T_ag=100

T_n=60

60.............x

100-50.........235-x

50............235-x

→ 40*235-40*x= -250

→ x= 241.25

Definirea conditiilor de lucru :

T_ag=100°C → 0,0006953[MPa]

Agentul termic este unul Difil

Determinarea Adaosului de Coroziune.

c=v_c·t

c-adaos coroziune

v_c-viteza de coroziune =0.5

t-timpul de functionare =10 ani

c=0.5·10=5mm /10ani

Pentru ca avem otel inoxidabil X7CrAl13, alegem prin conventie,,0''=> c=0

Coeficientul de rezistenta la imbinari sudate : Z=0,85

e_a-grosime standardizata

e_a=e+c+c_t

e-adaos de coroziune

c_t-adaos tehnologic

Invelisuri cilindrice

Grosimea ceruta se calculeaza astfel:

;

l- grosimea materialului

D_i=D_n=1,2m

!!! Trebuie calculate si pentru recipient si pentru manta; presiunea pentru manta este egala cu presiunea agentului .

D_i,manta=D_i+100mm

f= tensiunea admisibila pentru manta

Funduri elipsoidale:

;

R- raza medie a unui fund torosferic (a partii sferice)

;

;

; h_i- inaltimea fundului torosferic

h_i= si 1,7<k<2,2

Alegem k=2 →

Conditii de aplicare :

r≤0,2 D_i

r≥0,06 D_i

r≥2 e (ptr recipient) , unde D_e=D_i+2e

e≤0,08 D_e

e_a≥0,001 D_e e_a=grosimea utila

R≤ D_e

Grosimi ale tablei standardizate:

4,5,6,7,8,9,10,12,14,16,18,20,22,25,28,30,32,35,38,40

Grosimea ceruta va fi una din grosimile:

; unde f_b=

Calcule:

Invelisuri cilindrice:

-grosime:

Grosimea pentru recipient

mm

Funduri torosferice.pentru recipient

1.08

Conditii de aplicare :

f_b==155.66

Grosimea cea mai mare este e_s= → e_stas=4mm

Diametrul pentru manta

D_m=D_n+0.1=1,2+0.1=1,3m

Grosimea pentru manta.

P=0.0006953MPa

P=presiunea difil

Z=0.85.0.9

Z- coefficient de calitate al sudurii

Z=0.85

Funduri torosferice.pentru recipient

0.323501329

Conditii de aplicare :

f_b==160.83

Grosimea cea mai mare este e_s= → e_stas=4mm

Invelisurile supuse la presiune exterioara :

-pentru invelisurile din otel austenitic:

S=1.5

Lungimea libera:

h"=H= 0,3m

h'=H_capac=0,25*Di=0,3m

H=H

H=2.4 =L

L=2.4+0.4*0.3+0.4*0.3 è L=2.74

Grosimea cilindrului:

Grosimea unui cilindru nu trebuie sa fie mai mica decat cea determinate conform procedurii urmatoare:

E=2.1·10⁵ MPa

a) se alege o valoare e_a si se calculeaza P_y astfel:

e_a=3 mm

b) se calculeaza P_m cu formula urmatoare,cu aceeasi valoare admisa pentru e_a:

=0.07

- se deduce din graphic in functie de: =0.07

=

c) se calculeaza P_m/P_y si se determina P_r/P_y:

èP_r=0.959

Mpa

è P>P_r/S ----Nu se verifica

è Alegem e_a=5 mm

b) se calculeaza P_m cu formula urmatoare,cu aceeasi valoare admisa pentru e_a:

=0.07

- se deduce din graphic in functie de: =0.07

=

c) se calculeaza P_m/P_y si se determina P_r/P_y:

èP_r=0.856

Mpa

è P<P_r/S ---- Se verifica

Pentru fundul cilindrului:

E=2.1·10⁵ MPa

a) se alege o valoare e_a si se calculeaza P_y astfel:

e_a=5mm

b) se calculeaza P_m cu formula urmatoare,cu aceeasi valoare admisa pentru e_a:

=0.0002

0.1365

==1.3247

==0.468

→ =0.00015

c) se calculeaza P_m/P_y si se determina P_r/P_y:

P_m/P_y=0.1655 è P_r=0.073MPa (din fig 85-5->Pr)

P<P_r/S ----Se verifica

Alegerea flansei

Se alege o: --->flansa cu gat pentru sudare cu suprafata plana cu umar.

---> materialul este acelasi cu materialul recipientului.

Dupa forma suprafetei de etansare alegem flansa cu gat cu forma PU-cu suprafata de etansare plana cu umar

Proiectarea dispozitivului de amestecare

Alegem amestecator cu brate drepte

d_a-anvergura amestecatorului

mm

---> h=150 mm

Calculul puterii necesare amestecarii

w-viteza amestecatorului

w= 2 m/s

--->

Calculam Reynolds:

---> din diagrama de dependenta : M_e=f(Re) ---> M_e=4

Ne-dependenta numarului Newton de numarul Reynolds necesar pentru calculul puterii de actionare

Ne-se alege din diagrama

[W]

n= rot/min=0.7957rot/s

k-coeficient de siguranta

k=1.1.1.2

k=1.2

Ne=3

=W=1.347KW

k_z=numarul de amestecatoare

2 amestecatoare cu 2 brate

Pentru calcule se va folosi mai departe Na^'

Calculul puterii efective.

η=0.75.0.95

η=0.8

N_DE-putere necesara frecarii din dispozitivul de etansare

N_DE=(0.1.0.2)·Na^'=0.1· Na^'=0.233031 kW

N_ef=3.25974kW ] --->

n= ] --->

Puterea instalata:

Se alege astfel incat N_i> N_ef

Se alege tipul motoreductorului:

Motoreductor cu angrenaj cilindric cu 2 trepte:

Tipul motoreductorului:2N-A

Alegerea materialului de constructie

OLT 35 R -STAS 10382-88

E=2.12*10N/mm

Cr=2.3..2.4=2.4

Cc=3...4=4

=30MPa

d_stas=20;25;28;32;40;50;60;70;80;90;100

d=60 mm → d₃(fig 94)

Diametrele arborelui:

d₃=45

d₂=50

d₁=55

d=60

d₄=55

Alegerea amestecatorului cu brate:

Stabilirea geometriei arborelui

Trasarea diagramei

N_i≥N_ef,N_a

N_F=Ni∙kw

N_F=N_E=3.8kw

N_D=N_E∙kw

N_C=N_D.kw

N_DE=10%∙Na=0.1347 kw

N_B=N_C-N_DE=3.58968 kw

N_A= kw

Verificarea la solicitari compuse a arborelui

Suportul dispozitivului de amestecare

W_nec=

W_nec=21205.75

M_i,ech=

Se alege:

e=

d=

c=

b=H_tot -H_l+h₁=880+350=1230mm

h1=350mm

F=1273.33N

k=0.75

r=

Mi,F=0

Mi,E=0

Mi,D=R_E∙d=2454465 N∙mm

Mi,C=R_E∙(d+c)+R_D∙c=3918555 N∙mm

Mi,B=R_E∙(d+c+b)+R_D∙(c+b)=12375789 N∙mm

Mech,F=0.75∙Mt=315150 MPa

Mech,E+ε=236362.5 MPa

Mech,E-ε=177271.875 MPa

Mech,D+=132953.9 MPa

Mech,D-ε=99715.42 MPa

Mech,C+=74786.57 MPa

Mech,C-=56089.92MPa

Mech,B-=31550.58 MPa

Mech,B+=42067.44 MPa

Trasarea diagramei

8.Alegerea sistemului de rezemare

Calculul greutatii utilajului

kg

G_metal=m_metal∙g

m_metal=V_recipent∙

+∙7850+0.3∙(7850∙ )=48903.145kg

Alegerea lagarelor

1.Lagar superior -radial-axial cu role conice pe un rand

2.Lagar inferior -radial-oscilant cu role butoi pe doua randuri

Alegerea cuplajului elastic cu bolturi

Alegerea dispozitivului de etansare

Dispozitiv de etansare cu umplutura moale fara racier