1

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

WYDZIAŁ TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

INSTYTUT TECHNOLOGII I INŻYNIERII CHEMICZNEJ

ZAKŁAD INŻYNIERII I APARATURY CHEMICZNEJ

MIESZALNIK

Projekt wykonany w ramach zajęć

Maszynoznawstwo i aparatura przemysłu chemicznego

Anna Brejecka

studia dzienne I stopnia 2011/2012

na kierunku Technologia Chemiczna

Temat:

Zaprojektować mieszalnik do wytworzenia zawiesiny ciała stałego w cieczy w

temperaturze T=70

o

C o żądanych parametrach: masa zawiesiny

z

G

=1200kg , stosunek

masowy ciała stałego do cieczy rozpraszającej wynosi

s

X =0,35, średnica ziarna ciała stałego

d

s

= 48

.

10

-6

m i gęstość ciała stałego

ρ

s

=1200 kg/m

3

Uwagi:

2

s

obr

n

05

,

1

0

=

1.

Charakterystyka techniczna aparatu.

1.1

Zastosowanie mieszalnika

Mieszalnik służący do wytwarzania mieszaniny dwufazowej typu ciecz-ciało stałe –
zawiesiny.

Masa zawiesiny

z

G

=1200kg, stosunek masowy

s

X =0,35, średnica ziarna ciała stałego

d

s

= 48

.

10

-6

m, temperatura pracy mieszalnika 70

o

C, gęstość ciała stałego 

s

=1200 kg/m

3

Jako ciecz przyjmuję wodę.

Aparat posiada króciec wpustowy i wypustowy oraz właz z pokrywą.

1.2

Podstawowe parametry operacyjne

Nominalne obroty mieszadła:

Moc mieszania:

W

P

54

,

69

=

Moc silnika:

W

P

rz

4

,

190

=

Liczba przegród: 4

Ilość łap: 3

1.3

Rodzaj zastosowanego mieszadła

Zastosowanym mieszadłem jest mieszadło wirnikowe stalowe otwarte, czyli turbina

Rushtona o parametrach d=0,4m.

1.4

Ilość stosowanych mieszadeł

Zastosowano jedno mieszadło.

1.5

Umiejscowienie wału

Wał mieszadła umieszczony jest od góry w osi zbiornika (pionowo).

1.6

Pozycja aparatu

Aparat ustawiony jest pionowo na 3 łapach wraz z podporami.

1.7

Rysunek ideowy →

3

1.8

Charakterystyka materiałów

Czas użytkowania mieszalnika– 10 lat.
Materiał wykonawczy zbiornika – stal węglowa konstrukcyjna spawalna St-3.
Stal St-3 składa się z:
0,22 % węgla
1,10 % manganu
0,10-0,35% krzemu
Max 0,05% fosforu
Max 0,05% siarki.

4

2.

Część obliczeniowa

1. Podstawowe parametry fizykochemiczne układu

35

,

0

=

s

X

g

ę

sto

ść

wody w T:

343K

3

78

,

977

m

kg

c

=

ρ

3

1200

m

kg

s

=

ρ

s

Pa

c

⋅

⋅

=

−

4

10

07

,

4

η

lepkość wody w
T:343K

1.1. Przeliczanie X

s

na X

v

v

v

s

x

x

X

−

=

1

v

v

x

x

−

=

1

35

,

0

1.2. Obliczanie gęstości zawiesiny

s

v

c

v

s

c

z

x

x

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

)

1

(

−

+

⋅

=

1200

)

74

,

0

1

(

78

,

977

74

,

0

1200

78

,

977

⋅

−

+

⋅

⋅

=

z

ρ

1.3. Obliczanie lepkości zawiesiny

)

45

,

0

1

(

s

z

v

c

z

x

ρ

ρ

η

η

⋅

⋅

+

⋅

=

)

1200

05

,

1133

74

,

0

45

,

0

1

(

10

07

,

4

4

⋅

⋅

+

⋅

⋅

=

−

z

η

74

,

0

=

v

x

3

05

,

1133

m

kg

z

=

ρ

s

Pa

z

⋅

⋅

=

−

4

10

35

,

5

η

2. Bilans masowy

kg

G

z

1200

=

35

,

0

=

s

X

kg

G

c

889

=

kg

G

z

1200

=

2.1. Obliczenie masy cieczy

s

z

c

X

G

G

+

=

1

35

,

0

1

1200

+

=

c

G

2.2. Obliczenie masy ciała stałego

c

z

s

G

G

G

−

=

889

1200

−

=

s

G

kg

G

c

889

=

kg

G

s

311

=

3. Wyznaczenie objętości aparatu

3

05

,

1133

m

kg

z

=

ρ

kg

G

z

1200

=

3.1. Obliczenie objętości zawiesiny

z

z

z

G

V

ρ

=

05

,

1133

1200

=

z

V

3

06

,

1

m

V

z

=

5

3

06

,

1

m

V

z

=

3.2. Obliczenie objętości rzeczywistej

z

rz

V

V

⋅

=

2

,

1

06

,

1

2

,

1

⋅

=

rz

V

3

272

,

1

m

V

rz

=

4. Dobór zbiornika

3

272

,

1

m

V

rz

=

m

D

w

2

,

1

=

4.1. Obliczenie orientalnej średnicy aparatu

3

4

π

rz

w

V

D

=

3

272

,

1

4

π

⋅

=

w

D

Przyjmuję D

nom

=1200 [mm] na podstawie normy BN-75/2221-21,

pozostałe parametry:

V

nom

= 1,6[m

3

]

4.2. Dobór dennicy dolnej

Zgodnie z normą PN-69/M-35413 dobrano dennicę dolną o małej

wypukłości:

mm

h

h

h

h

d

w

c

d

191

151

40

=

+

=

+

=

m

V

m

h

wyobl

d

1045

,

0

191

,

0

=

=

4.3. Obliczenie objętości dennicy

c

w

wyobl

d

h

D

V

V

⋅

⋅

+

=

4

2

π

04

,

0

4

2

,

1

1045

,

0

2

⋅

⋅

+

=

π

d

V

4.4. Dobór kołnierza do dennicy

Zgodnie z normą

PN 67/H-74722

dobrano kołnierz

m

h

koł

115

,

0

=

m

D

w

17

,

1

=

m

D

w

2

,

1

=

3

6

,

1 m

V

nom

=

m

L

z

55

,

1

=

3

15

,

0

m

V

d

=

6

m

D

w

2

,

1

=

3

272

,

1

m

V

rz

=

3

13

,

0

m

V

koł

=

3

15

,

0

m

V

d

=

3

992

,

0

m

V

cyl

=

m

D

w

2

,

1

=

3

7850

m

kg

stali

=

ρ

m

H

cyl

877

,

0

=

m

g

m

B

p

012

,

0

12

,

0

=

=

4.5. Obliczenie objętości kołnierza

koł

w

koł

koł

h

D

V

mm

h

⋅

⋅

=

=

4

115

2

π

115

,

0

4

2

,

1

2

⋅

⋅

=

π

koł

V

4.6. Obliczenia objętości części walcowej zbiornika

koł

d

rz

cyl

koł

d

cyl

rz

V

V

V

V

V

V

V

V

−

−

=

+

+

=

13

,

0

15

,

0

272

,

1

−

−

=

cyl

V

4.7. Obliczenia wysokości części walcowej zbiornika

2

4

w

cyl

cyl

D

V

H

⋅

⋅

=

π

2

2

,

1

992

,

0

4

⋅

⋅

=

π

cyl

H

4.8. Dobór przegród

Wg normy BN-75/2225-06 dobieram zbiornik z 4 przegrodami o
szerokości B i grubości g.

w

p

w

D

g

D

B

⋅

=

⋅

=

01

,

0

1

,

0

4.9. Obliczenie masy 1 przegrody

stali

p

cyl

prz

g

B

H

m

ρ

⋅

⋅

⋅

=

7850

0012

,

0

12

,

0

877

,

0

⋅

⋅

⋅

=

prz

m

3

13

,

0

m

V

koł

=

3

992

,

0

m

V

cyl

=

m

H

cyl

877

,

0

=

m

g

m

B

p

012

,

0

12

,

0

=

=

kg

m

prz

99

,

0

=

5. Obliczenie minimalnej częstości obrotów

m

D

w

2

,

1

=

5.1. Obliczenie średnicy mieszadła

7

629

,

4

=

C

wg UDT

m

d

4

,

0

=

2

81

,

9

s

m

g

=

3

1200

m

kg

s

=

ρ

3

78

,

977

m

kg

c

=

ρ

s

Pa

c

⋅

⋅

=

−

4

10

07

,

4

η

35

,

0

=

s

X

m

d

s

6

10

48

−

⋅

=

s

Pa

c

⋅

⋅

=

−

4

10

07

,

4

η

2124

,

338460

Re

0

=

m

d

4

,

0

=

3

78

,

977

m

kg

c

=

ρ

d

d

D

w

=

=

3

2

,

1

3

Średnica mieszadła: 400mm

5.2. Obliczenie liczby Reynolds’a

3

1

)

(

)

(

)

(

Re

9

,

1

25

,

0

17

,

0

6

,

0

45

,

0

2

2

3

0

⋅

⋅

⋅

⋅

∆

⋅

⋅

⋅

⋅

=

d

d

X

g

d

C

s

s

c

c

c

ρ

ρ

η

ρ

3

1

)

4

,

0

10

48

(

35

,

0

)

78

,

977

22

,

222

(

)

)

10

07

,

4

(

78

,

977

81

,

9

4

,

0

(

629

,

4

Re

9

,

1

25

,

0

6

17

,

0

6

,

0

45

,

0

2

4

2

3

0

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

−

−

Z wykresu wyznaczam Ne

6

=

Ne

5.3. Obliczenie minimalnej liczby obrotów

c

c

d

n

ρ

η

⋅

⋅

=

2

0

0

Re

78

,

977

4

,

0

10

07

,

4

2

,

338460

2

4

0

⋅

⋅

⋅

=

−

n

Na podstawie normy BN-62/2201-03 i BN-62/2201-04

dobieram nominalne obroty mieszadła:

s

obr

n

05

,

1

0

=

m

d

4

,

0

=

2124

,

338460

Re

0

=

s

n

1

88

,

0

0

=

6. Obliczenie mocy mieszania

8

6

=

Ne

s

obr

n

05

,

1

0

=

m

d

4

,

0

=

3

78

,

977

m

kg

c

=

ρ

78

,

977

05

,

1

4

,

0

6

3

5

3

5

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

⋅

=

P

n

d

Ne

P

c

ρ

W

P

54

,

69

=

7. Obliczenie mocy silnika

m

H

cyl

877

,

0

=

m

D

w

2

,

1

=

W

P

54

,

69

=

73

,

0

1

=

k

5

,

2

5

,

1

3

2

=

=

k

k

wg UDT

W

P

rz

4

,

190

=

s

obr

n

05

,

1

0

=

8

,

1

=

e

X

wg UDT

2

7

,

121666666

m

N

k

=

7.1. Obliczenie współczynnika napełnienia mieszalnika cieczą

w

cyl

D

H

k

=

1

2

,

1

877

,

0

1

=

k

7.2. Obliczenie mocy rzeczywistej

3

2

1

k

k

k

P

P

rz

⋅

⋅

⋅

=

5

,

2

5

,

1

73

,

0

54

,

69

⋅

⋅

⋅

=

rz

P

7.3. Obliczenie momentu skręcającego

n

P

s

rz

M

⋅

=

163

,

0

05

,

1

4

,

190

163

,

0

⋅

=

s

M

7.4. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych

Dla stali St3 dla której wartość Re wynosi wg normy:

PN-61/H-84020

2

7

10

9

,

21

m

N

R

e

⋅

=

e

e

X

R

k

=

8

,

1

10

9

,

21

7

⋅

=

k

7.5. Obliczenie dopuszczalnych naprężeń na skręcenia jednostronne

k

k

j

s

8

,

0

5

,

0

.

÷

=

7

,

121666666

6

,

0

.

⋅

=

j

s

k

73

,

0

1

=

k

W

P

rz

4

,

190

=

m

N

M

s

⋅

=

56

,

29

2

7

,

121666666

m

N

k

=

9

mm

m

C

5

,

0

0005

,

0

1

=

=

mm

C

1

2

=

0015

,

0

=

c

m

N

M

s

⋅

=

56

,

29

2

.

02

,

73000000

m

N

k

j

s

=

m

d

w

03

,

0

=

w

c

d

d

=

m

S

c

0076

,

0

=

Pa

p

atm

101325

=

3

05

,

1133

m

kg

z

=

ρ

m

H

cyl

877

,

0

=

2

81

,

9

s

m

g

=

m

d

w

03

,

0

=

m

S

c

0076

,

0

=

Pa

p

obl

05

,

111073

=

s

obr

n

05

,

1

0

=

7.6. Obliczenie naddatku grubości

3

2

1

c

c

c

c

+

+

=

7.7. Obliczenie średnicy wału mieszadła

c

k

M

d

j

s

s

w

+

⋅

=

3

.

71

,

1

0015

,

0

02

,

73000000

56

,

29

71

,

1

3

+

⋅

=

w

d

Na podstawie normy BN-74/2225-04 dobieram średnicę wału

równą:

m

d

w

03

,

0

=

7.8. Obliczenie grubości uszczelnienia dławika

c

c

d

S

⋅

⋅

=

−

2

10

4

,

4

03

,

0

10

4

,

4

2

⋅

⋅

=

−

c

S

7.9. Obliczenie wysokości dławika

c

dł

S

h

⋅

=

8

0076

,

0

8

⋅

=

dł

h

7.10. Obliczenie ciśnienia obliczeniowego

hyd

atm

obl

p

p

p

+

=

cyl

z

hyd

H

g

p

⋅

⋅

=

ρ

877

,

0

81

,

9

05

,

1133

⋅

⋅

=

hyd

p

05

,

9748

101325

+

=

obl

p

7.11. Obliczenie mocy traconej na skutek tarcia w dławnicy

)

1

1

,

0

exp(

2

2

0

−

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

c

dł

obl

c

w

S

h

p

S

d

n

P

)

1

0076

,

0

0608

,

0

1

,

0

exp(

05

,

111073

0076

,

0

03

,

0

05

,

1

2

2

0

−

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

P

2

.

02

,

73000000

m

N

k

j

s

=

0015

,

0

=

c

m

d

w

014

,

0

=

m

S

c

0076

,

0

=

m

h

dł

0608

,

0

=

Pa

p

hyd

05

,

9748

=

Pa

p

obl

05

,

111073

=

W

P

3

,

1

0

=

10

m

h

dł

0608

,

0

=

W

P

rz

4

,

190

=

W

P

3

,

1

0

=

85

,

0

=

d

η

7.12. Obliczenie mocy silnika

d

rz

s

P

P

P

η

0

+

=

85

,

0

3

,

1

4

,

190

+

=

s

P

W

P

s

5

,

225

=

8. Dobór silnika

W

P

s

5

,

225

=

Dobieram silnik na podstawie strony

http://www.motoreduktory.eu/index.php?option=com_content&

task=view&id=55&Itemid=1

Dobrałam silnik trójfazowy

SG 71-4A

o mocy znamionowej 0,25 kW i

prędkości synchronicznej 70 obr/min = 1,16 obr/s.

kg

m

sil

3

,

10

=

9. Dobór stojaka pod napęd

m

d

w

03

,

0

=

Na podstawie normy BN-73/2225-02 dobieram stojak pod napęd

S-425.

Parametry:

mm

D

mm

H

mm

h

z

425

470

34

=

=

=

kg

m

stoj

68

=

10. Dobór mieszadła

Piasta:

Na podstawie normy BN-75/2225-06 dobieram mieszadło
wirnikowe stalowe otwarte (turbina Rushtona) o parametrach:

m

d

4

,

0

=

kg

m

miesz

4

,

6

=

11

mm

b

mm

w

mm

l

mm

l

mm

d

mm

d

mm

d

p

p

12

3

,

43

28

50

70

75

40

1

2

1

=

=

=

=

=

=

=

Taroza:

mm

g

mm

d

6

300

3

=

=

Łopatka:

mm

c

mm

g

mm

l

mm

h

50

6

100

80

1

=

=

=

=

11. Dobór przekładni

Na podstawie katalogu strony:

www.kacperek.com.pl

Dobrano przekładnię zębatą HM 20/2

kg

m

przek

4

=

12. Dobór sprzęgła

Na podstawie normy BN-81/2225-11 dobrano sprzęgło o:

]

[

8

,

2

]

[

120

,

0

]

[

095

,

0

kg

m

m

L

m

D

sp

z

=

=

=

kg

m

sp

8

,

2

=

13. Dobór dławnicy

Na podstawie normy BN-74/2225-04 dobrano dławnicę do wału,

gdzie:

[ ]

[ ]

]

[

9

16

,

0

03

,

0

kg

m

m

d

m

d

dł

dł

nom

=

=

=

kg

m

dł

9

=

14. Dobór kołnierza pod dławnicę

Na podstawie normy BN-74/2225-05 dobrano kołnierz pod dławnice

o:

]

[

5

,

2

.

kg

m

dł

k

=

kg

m

dł

k

5

,

2

.

=

3.

Część konstrukcyjna

1. Obliczenie grubości ścianki płaszcza

1.1. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych na rozrywanie (stal St3)

12

8

,

1

=

e

X

wg UDT

2

7

10

9

,

21

m

N

R

e

⋅

=

wg PN-61/H-84020

0

,

1

7

,

0

÷

=

dop

z

85

,

0

=

dop

z

85

,

0

=

z

Pa

p

obl

05

,

111073

=

m

D

w

2

,

1

=

2

7

,

121666666

m

N

k

=

a=1

mm

m

C

5

,

0

0005

,

0

1

=

=

wg UDT

lat

10

=

τ

rok

mm

s

1

,

0

=

m

g

00056

,

0

0

=

m

D

w

2

,

1

=

m

g

005

,

0

=

e

e

X

R

k

=

8

,

1

10

9

,

21

7

⋅

=

k

1.2. Wartość współczynnika a

Dla stosunku

4

,

1

≤

Dw

Dz

współczynnik a = 1

1.3. Wartość współczynnika wytrzymałości szwu
Dla dwustronnego złącza doczołowego współczynnik wytrzymałości
„z” wynosi:

z = 1,00·z

dop

85

,

0

00

,

1

⋅

=

z

1.4. Obliczenie grubości ścianki

obl

obl

w

p

z

k

a

p

D

g

−

⋅

⋅

⋅

=

3

,

2

0

05

,

111073

85

,

0

7

,

121666666

3

,

2

05

,

111073

2

,

1

0

−

⋅

⋅

⋅

=

g

1.5. Obliczenie rzeczywistej grubości ścianki

2

1

0

C

C

g

g

+

+

=

τ

⋅

=

s

C

2

10

1

,

0

2

⋅

=

C

001

,

0

0005

,

0

00056

,

0

+

+

=

g

Przyjmuję na podstawie

BN-65/2002-02

m

g

005

,

0

=

1.6. Obliczenie średnicy zewnętrznej

g

D

D

w

z

2

+

=

005

,

0

2

2

,

1

⋅

+

=

z

D

2

7

,

121666666

m

N

k

=

85

,

0

=

z

m

g

00056

,

0

0

=

mm

C

1

2

=

m

g

002

,

0

=

m

D

z

21

,

1

=

13

2. Sprawdzenie grubości ścianki płaszcza ze względu na sztywność

m

D

z

21

,

1

=

2

7

10

9

,

21

m

N

R

e

⋅

=

e

z

sz

R

D

g

)

5

,

2

(

10

95

,

2

5

+

⋅

=

7

5

10

9

,

21

)

5

,

2

21

,

1

(

10

95

,

2

⋅

+

⋅

=

sz

g

m

g

sz

005

,

0

=

3. Obliczenie grubości dennicy dolnej

d= 0,2m

m

D

z

21

,

1

=

m

g

005

,

0

=

57

,

2

=

ω

m

H

z

191

,

0

=

m

D

z

21

,

1

=

2

7

10

9

,

21

m

N

R

e

⋅

=

3.1. Obliczenie współczynnika ω

g

D

d

z

⋅

=

ω

W dnie przewidziano otwór o średnicy d= 0,2m

005

,

0

21

,

1

2

,

0

⋅

=

ω

h

c

i h

w

odczytujemy z normy PN-69/M-35413; dla D

w

=1200:

h

w

=151

h

c

=40

3.2. Obliczenie wysokości dennicy dolnej

151

40

+

=

+

=

z

w

c

z

H

h

h

H

3.3. Obliczenie współczynnika y

w

)

,

(

ω

z

z

w

D

H

f

y

=

21

,

1

191

,

0

=

z

z

D

H

wg UDT, y

w

zostało odczytane z tablicy 3.1

3.4. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dla dennicy dolnej

57

,

2

=

ω

m

H

z

191

,

0

=

16

,

0

=

z

z

D

H

61

,

4

=

w

y

14

55

,

1

=

e

X

wg UDT


z=1, gdyż dno jest
toczone w całości

0015

,

0

=

c

2

6

,

141290322

m

N

k

=

m

D

z

21

,

1

=

61

,

4

=

w

y

Pa

p

obl

05

,

111073

=

e

e

X

R

k

=

55

,

1

10

9

,

21

7

⋅

=

k

3.5. Obliczenie grubości ścianki dennicy

C

z

k

y

p

D

g

w

obl

z

+

⋅

⋅

⋅

⋅

=

4

0015

,

0

1

6

,

141290322

4

61

,

4

05

,

111073

21

,

1

+

⋅

⋅

⋅

⋅

=

d

g

Według normy PN-69/M-35413 przyjmuję, że g=6mm

Masa dennicy dolnej:

kg

M

d

d

74

.

=

2

6

,

141290322

m

N

k

=

m

g

d

0026

,

0

=

m

g

d

006

,

0

=

4. Obliczenie grubości dennicy górnej

2

7

10

9

,

21

m

N

R

e

⋅

=

65

,

1

=

e

X

wg UDT

m

d

125

,

0

=

otwór = króciec

m

D

z

21

,

1

=

4.1. Dobór dennicy wg normy

h

c

i r

w

odczytujemy z normy PN-69/M-35414; dla D

w

=1200:

r

w

=50

h

c

=40

4.2. Obliczenie wysokości dennicy dolnej

w

c

z

r

h

H

+

=

50

40

+

=

z

H

4.3. Obliczenie naprężeń dopuszczalnych dla dennicy dolnej

e

e

X

R

k

=

65

,

1

10

9

,

21

7

⋅

=

k

4.4. Obliczenie współczynnika

z

z

D

d

D

z

−

=

0

m

H

z

09

,

0

=

2

7

,

132727272

m

N

k

=

15

r

w

=50

0015

,

0

=

c

2

7

,

132727272

m

N

k

=

Pa

p

obl

05

,

111073

=

9

,

0

0

=

z

m

D

w

2

,

1

=

m

D

kr

37

,

1

=

wg PN-69/M-35414

m

g

g

006

,

0

=

3

7850

m

kg

stali

=

ρ

21

,

1

125

,

0

21

,

1

0

−

=

z

4.5. Obliczenie grubości ścianki dennicy

C

z

k

p

r

D

g

obl

w

w

+

⋅

⋅

−

⋅

=

0

)

(

35

,

0

0015

,

0

9

,

0

7

,

132727272

05

,

111073

)

05

,

0

2

,

1

(

35

,

0

+

⋅

⋅

−

⋅

=

g

Przyjmuję, że g=6mm wg normy PN-69/M-35414

5.5. Obliczenie masy dennicy górnej

stali

g

kr

g

d

g

D

M

ρ

π

⋅

⋅

⋅

=

2

.

.

)

2

(

7850

006

,

0

)

2

37

,

1

(

2

.

.

⋅

⋅

⋅

=

π

g

d

M

9

,

0

0

=

z

m

g

g

0027

,

0

=

m

g

g

006

,

0

=

kg

M

g

d

4

,

69

.

.

=

6. Wyznaczanie średnicy największego otworu niewymagającego wzmocnienia w płaszczu i dennicach

Pa

p

obl

05

,

111073

=

m

g

d

006

,

0

=

C

2

=0,001m

a = 1

2

6

,

141290322

m

N

k

=

m

D

w

2

,

1

=

m

D

z

21

,

1

=

082

,

0

=

r

z

6.1. Dennica dolna

)

(

3

,

2

)

(

2

2

C

g

k

a

C

g

D

p

z

w

obl

r

−

⋅

⋅

−

+

=

)

001

,

0

006

,

0

(

6

,

141290322

3

,

2

)

001

,

0

006

,

0

2

,

1

(

05

,

111073

−

⋅

⋅

−

+

⋅

=

r

z

Największa średnica otworu w dennicy dolnej nie wymagająca

wzmocnienia równa się najmniejszej z trzech podanych wartości:

2

,

0

35

,

0

)

1

)(

(

81

,

0

3

2

3

2

1

=

⋅

=

−

−

=

d

D

d

z

C

g

D

d

z

r

w

3

1

)

082

,

0

1

(

)

001

,

0

006

,

0

(

2

,

1

81

,

0

−

⋅

−

⋅

⋅

=

d

21

,

1

35

,

0

2

⋅

=

d

082

,

0

=

r

z

m

d

14

,

0

1

=

m

d

4

,

0

2

=

16

Pa

p

obl

05

,

111073

=

m

g

g

006

,

0

=

C

2

=0,001m

a = 1

2

7

,

132727272

m

N

k

=

m

D

w

2

,

1

=

m

D

z

21

,

1

=

088

,

0

=

r

z

Pa

p

obl

05

,

111073

=

m

g

005

,

0

=

C

2

=0,001m

a = 1

2

7

,

121666666

m

N

k

=

m

D

w

2

,

1

=

m

D

z

21

,

1

=

12

,

0

=

r

z

m

d

2

,

0

3

=

Wybieram zatem d

1

o wartości 0,14m

6.2. Dennica górna

)

001

,

0

006

,

0

(

7

,

132727272

3

,

2

)

001

,

0

006

,

0

2

,

1

(

05

,

111073

−

⋅

⋅

−

+

⋅

=

r

z

m

d

d

d

2

,

0

21

,

1

35

,

0

)

088

,

0

1

(

)

001

,

0

006

,

0

(

2

,

1

81

,

0

3

2

3

1

=

⋅

=

−

⋅

−

⋅

⋅

=

Wybieram zatem d

1

o wartości 0,14m

6.3. Płaszcz

)

001

,

0

005

,

0

(

7

,

121666666

3

,

2

)

001

,

0

005

,

0

2

,

1

(

05

,

111073

−

⋅

⋅

−

+

⋅

=

r

z

21

,

1

35

,

0

)

12

,

0

1

(

)

001

,

0

005

,

0

(

2

,

1

81

,

0

2

3

1

⋅

=

−

⋅

−

⋅

⋅

=

d

d

m

d

2

,

0

3

=

Wybieram zatem d

1

o wartości 0,13m

m

d

2

,

0

3

=

088

,

0

=

r

z

m

d

m

d

m

d

4

,

0

14

,

0

2

,

0

2

1

3

=

=

=

12

,

0

=

r

z

m

d

m

d

m

d

4

,

0

13

,

0

2

,

0

2

1

3

=

=

=

7. Dobór króćców

m

d

14

,

0

1

=

Podstawowe
parametry króćca:

Rura

Do dennicy górnej i dolnej wg BN-76/2211-40 dobrano króćce o

mm

D

nom

125

=

Króciec nie potrzebuje wzmocnienia, gdyż jego średnica jest

największą średnicą wycinanego otworu niewymagającego

wzmocnienia.

17

Mpa

p

mm

l

mm

d

mm

D

nom

z

nom

6

,

1

300

133

125

2

=

=

=

=

Kołnierz

kg

m

mm

H

l

mm

d

mm

g

mm

D

kr

otworów

o

z

29

,

11

55

8

18

22

250

=

=

=

=

=

=

Liczba śrub – 8
Gwint – M16

300

55

2

+

=

+

=

kr

kr

H

l

H

H

m

H

kr

355

,

0

=

8. Dobór kołnierza do płaszcza

m

D

w

2

,

1

=

Podstawowe
parametry
kołnierza:

mm

d

mm

D

mm

g

mm

D

mm

d

z

z

40

1380

38

1455

1220

0

0

=

=

=

=

=

Szyjka:

mm

r

mm

s

mm

H

mm

D

16

11

115

1255

2

=

=

=

=

Przylga:

mm

f

mm

D

5

1325

1

=

=

Liczba śrub – 32

Dobrano kołnierz wg PN-67/H-74722 (taki sam dobrano do dennicy
górnej) o średnicy

mm

D

nom

1200

=

18

MPa

p

nom

6

,

1

=

Gwint – M36

kg

m

koł

173

=

9. Dobór włazu

Parametry dla
włazu:

mm

D

wł

400

=

kg

m

wł

258

,

120

=

Parametry śrub dla
włazu:
Śruby z łbem
sześciokątnym
M24x100
masa 1 sztuki:
0,452 kg
liczba sztuk: 12

Parametry nakrętek
dla włazu:
masa nakrętki:
0,107 kg
liczba sztuk: 12

Parametry
uszczelek dla
włazu:
rodzaj: PZ
d=420mm
D=478mm

Parametry
kołnierza dla
pokrywy:

mm

d

mm

D

mm

g

mm

D

o

o

z

26

505

31

560

=

=

=

=

9.1. Właz dobieram wg normy BN-83/2211-25/02

19

kg

m

mm

c

mm

D

mm

D

l

otworów

3

,

29

15

408

396

12

7

2

=

=

=

=

=

Parametry nakładki
dla pokrywy:

mm

D

mm

D

mm

D

mm

D

mm

D

473

439

465

396

466

8

6

5

2

1

=

=

=

=

=

Parametry dna
pokrywy:

mm

h

kg

m

mm

s

mm

D

140

85

,

7

5

406

1

9

=

=

=

=

Masa pokrywy:

kg

m

pokrywy

2

,

38

=

Parametry rury dla
króćca włazu:

kg

m

mm

l

mm

s

mm

d

z

6

,

12

200

6

439

=

=

=

=

Parametry
kołnierza dla
króćca:

kg

m

l

mm

d

mm

D

mm

g

mm

D

otworów

o

o

z

3

,

23

12

26

505

32

560

=

=

=

=

=

=

20

Parametry nakładki
dla króćca:

kg

m

mm

D

mm

D

3

,

2

426

466

2

1

=

=

=

mm

D

wł

400

=

9.2. Obliczenia pierścienia wzmacniającego

•

Właz wymaga wzmocnienia:

4

2

wł

D

F

⋅

=

π

4

4

,

0

2

⋅

=

π

F

•

Obliczenia średnicy zewnętrznej pierścienia:

π

F

d

p

z

8

.

=

π

126

,

0

8

.

⋅

=

p

z

d

2

126

,

0

m

F

=

m

d

p

z

57

,

0

.

=

10. Obliczenia sprawdzające wybraną średnicę wału

m

H

cyl

877

,

0

=

m

h

koł

115

,

0

=

m

h

d

191

,

0

=

m

N

M

s

⋅

=

56

,

29

m

l

758

,

0

=

Pa

G

10

10

1

,

8

⋅

=

m

d

w

03

,

0

=

m

d

w

03

,

0

=

10.1. Obliczenia długości roboczej wału

)

115

,

0

191

,

0

877

,

0

(

3

2

)

(

3

2

+

+

⋅

=

+

+

⋅

=

l

h

h

H

l

koł

d

cyl

10.2. Obliczenia kąta skręcenia wału

4

32

w

s

d

G

l

M

⋅

⋅

⋅

⋅

=

π

ϕ

4

10

03

,

0

10

1

,

8

758

,

0

56

,

29

32

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

π

ϕ

10.3. Obliczenia momentu bezwładności wału

64

4

w

d

I

⋅

=

π

64

03

,

0

4

⋅

=

π

I

10.4. Obliczenia krytycznej częstości kątowej drgań wału

m

l

758

,

0

=

s

rad

0035

,

0

=

ϕ

4

8

10

4

m

I

−

⋅

=

21

kg

m

w

2

,

4

=

4

8

10

4

m

I

−

⋅

=

m

l

758

,

0

=

Pa

E

11

10

,1

2

⋅

=

3

3

2

1

l

m

EI

w

kr

⋅

⋅

=

π

ω

3

8

11

758

,

0

2

,

4

10

4

10

1

,

2

3

2

1

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

−

π

ω

kr

s

rad

kr

7

,

18

=

ω

4. Obliczenia masy aparatu pustego i zalanego

1. Obliczenia aparatu pustego

m

H

cyl

877

,

0

=

3

7850

m

kg

stali

=

ρ

m

D

w

2

,

1

=

m

D

z

21

,

1

=

3

017

,

0

m

V

cylind

=

kg

m

cylind

3

,

130

=

kg

m

wł

258

,

120

=

kg

M

g

d

4

,

69

.

.

=

kg

M

d

d

74

.

=

kg

m

koł

173

=

kg

m

kr

29

,

11

=

kg

m

prz

99

,

0

=

kg

m

sil

3

,

10

=

kg

m

stoj

68

=

1.1.

Część cylindryczna

cylind

w

cylind

z

cylind

H

D

H

D

V

⋅

⋅

−

⋅

⋅

=

4

4

2

2

π

π

877

,

0

4

2

,

1

877

,

0

4

21

,

1

2

2

⋅

⋅

−

⋅

⋅

=

π

π

cylind

V

cylind

cylind

V

m

⋅

=

ρ

7850

017

,

0

⋅

=

cylind

m

1.2.

Całkowita masa pustego aparatu

dł

k

dł

sp

przek

miesz

stoj

sil

prz

kr

koł

dd

gd

wł

cylind

pustego

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

.

.

.

4

2

2

+

+

+

+

+

+

+

⋅+

⋅+

⋅+

+

+

+

=

3

017

,

0

m

V

cylind

=

kg

m

cylind

3

,

130

=

22

kg

m

miesz

4

,

6

=

kg

m

przek

4

=

kg

m

sp

8

,

2

=

kg

m

dł

9

=

kg

m

dł

k

5

,

2

.

=

kg

m

pustego

498

,

869

=

2. Obliczenia aparatu zalanego

kg

m

pustego

498

,

869

=

z

G

=1200kg

z

pustego

G

m

M

+

=

1200

498

,

869

+

=

M

kg

M

498

,

2069

=

3. Dobór łap wspornych

kg

M

498

,

2069

=

m

D

w

2

,

1

=

Parametry łap:

mm

g

mm

g

mm

g

w

l

c

3

3

6

=

=

=

Dane dotyczące
łap:

kg

m

mm

e

mm

m

mm

s

mm

H

1

,

9

150

182

150

284

max

=

=

=

=

=

3.1. Obliczenie masy ruchowej
czyli ciężar przypadający na 2 łapy:

2

/

m

m

ruchowa

=

3.2. Dobór łap

Zgodnie z normą BN-221264/-02 i BN-64/2252-01 dobieram 3 łapy o
wielkości W=180.

Blacha wymaga wzmocnienia, gdyż minimalna grubość płaszcza nie
wymagająca wzmocnienia wynosi 6 mm, podczas gdy grubość
rzeczywista płaszcza wynosi 5 mm.






3.3. Dobór blachy wzmacniającej na podstawie normy BN-66/2212-
08

a=180mm
g=10mm
m=3,25kg

kg

m

ruchowa

749

,

1034

=

4. Sprawdzenie stateczności podpory

2

2

=

=

α

m

l

•

Smukłość podpory

F

I

l

min

α

λ

=

23

C100:

4

7

min

10

93

,

2

m

I

−

⋅

=

2

3

10

35

,

1

m

F

−

⋅

=

4

7

min

10

93

,

2

m

I

−

⋅

=

MPa

E

5

10

2

⋅

=

2

2

=

=

α

m

l

kN

F

kr

1

,

36

=

x=5

kg

M

498

,

2069

=

2

81

,

9

s

m

g

=

n=3

kg

M

498

,

2069

=

l=2m

kg

m

łapy

1

,

9

=

m

kg

G

c

6

,

10

=

wg PN-H-
93400:2003

wg normy
PN-H-93400:2003
wybrałam ceownik C100

3

7

10

35

,

1

10

93

,

2

2

2

−

−

⋅

⋅

⋅

=

λ

λ

jest większe od 100, więc korzystam ze wzoru Eulera

•

Stateczność podpory na wyboczenia

2

2

min

2

α

π

l

EI

F

kr

=

2

2

7

2

2

2

10

93

,

2

200000

⋅

⋅

⋅

⋅

=

−

π

kr

F

•

Obciążenia dopuszczalne

x

F

F

kr

dop

=

5

1

,

36

=

dop

F

•

Obciążenia rzeczywiste

n

Mg

F

rzecz

=

3

81

,

9

498

,

2069

⋅

=

rzecz

F

Spełniony jest warunek:

dop

rzecz

F

F

<

•

Ciężar ruchowy zbiornika z konstrukcją nośną

c

łapy

zb

G

l

m

m

G

⋅

⋅

+

+

=

3

3

6

,

10

2

3

1

,

9

3

498

,

2069

⋅

⋅

+

⋅

+

=

zb

G

•

Obliczanie powierzchni podkładek pod nogi wspornikowe

100

5

,

271

>

=

λ

kN

F

kr

1

,

36

=

kN

F

dop

22

,

7

=

kN

F

rzecz

77

,

6

=

kg

G

zb

398

,

2160

=

24

MPa

k

n

2

=

kg

G

zb

398

,

2160

=

n

zb

n

k

A

G

<

⋅

=

2

3

σ

więc:

n

zb

k

G

A

⋅

=

3

2

3

10

81

,

9

398

,

2160

6

⋅

⋅

⋅

=

−

A

m

A

059

,

0

=

5.

Obliczenie czasu wypływu

1. Czas wypływu z części cylindrycznej

mm

D

nom

125

=

m

D

w

2

,

1

=

m

H

cyl

877

,

0

=

2

012

,

0

m

f

=

2

13

,

1

m

F

=

2

81

,

9

s

m

g

=

62

,

0

=

α

1.1 Pole powierzchni otworu wylotowego

4

2

nom

D

f

⋅

=

π

4

125

,

0

2

⋅

=

π

f

1.2.

Pole powierzchni zwierciadła

4

2

w

D

F

⋅

=

π

4

2

,

1

2

⋅

=

π

F

1.3.

Czas opróżnienia zbiornika

∫

⋅

⋅

⋅

⋅

−

=

2

1

2

H

H

H

dH

g

f

F

α

τ

H

g

f

F

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

2

2

α

τ

877

,

0

81

,

9

2

62

,

0

012

,

0

13

,

1

2

⋅

⋅

⋅

⋅

⋅

=

τ

2

012

,

0

m

f

=

2

13

,

1

m

F

=

s

2

,

64

=

τ

25

6.

Spis oznaczeń z jednostkami

B - szerokość przegrody [m]

nom

D

- średnica wewnętrzna mieszalnika [m]

z

D

- średnica zewnętrzna mieszalnika [m]

zkol

D

- średnica zewnętrzna kołnierza [m]

zst

D

- średnica zewnętrzna stojaka [m]

z

G

- masa zawiesiny [kg]

cyl

H

- wysokość części cylindrycznej [m]

I – moment bezwładności [

2

m

kg

⋅

]

s

M - moment skręcający [

m

N

]

M

a

– masa aparatu pustego [kg]

M – masa zalanego aparatu [kg]
P

s

– moc silnika [W]

0

P - moc tracona na skutek tarcia dławnicy [W]

P - moc mieszania [W]

rz

P

- moc rzeczywista mieszania [W]

T - temperatura [

C

°

]

c

V - objętość fazy ciągłej [

3

m

]

d

V - objętość dennicy [

3

m

]

s

V - objętość ciała stałego [

3

m

]

w

V - objętość części walcowej [

3

m

]

cs

V - objętość zawiesiny [

3

m

]

s

X - stosunek masowy

d – średnica mieszadła [m]

s

d - średnica ziarna ciała stałego [m]

w

d - średnica wału [m]

d

c

– średnica dławika [m]

d

o

–max średnica otworu niewymagającego wzmocnienia [m]

g – grubość ścianki płaszcza [m]

0

g - minimalna grubość ścianki [m]

den

g

- grubość ścianki dennicy dolnej [m]

denII

g

- grubość ścianki dennicy górnej [m]

sz

g - grubość ścianki ze względu na sztywność [m]

h – wysokość zawieszenia mieszadła [m]
h

kol

– wysokość kołnierza [m]

h

dl

– wysokość kołnierza pod dławnicę [m]

h

st

– wysokość stojaka [m]

i

m - masa i-tego elementu [kg]

0

n - minimalna częstość obrotów [

s

obr.

]

n - częstość obrotów [

s

obr.

]

h

p - ciśnienie hydrostatyczne [Pa]

ow

p

- ciśnienie obliczeniowe [Pa]

26

atm

p

- ciśnienie obliczeniowe bez ciśnienia hydrostatycznego [Pa]

- wytrzymałość na zginanie

c

x - udział masowy cieczy

s

x - udział masowy ciała stałego

V

x - udział objętościowy ciała stałego

r

w

i

i

z

y

k

c

,

,

,

,

,

ω

α

-

współczynniki

bezwymiarowe

c

η

- lepkość fazy ciągłej [

s

Pa

⋅

]

s

η

- sprawność silnika

z

η

- lepkość zawiesiny [

s

Pa

⋅

]

c

ρ

- gęstość fazy ciągłej [

3

/ m

kg

]

s

ρ

- gęstość ciała stałego [

3

/ m

kg

]

z

ρ

- gęstość zawiesiny

τ

- czas eksploatacji aparatu [s]

Ne – liczba mocy
Re – liczba Reynolds’a

7.

Spis cytowanej literatury

1. Pikoń Jerzy, Atlas konstrukcji aparatury chemicznej, PWN, Warszawa, 1981
2. Pikoń Jerzy, Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej, cz. I, PWN,
Warszawa, 1979
3. Pikoń Jerzy, Podstawy konstrukcji aparatury chemicznej, cz. II, PWN,
Warszawa, 1979
4. Pikoń Jerzy, Tablice do projektowania aparatury chemicznej, cz. I, PWN,
Kraków, 1974
5. http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Maszyny/maszynoznawstwo.html
6. Dobrzański T. „Rysunek Techniczny Maszynowy” PWN, Warszawa

BN-75/2221-21 - Zbiorniki cylindryczne poziome i pionowe z dnami o małej wypukłości
PN-69/M35413 - Dna o małej wypukłości stalowe, tłoczone o średnicach wewnętrznych

od 600 do 3200 mm

BN-65/2201-03 - Nominalne prędkości obrotowe mieszadeł
BN-62/2201-04 - Nominalna średnica wałów mieszadeł
PN-61/H-84020 - Wykresy własności wytrzymałościowych i wielkości fizycznych stali

węglowych i stopowych

BN-74/2225-04 - Dławnice do wałów
BN-73/2225-02 - Stojaki napędów mieszadeł pionowych
BN-22126/-02

- Dobór wielkości łap

BN-74/2225-05 - Kołnierze pod dławnice
BN-76/2211-40

- Króćce z kołnierzami przyspawanymi okrągłymi z szyjką

27

Spis treści

1.

Charakterystyka techniczna aparatu.........................................................................................................2

1.1.

Zastosowanie mieszalnika...............................................................................................................2

1.2.

Podstawowe parametry operacyjne..............................................................................................2

1.3.

Rodzaj zastosowanego mieszadła...................................................................................................2

1.4.

Ilość zastosowanych mieszadeł.......................................................................................................2

1.5.

Umiejscowienie wału......................................................................................................................2

1.6.

Pozycja aparatu...............................................................................................................................2

1.7.

Rysunek ideowy..............................................................................................................................2

1.8.

Charakterystyka materiałów...........................................................................................................3

2.

Część obliczeniowa....................................................................................................................................4

2.1.

Podstawowe parametry fizykochemiczne układu...........................................................................4

2.2.

Bilans masowy................................................................................................................................4

2.3.

Wyznaczenie objętości aparatu......................................................................................................4

2.4.

Dobór zbiornika...............................................................................................................................5

2.5.

Obliczenie minimalnej częstości obrotów.......................................................................................6

2.6.

Obliczenie mocy mieszania.............................................................................................................7

2.7.

Obliczenie mocy silnika...................................................................................................................8

2.8.

Dobór silnika.................................................................................................................................10

2.9.

Dobór stojaka pod napęd..............................................................................................................10

2.10.

Dobór mieszadła........................................................................................................................10

2.11.

Dobór przekładni.......................................................................................................................11

2.12.

Dobór sprzęgła...........................................................................................................................11

2.13.

Dobór dławnicy..........................................................................................................................11

2.14.

Dobór kołnierza pod dławnicę...................................................................................................11

3.

Część konstrukcyjna

3.1.

Obliczenie grubości ścianki płaszcza.............................................................................................11

3.2.

Sprawdzenie grubości ścianki płaszcza ze względu na sztywność................................................12

3.3.

Obliczenie grubości dennicy dolnej...............................................................................................13

3.4.

Obliczenie grubości dennicy górnej..............................................................................................14

3.5.

Wyznaczenie średnicy największego otworu niewymagającego wzmocnienia w płaszczu i
dennicach......................................................................................................................................15

3.6.

Dobór króćców..............................................................................................................................16

3.7.

Dobór kołnierza do płaszcza.........................................................................................................17

3.8.

Dobór włazu..................................................................................................................................17

3.9.

Obliczenia sprawdzające wybraną średnicę wału.........................................................................20

4.

Obliczenia masy aparatu pustego i
zalanego...................................................................................................................................................21

4.1.

Obliczenia aparatu pustego..........................................................................................................21

4.2.

Obliczenia aparatu zalanego.........................................................................................................21

4.3.

Dobór łap wspornych....................................................................................................................21

4.4.

Sprawdzenie stateczności podpory...............................................................................................22

5. Obliczenie czasu wypływu..........................................................................................................................23

5.1. Czas wypływu z części cylindrycznej..............................................................................................23

6. Spis oznaczeń z jednostkami.......................................................................................................................25
7. Spis cytowanej literatury............................................................................................................................26
8. Rysunek ofertowy.