ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

W SZCZECINIE

WYDZIAŁ TECHNOLOGII I INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Kierunek: Inżynieria Chemiczna i Procesowa

Projekt nr 1

Olszewska Joanna

Rok I, semestr I

Studia N2

Szczecin, dn. 07.11.2012r. / 23.11.2012r.

1. TREŚĆ PROJEKTU

PROJEKT CIEPŁO 1

Zaprojektować mieszalnik do prowadzenia procesu ustalonej wymiany ciepła. Zbiornik bez przegród z płaskim dnem oraz niecentrycznie umieszczonym mieszadłem HE3 o średnicy

d = 0,33D. Wysokość słupa cieczy H_c jest równa połowie średnicy wewnętrznej mieszalnika D_w. W mieszalniku ogrzewana jest ciecz, przepływająca przez mieszalnik w ilości 0,2 kg/s. Średnia temperatura mieszanej cieczy t_m = 74.5^oC. Średnia temperatura pary grzewczej

t_p = 102,2^oC. Zbiornik wypełniony jest w 75%. Częstość obrotów mieszadła n = 4,88 1/s. Odległość wału mieszadła od osi zbiornika wynosi e/R = 0,4. Średnica zbiornika

D_w = 0,45m.

Założenia projektowe
Naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia
Ciśnienie normalne
Szybkość korozji
Granica plastyczności stali St3S
Współczynnik bezpieczeństwa St3S
Czas eksploatacji mieszalnika
Sprawność silnika
Współczynnik przewodzenia ciepła St3S

2. PARAMETRY FIZYCZNE MIESZANEJ CIECZY

Ciepło właściwe mieszanej cieczy
tm = 74, 5[^oC]
Gęstość mieszanej cieczy
tm = 74, 5[^oC]
Lepkość dynamiczna mieszanej cieczy
tm = 74, 5[^oC]
Współczynnik przewodzenia ciepła
tm = 74, 5[^oC]

3. SPIS TREŚCI

1. TREŚĆ PROJEKTU……………………………………………………………...	2
2. PARAMETRY FIZYCZNE MIESZANEJ CIECZY…………………………….	3
3. SPIS TREŚCI……………………………………………………………………..	4-6
4. SPIS OZNACZEŃ………………………………………………………………..	7-9
5. CZĘŚĆ TEORETYCZNA………………………………………………………	10-12
5.1. Wymiana ciepła………………………………………………………………...	10
5.2. Opis konstrukcyjny……………………………………………………………	11
5.3. Mieszadło HE 3………………………………………………………………...	12
6. CZĘŚĆ OBLICZENIOWA………………………………………………………	13-29
6.1. Wymiary i podstawowe parametry mieszalnika……………………………..	13
6.1.1. Wysokość słupa cieczy……………………………………………………….	13
6.1.2. Wysokość mieszalnika………………………………………………………	13
6.1.3. Objętość robocza płynu w mieszalniku………………………………………	13
6.1.4. Objętość rzeczywista mieszalnika……………………………………………	13
6.1.5. Średnica mieszadła…………………………………………………………	13
6.1.6. Wysokość zawieszenia mieszadła……………………………………………	13
6.2. Liczba mocy mieszania dla mieszadła HE3…………………………………	14
6.3. Dobór materiału konstrukcyjnego…………………………………………...	14-15
6.4. Obliczanie grubości ścianek mieszalnika……………………………………	15-18
6.4.1. Naddatki………………………………………………………………………	15-16
6.4.2. Wyznaczanie naprężeń dopuszczalnych wybranego materiału………………	16
6.4.3. Ciśnienie obliczeniowe……………………………………………………….	16
6.4.4. Wstępna grubość ścianki bez naddatków……………………………………	16
6.4.5. Grubość ścianki z naddatkami………………………………………………..	17
6.4.6. Wyznaczanie współczynników α , z………………………………………….	17
6.4.7. Grubość ścianki rzeczywista………………………………………………….	18
6.5. Obliczenie grubości dennicy mieszalnika……………………………………	18
6.6. Wymiary blachy na powłokę walcową mieszalnika…………………………	18-19
6.7. Bilans cieplny………………………………………………………………..	19-21
6.7.1. Powierzchnia wymiany ciepła..……………………………………………...	19
6.7.2. Ilość ciepła dostarczana do mieszanej cieczy………………………………...	19
6.7.3. Jednostkowy strumień ciepła…………………………………………………	19
6.7.4. Współczynnik przenikania ciepła…………………………………………….	20
6.7.5. Współczynnik wnikania ciepła po stronie kondensującej się pary…………	20
6.7.6. Współczynnik wnikania ciepła po zewnętrznej stronie………………………	20
6.7.7. Grubość płaszcza grzejnego………………………………………………….	20
6.7.8. Temperatura cieczy przy ściance……………………………………………..	20
6.7.9. Lepkość cieczy przy ściance………………………………………………….	21
6.7.10. Simpleks lepkości…………………………………………………………...	21
6.8. Liczby kryterialne …………………………………………………………...	21-22
6.8.1. Liczba Nuselta………………………………………………………………..	21
6.8.2. Liczba Prandtla……………………………………………………………….	21
6.8.3. Liczba Reynoldsa……………………………………………………………	22
6.9. Otwór o największej średnicy niewymagający wzmocnienia……………….	22
6.10. Wał mieszadła………………………………………………………………	23-25
6.10.1. Moc mieszania………………………………………………………………	23
6.10.2. Moc na wale mieszadła……………………………………………………	23
6.10.3. Moment skręcający wał……………………………………………………	23
6.10.4. Średnica wału mieszadła……………………………………………………	24
6.10.5. Długość wału mieszadła…………………………………………………….	24
6.10.6. Wskaźnik przekroju na zginanie…………………………………………….	24
6.10.7. Wskaźnik wytrzymałości na skręcanie……………………………………	24
6.10.8. Moment bezwładności………………………………………………………	24
6.10.9. Kąt skręcania wału…………………………………………………………	25
6.10.10. Dobór wału mieszadła……………………………………………………	25
6.11. Napęd……………………………………………………………………….	25-26
6.11.1. Straty mocy na dławiku……………………………………………………..	25
6.11.2. Wysokość dławika…………………………………………………………..	25
6.11.3. Moc stracona na dławieniu………………………………………………….	25
6.11.4. Moc silnika………………………………………………………………….	25
6.11.5. Dobór silnika………………………………………………………………..	26
6.12. Dobór króćców i zaworów………………………………………………….	26-28
6.13. Obliczanie masy całkowitej aparatu………………………………………..	28-29
6.13.1. Masa cieczy w mieszalniku…………………………………………………	28
6.13.2. Masa stali St3S zużytej na mieszalnik………………………………………	28
6.13.3. Masa dennicy mieszalnika…………………………………………………..	28
6.13.4. Masa wału mieszadła………………………………………………………..	29
6.13.5. Całkowita masa aparatu……………………………………………………..	29
6.14. Dobór podpór……………………………………………………………….	29
6.14.1. Ciężar aparatu……………………………………………………………….	29
6.14.2. Nacisk na jedną podporę…………………………………………………….	29
7. RYSUNEK POGLĄDOWY……………………………………………………...	30
8. SPIS LITERATURY……………………………………………………………..	31

4. SPIS OZNACZEŃ

Oznaczenia polskie
a
c
c1
c2
c3
Cp
dotw
dw
dwew
dz
Dw
Dz
F
Fcz
g
gd
gw,0
gw
gw,rz
gśc
G
Gp
h
hden
hdł
Hc
H
Jo
k
kr
ksj
k1
k2
k3
L
m
mc
md
MSt3S
mwał
MS
n
Ne
Nu
phyd
pn
po
P
Pr
PS
Pstr
PW
Re
s
sc
tm
tp
tśc
Q
q
Qr
VL
Vrz
wopr
WS
x
zr
Oznaczenia greckie
α
αk
αm
β
ε
λc
η
ηs
θ
ρ
ρSt3S
τ
τg
τopr
ϑ

5. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

5.1. Wymiana ciepła

Wymiana ciepła jest procesem fizycznym, który związany jest z rozprzestrzenianiem się energii cieplnej. Można wyróżnić trzy sposoby, przy pomocy których ciepło może być wymieniane [1]:

a) przewodzenie i przenikanie – kondukcja,

b) unoszenie lub przejmowanie – konwekcja,

c) promieniowanie – radiacja.

Przejmowanie ciepła ma miejsce podczas wymiany ciepła między płynem, a ciałem stałym, bądź odwrotnie. Przenikanie ciepła ma charakter złożony (składa się z wielu procesów), zachodzi między dwoma płynami przegrodzonymi ciałem stałym. Z kolei wymiana ciepła pomiędzy dwoma oddalonymi od siebie ciałami, pomiędzy którymi znajduję się rozrzedzony środek (próżnia) nazywamy promieniowaniem [1].

Rys.1. Mechanizmy wymiany ciepła

Przepływ ciepła jest wynikiem różnicy temperatur. Jeśli dwa ciała o różnych temperaturach zostaną złączone, ciepło przepływa z cieplejszego do zimniejszego [1].

• Ustalona wymiana ciepła - rozkład temperatury w rozpatrywanym układzie nie ulega zmianom w czasie oraz gdy stałe są ilości przenoszonego ciepła [1].

• Nieustalona wymiana ciepła - rozkład temperatury oraz ilość wymienionego ciepła ulegają zmianom w czasie [1].

5.2. Opis konstrukcyjny

Zbiornik wyposażony w mieszadło, tak zwany mieszalnik w zależności od przeznaczenia technologicznego może mieć różny kształt i różniące się wyposażenie.

Podstawowymi parametrami decydującymi o wyborze mieszalnika jest [2]:

• ciśnienie,

• odporność chemiczna tworzywa,

• osprzęt,

• intensywność mieszania.

Zbiorniki mieszalnika charakteryzują się najczęściej cylindrycznym kształtem o płaskim lub wypukłym dnie w kształcie, np. stożkowym, elipsoidalnym, półsferycznym. Ponadto są one najczęściej usytuowane pionowo. Poprzez napęd należy rozumieć wał, przekładnię, silnik napędowy oraz urządzenia regulujące pracę całości układu. Układ napędowy powinien się charakteryzować wysoką sprawnością energetyczną oraz prostotą budowy i łatwością obsługi. Ujemny wpływ na napęd wywiera obecność środowiska chemicznego. Pociąga to za sobą konieczność stosowania jako materiału konstrukcyjnego tworzyw odpornych na korozję, co w znacznym stopniu podwyższa koszt całego napędu. W wielu przypadkach korzystne jest zastosowanie przegród, umieszczanych wewnątrz zbiornika, które mają za zadanie zminimalizowanie turbulencji cieczy oraz powstawania leja [2].

W rozpatrywanym układzie mieszalnik zostanie wykonany bez przegród.

Typy zbiorników[2]:

• zbiorniki cylindryczne o smukłości H/D = 1;

• zbiorniki stosowane do dużych objętości, np. krystalizatory, fermentory o małej smukłości H/D ≤ 1;

• zbiorniki przeznaczone do procesów ciągłych, np. kolumny ekstrakcyjne z mieszadłami o dużej smukłości H/D ≥ 1.

5.3. Mieszadło HE 3

Zastosowane mieszadło HE 3 generuje osiowy ruch cieczy. Cechuje się sporą ekonomią, niską wartością mocy mieszania oraz możliwość wytworzenia dużego ruchu płynu z małego nakładu energii [6].

Mieszadło HE-3 to opatentowany wirnik firm Chemineer. Posiada on trzy ostrza wykonane z blachy i przytwierdzone do piasty. Uważa się go za wirnik wytwarzający osiowy przepływ cieczy, ponieważ w warunkach turbulencji odprowadzanie płynu jest równoległe do osi (0 stopni).Zastosowanie tego mieszadła, zminimalizuje tworzenie się wirów [7].

Rys.2. Mieszadło HE-3 [8]

6. CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

6.1. Wymiary i podstawowe parametry mieszalnika

Dane	Obliczenia	Wyniki
6.1.1. Wysokość słupa cieczy
Dw = 0, 45 [m]	Hc = 0, 5 Dw Hc = 0, 5  • 0, 45	Hc=0, 225 [m]
6.1.2. Wysokość mieszalnika
Hc = 0, 225 [m]	$$H = \ \frac{H_{c}}{0,75}$$ $$H = \ \frac{0,225}{0,75}$$	H=0, 3 [m]
6.1.3. Objętość robocza płynu w mieszalniku
Dw = 0, 45 [m] Hc = 0, 225 [m]	$$V_{L} = \frac{\pi \bullet D_{w}^{2}}{4} \bullet H_{c}$$ $$V_{L} = \frac{3,14 \bullet {0,45}^{2}}{4} \bullet 0,225$$	VL=0, 036[m^3]
6.1.4. Objętość rzeczywista mieszalnika
VL = 0, 036[m^3] a = 75%	$$V_{\text{rz}} = \frac{V_{L}}{a}$$ $$V_{\text{rz}} = \frac{0,036}{0,75}$$	Vrz=0, 048[m^3]
6.1.5. Średnica mieszadła
Dw = 0, 45 [m]	d =  0, 33Dw d =  0, 33 • 0, 45	d=0, 149 [m]
6.1.6. Wysokość zawieszenia mieszadła
Hc = 0, 225 [m]	$$h = \frac{1}{3}H_{c}\ $$ $$h = \frac{1}{3} \bullet 0,225\ $$	h=0, 075[m]

6.2. Liczba mocy mieszania dla mieszadła HE3

Dane:

$$\frac{e}{R} = 0,4$$

d = 0, 149 [m]

D_w = 0, 45 [m]

H_c = 0, 225 [m]

$$Ne = 0,28 \bullet \left\lbrack 0,631 \bullet \left( \frac{e}{R} \right) + 1 \right\rbrack \bullet \left( \frac{3d}{D_{w}} \right)^{- 0,94} \bullet exp\left\lbrack 1,145 \bullet \left( \frac{H_{c}}{D_{w}} \right)^{2} - 2,084 \bullet \left( \frac{H_{c}}{D_{w}} \right) + 1 \right\rbrack$$

$$Ne = 0,28\left\lbrack 0,631 \bullet 04 + 1 \right\rbrack\left( \frac{3 \bullet 0,149}{0,45} \right)^{- 0,94}\exp\left\lbrack 1,145 \bullet \left( \frac{0,225}{0,45} \right)^{2} - 2,084 \bullet \left( \frac{0,225}{0,45} \right) + 1 \right\rbrack$$

Ne = 0, 451[W]

6.3. Dobór materiału konstrukcyjnego

Mieszalnik, wał mieszadła oraz pokrywa zostanie wykonany ze stali węglowej St3S.

Rys. 3.Wykres wytrzymałościowy stali St3S [5]

Skład chemiczny ( procentowy) stali St3S wg PN-88/H-84020:

• Węgiel (C) - max 0,1%

• Siarka (S) - max 0,050%

• Fosfor (P) - max 0,050%

• Krzem (Si) - 0,1 ÷ 0,35%

• Mangan (Mn) - max 1,10%

• Chrom (Cr) - max 0,30%

• Nikiel (Ni) - max 0,30%

• Miedź (Cu) - max 0,30%

• Glin (Al) - /*4%

Granica płynności na rozrywanie została odczytana z wykresu i wynosi:

Q_r = 216 MPa

Współczynnik bezpieczeństwa na powłoki walcowe wynosi:

x = 1, 65

Współczynnik bezpieczeństwa dla prętów wykonanych z powłok węglowych:

x_St3S = 1, 8

6.4. Obliczanie grubości ścianek mieszalnika

6.4.1. Naddatki

Rys. 4. Maksymalne hutnicze odchyłki minusowe blach c₁ [16]

Naddatek grubości na minusową odchyłkę materiału konstrukcyjnego

c₁ = 0, 0006 m

Naddatek grubości na korozję

$$c_{2} = \tau \bullet s = 10 \bullet 0,1\frac{\text{mm}}{\text{rok}} = 1\left\lbrack \frac{\text{mm}}{\text{rok}} \right\rbrack = 0,001\lbrack\frac{m}{\text{rok}}\rbrack$$

Naddatek grubości ze względu na dodatkowe naprężenia

c₃ = 0, 001 m

c = c₁ + c₂ + c₃ = 0, 001 + 0, 0008 + 0, 001 = 2, 6•10⁻³[m]

6.4.2. Wyznaczanie naprężeń dopuszczalnych wybranego materiału
α = 1 Qr = 216 MPa x = 1, 65

6.4.3. Ciśnienie obliczeniowe
$$\rho_{St3S} = 7850\lbrack\frac{\text{kg}}{m^{3}}\rbrack$$ $$g = 9,81\lbrack\frac{m}{s^{2}}\rbrack$$ Dw = 0, 45 [m] patm = 0, 101325[MPa]

6.4.4. Wstępna grubość ścianki bez naddatków
po = 0, 135975[MPa] Dw = 0, 45 [m] kr = 130, 9 MPa  Założenia: α = 1 z = 1
6.4.5. Grubość ścianki z naddatkami
po = 0, 135975[MPa] Dw = 0, 45 [m] kr = 130, 9 MPa  Założenia: α = 1 z = 1 c = 2, 6 • 10^−3[m]
6.4.6. Wyznaczanie współczynników α , z
α = 1 z = 1 c = 0, 0026[m]  Dw = 0, 45[m] gw = 0, 0028033[m] Założenie: dmax = dw = 0, 03[m]
Z powyższych obliczeń ω mieści się w granicach między 0,5 i 1,0, wówczas z jest między 0,8 a 0,64. Na podstawie tych informacji układamy proporcję: $$\frac{z_{1} - 0,64}{1,0 - \ \omega_{1}} = \ \frac{0,8 - 0,64}{1,0 - 0,5}$$ $$\frac{z_{1} - 0,8}{1,0 - 0,8394} = \ \ \frac{0,8 - 0,64}{1,0 - 0,5}$$ z1=0, 8514
6.4.7. Grubość ścianki rzeczywista
po = 0, 135975[MPa] Dw = 0, 45 [m] kr = 130, 9 MPa  α = 1 z = 0, 8514

Ze względów bezpieczeństwa i późniejszej eksploatacji przyjęto grubość ścianki mieszalnika i pokrywy równą:

g_sc =5[mm]

6.5. Obliczenie grubości dennicy mieszalnika

Założenie: dennica płaska[9]

$$g_{\text{d\ }} = A \bullet \left( D - r_{w} \right) \bullet C \bullet \sqrt{\frac{p_{o}}{k_{r}\ z}} + \ c$$

$$g_{\text{d\ }} = 0,35 \bullet \left( 0,45 - 0 \right) \bullet 1 \bullet \sqrt{\frac{0,135975}{130,9\ 1}} + \ 2,6 \bullet 10^{- 3}$$

g_d =7, 676•10⁻³[m]

Ze względów bezpieczeństwa i późniejszej eksploatacji przyjęto grubość dennicy mieszalnika równą:

g_d =10[mm]

6.6. Wymiary blachy na powłokę walcową mieszalnika

Długość walcowej części mieszalnika
LC = H = 0, 3[m]
Obwód mieszalnika
Dw = 0, 45m
Powierzchnia walcowej części mieszalnika
LC = 0, 3m Dw = 0, 45m
Powierzchnia walcowej części mieszalnika z naddatkami
P = 0, 424[m^2]

Został dobrany 1 arkusz blachy gorącowalcowanej grubej o wymiarach:

18x1500x3000 mm firmy Metpartner, z której zostanie wykonana powierzchnia walcowa mieszalnika oraz pokrywa. Pokrywa zabezpieczona jest uszczelką dopasowaną do wymiarów pokrywy. Jest ona przystosowana do umiarkowanych i wysokich ciśnień [10].

6.7. Bilans cieplny
6.7.1. Powierzchnia wymiany ciepła
Hc = 0, 225 [m] Dw = 0, 45 [m]
6.7.2. Ilość ciepła dostarczana do mieszanej cieczy
$$G_{c} = 0,2\ \lbrack\frac{\text{kg}}{s}\rbrack$$ $$\text{Cp} = 2166\ \lbrack\frac{J}{\text{kgK}}\rbrack$$ tc = 10[^oC]
6.7.3. Jednostkowy strumień ciepła
Q = 4332[W] F = 0, 318 [m^2]
6.7.4. Współczynnik przenikania ciepła
$$q = 13622,6\ \lbrack\frac{W}{m^{2}}\rbrack$$ tm = 74, 5[^oC] tp = 102, 2[^oC]
6.7.5. Współczynnik wnikania ciepła po stronie kondensującej się pary
tp = 102, 2[^oC] Hc = 0, 225 [m] $$q = 13622,6\lbrack\frac{W}{m^{2}}\rbrack$$

6.7.6. Współczynnik wnikania ciepła po wewnętrznej stronie
$$\alpha_{k} = 24166\lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$ $$k = 491,66\lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$ s = gsc  = 0, 005[m] $$\lambda_{s} = 58\lbrack\frac{W}{\text{mK}}\rbrack$$
6.7.7. Grubość płaszcza grzejnego
Dw = 0, 45 [m]
6.7.8. Temperatura cieczy przy ściance
$$q = 13622,6\ \lbrack\frac{W}{m^{2}}\rbrack$$ $$\alpha_{m} = 491,64\lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$ tm = 74, 5[^oC]

6.7.9. Lepkość cieczy przy ściance
tsc = 102, 2[^oC]
6.7.10. Simpleks lepkości
η = 4, 211 • 10^−3 [Pas] ηsc = 2, 53 • 10^−3 [Pas]
6.8. Liczby kryterialne
6.8.1. Liczba Nuselta
$$\alpha_{m} = 491,64\lbrack\frac{W}{m^{2}K}\rbrack$$ Dw = 0, 45 [m] $$\lambda_{c} = 0,121\lbrack\frac{W}{\text{mK}}\rbrack$$
6.8.2. Liczba Prandtla
η = 4, 211  • 10^−3 [Pas] $$Cp = 2166\ \lbrack\frac{J}{\text{kgK}}\rbrack$$ $$\lambda_{c} = 0,121\lbrack\frac{W}{\text{mK}}\rbrack$$
6.8.3. Liczba Reynoldsa
η = 4, 211  • 10^−3 [Pas] $$\rho = 851,51\lbrack\frac{\text{kg}}{m^{2}}\rbrack$$ d = 0, 149 [m] $$n = 4,88\lbrack\frac{1}{s}\rbrack$$
6.9. Otwór o największej średnicy niewymagający wzmocnienia Największa średnica otworu na króciec, właz, wziernik itd. dn = 0,03 [m] nie wymagająca wzmocnienia nie może przekroczyć żadnej z podanych poniżej wartości d1, d2 i d3, które są opisane następującymi zależnościami:
Dw = 0, 45 [m] gsc  = 0, 005[m] c2 = 0, 001[ m] po = 0, 135975[MPa] kr = 130, 9 [MPa]  α = 1
6.10. Wał mieszadła
6.10.1. Moc mieszania
Ne = 0, 451[W] $$n = 4,88\lbrack\frac{1}{s}\rbrack$$ $$\rho = 851,51\lbrack\frac{\text{kg}}{m^{2}}\rbrack$$ d = 0, 149 [m]
6.10.2. Moc na wale mieszadła
Współczynnik k1 uwzględniający stopień napełnienia mieszalnika cieczą oblicza się z zależności: $$k_{1} = \frac{H_{c}}{D_{w}} = \frac{0,225}{0,45} = 0,5$$ Współczynnik k2 uwzględniający wzrost mocy przy rozruchu mieszadła i wzrost mocy przy ewentualnym wzroście oporów mieszania w procesie mieszania (w przypadku wzrostu gęstości, przylepiania się substancji mieszanych) dla mieszadeł turbinowych ma wartość k2≤ 2,5 założono że wartość k2=2,5. Współczynnik uwzględniający opory wskutek zabudowania w mieszalniku elementów wspomagających, w mieszalniku nie posiadającym przegród ma wartość k3=1 [5].
P = 32, 78[W] Założenie: k2 = 2, 5 k3 = 1
6.10.3. Moment skręcający wał
Pw = 4, 098[W] $$n = 4,88\lbrack\frac{1}{s}\rbrack$$
6.10.4. Średnica wału mieszadła
Ms = 4, 106[N] c = 0, 0026[m]  xSt3S = 1, 8 $$Q_{sw,St3S} = 216\lbrack\frac{N}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$
6.10.5. Długość wału mieszadła
Hc = 0, 225 [m] Dw = 0, 45 [m]
6.10.6. Wskaźnik przekroju na zginanie
dw = 0, 09[m]
6.10.7. Wskaźnik wytrzymałości na skręcanie
Ms = 4, 106[N] Ws = 1, 4 • 10^−4[m^2]
6.10.8. Moment bezwładności
dw = 0, 09[m]
6.10.9. Kąt skręcania wału
Ms = 4, 106[N] L = 1, 077 [m] Jo = 6, 441 • 10^−6[m^4] G = 8, 1 • 10^10[Pa]
6.10.10. Dobór wału mieszadła
Wał mieszadła zostanie wykonany na zamówienie w firmie Stallkamp ze stali St3S o długości L = 1, 077[m] oraz o średnicy dw = 0, 09[m] [11].

6.11. Napęd

6.11.1. Straty mocy na dławiku
dw = 0, 09[m]
6.11.2. Wysokość dławika
sc = 0.013[m]
6.11.3. Moc stracona na dławieniu
po = 135975[Pa] dw = 0, 09[m] $$n = 4,88\lbrack\frac{1}{s}\rbrack$$ sc = 0.013[m] hdl = 0, 106[m]
6.11.4. Moc silnika
Pstr = 161, 188[W] Pw = 3, 278[W] Założenie: ηs = 95%
6.11.5. Dobór silnika
Dobrano silnik pracujący także w mieszadłach mechanicznych RW 28 basic. Jest to odpowiednie rozwiązanie do pracy w laboratoriach naukowych i uczelniach technicznych [12].

6.12. Dobór króćców i zaworów

Dane
Vrz

Założenie $\tau_{\text{opr}} = 5\left\lbrack \min \right\rbrack = 300\left\lbrack s \right\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ }w_{\text{opr}} = 1,5\lbrack\frac{m}{s}\rbrack$

Szybkość objętościowego przepływu

$$\dot{V} = \frac{V_{\text{rz}}}{\tau_{\text{opr}}} = \frac{0,048}{300} = 1,6 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$$

Przekrój czynny aparatu

$$F_{\text{cz}} = \ \frac{\dot{V}}{w_{\text{opr}}} = \frac{1,6 \bullet 10^{- 4}}{1,5} = 1.067 \bullet 10^{- 4}\left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

Średnica wewnętrzna rurociągu

$$d_{\text{wew}} = \sqrt{\frac{4 \bullet \dot{V}}{\pi \bullet w_{\text{opr}}}} = \sqrt{\frac{4 \bullet 1,6 \bullet 10^{- 4}}{3,14 \bullet 1,5}} = 0,0117\lbrack m\rbrack \approx 0,01\lbrack m\rbrack \approx \mathbf{10\lbrack mm\rbrack}$$

Zawór spustowy

Został dobrany zawór spustowy kulowy DN 10mm firmy Goshe [13].

Rys.5. Zawór spustowy kulowy [13]

Termometr[14]

Zastosowano termometr przemysłowy, szklany, model TPK
- zakresy pomiarowe: -50...+50°C do 0...600°C
- działka elementarna: 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10°C
- ciecz termometryczna: rtęć, toluen, płyn
- wykonanie czujnika: proste lub kątowe
- długości czujnika: od 50mm do 2000mm, wg wymagań klienta
- średnica osłony czujnika: 16mm
- średnica obudowy termometru: 24mm
- materiał obudowy: mosiądz, stal lub stal kwasoodporna
- przyłącze procesowe: gwint zewnętrzny 3/4" lub M27x2

Przepływomierz[15]

Dobrano przepływomierz elektromagnetyczny HygienicMaster FEH500 firmy ABB, która należy do czołowych firm międzynarodowych zajmujących się projektowaniem i produkcją przyrządów pomiarowych i regulacyjnych. Modułowa koncepcja przyrządu gwarantuje elastyczność stosowania, tanią eksploatację, długi okres użytkowania i minimalną konserwację.

Średnica nominalna: DN=15[mm]

Zakres pomiarowy:

• Minimalna wartość krańcowa zakresu pomiarowego 2[l/min]

• Maksymalna wartość zakresu pomiarowego 200 [l/min]

6.13. Obliczanie masy całkowitej aparatu

Dane
dw
Dw
gd
gsc
hden
H
L
VL
𝜌
ρSt3S

6.13.1. Masa cieczy w mieszalniku

m =  ρ  • V_L = 851, 51 • 0, 036 = 30, 65[kg]

6.13.2. Masa stali St3S zużytej na mieszalnik

m_St3S =  ρ_St3S  •  H_rz  • Ob  •  g_sc = ρ_St3S  •  H_rz  • π • D_w  •  g_sc  

m_St3S=7850 • 0, 3 • 3, 14 • 0, 45 • 5 • 10⁻³ = 16, 64[kg]

6.13.3. Masa dennicy mieszalnika

Założenie: h_den = g_d

m_d =  ρ_St3S   • Ob  •  g_d • h_den = ρ_St3S   • π • D_w  •  g_d²  

m_d=7850 • 3, 14 • 0, 45 • (10•10⁻³)² = 1, 11[kg]

6.13.4. Masa wału mieszadła

$$m_{wal} = \frac{\pi\left( d_{w} \right)^{2}}{4} \bullet L \bullet \rho_{St3S} = \frac{3,14 \bullet {(0,09)}^{2}}{4} \bullet 1,077 \bullet 7850 = \mathbf{5,37\lbrack kg\rbrack}$$

6.13.5. Całkowita masa aparatu

m_c = m + m_St3S + m_d + m_wal = 30, 65 + 16, 64 + 1, 11 + 5, 37 = 53, 77[kg]

6.14. Dobór podpór

6.14.1. Ciężar aparatu

G =  m_c  • g = 53, 77 • 9, 81 = 527, 48[N]

6.14.2. Nacisk na jedną podporę

Założenie: Mieszalnik będzie wyposażony w 4 podpory.

$$G_{p} = \frac{G}{4} = \frac{527,48}{4} = \mathbf{131,81\lbrack N\rbrack}$$

7. RYSUNEK POGLĄDOWY

Rys. 6. Wymiary mieszalnika

8. SPIS LITERATURY

1. Jan Kijewski [et al. ; red. merytoryczny Dorota Rakowiecka, Izabela Handel, Dorota Woźnicka], Maszynoznawstwo, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 2006.

2. F. Stręk, Mieszanie i mieszalniki, WNT, Warszawa 1981.

3. Poradnik fizykochemiczny : działy : ogólny fizykochemiczny, nieorganiczny, organiczny, analityczny, informacyjny / [red. nauk.: I. Gajewska, H. Najberg, I. Senderacka], WNT, Warszawa 1962.

4. M. Lewandowski, Maszynoznawstwo Chemiczne, Fundacja Poszanowania Energii, 1998 Gdańsk.

5. J. Pikoń, Aparatura chemiczna, Państwowe wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1983.

6. http://inzynieria-aparatura-chemiczna.pl/pdf/2011/2011-4/InzApChem_2011_4_18-19.pdf, 03.11.2012r.

7. http://www.postmixing.com/mixing%20forum/impellers/he3.htm, 03.11.2012r.

8. http://mieszanie.republika.pl/osiowe.html, 03.11.2012r.

9. http://www.pg.gda.pl/chem/Katedry/Maszyny/maszynoznawstwo.htm, 03.11.2012r.

10. http://www.metpartner.pl, 06.11.2012r.

11. http://www.stallkamp.pl, 03.11.2012r.

12 . http://www.witko.com.pl/attach/katalog/pl/witko_2012_rozdz4_pl.pdf, 16.11.2012r.

13. http://www.goshe.pl/?p=616.html, 13.01.2013r.

14. http://www.negelap.com/tpp-tpk-termometr-przemyslowy-prosty-lub-katowy-w-oprawie-lub-bez-oprawy.html, 03.11.2012r.

15. http://www05.abb.com/global/scot/scot211.nsf/veritydisplay/c928dc54e6d4377cc12577 c000419b1d/$file/ds_feh500-pl-01_2011.pdf, 03.11.2012r.

16. http://www.ochowiak.orangespace.pl/3.pdf, 03.11.2012r.

17. http://www.kolgardmetal.com.pl/gstal.htm, 03.11.2012r.